目录

PART ONE

SOLIDSTATE ELECTRONICS AND DEVICES

CHAPTER 1

INTRODUCTION TO ELECTRONICS

3

1.1A Brief History of Electronics: From Vacuum 

Tubes to GigaScale Integration6

1.2Classification of Electronic Signals10

1.2.1Digital Signals10

1.2.2Analog Signals11

1.2.3A/D and D/A Converters—Bridging the 

Analog and Digital Domains12

1.3Notational Conventions14

1.4ProblemSolving Approach15

1.5Important Concepts from Circuit Theory17

1.5.1Voltage and Current Division17

1.5.2Thévenin and Norton Circuit 

Representations18

1.6Frequency Spectrum of Electronic Signals23

1.7Amplifiers24

1.7.1Ideal Operational Amplifiers25

1.7.2Amplifier Frequency Response28

1.8Element Variations in Circuit Design28

1.8.1Mathematical Modeling of Tolerances29

1.8.2WorstCase Analysis29

1.8.3Monte Carlo Analysis31

1.8.4Temperature Coefficients34

1.9Numeric Precision36

Summary36

Key Terms37

References38

Additional Reading38

Problems39

CHAPTER 2

SOLIDSTATE ELECTRONICS46

2.1SolidState Electronic Materials50

2.2Covalent Bond Model51

2.3Drift Currents and Mobility in Semiconductors54

2.3.1Drift Currents54

2.3.2Mobility55

2.3.3Velocity Saturation55

2.4Resistivity of Intrinsic Silicon56

2.5Impurities in Semiconductors57

2.5.1Donor Impurities in Silicon58

2.5.2Acceptor Impurities in Silicon58

2.6Electron and Hole Concentrations in Doped 

Semiconductors58

2.6.1nType Material(ND >NA)59

2.6.2pType Material(NA>ND )60

2.7Mobility and Resistivity in Doped Semiconductors61

2.8Diffusion Currents65

2.9Total Current66

2.10Energy Band Model67

2.10.1Electron—Hole Pair Generation in an 

Intrinsic Semiconductor67

2.10.2Energy Band Model for a Doped 

Semiconductor68

2.10.3Compensated Semiconductors68

2.11Overview of Integrated Circuit Fabrication70

Summary73

Key Terms74

References75

Additional Reading75

Problems75

CHAPTER 3

SOLIDSTATE DIODES AND DIODE CIRCUITS81

3.1The pn Junction Diode84

3.1.1pn Junction Electrostatics84

3.1.2Internal Diode Currents88

3.2The iv Characteristics of the Diode89

3.3The Diode Equation: A Mathematical Model for 

the Diode91

3.4Diode Characteristics under Reverse, Zero, 

and Forward Bias94

3.4.1Reverse Bias94

3.4.2Zero Bias94

3.4.3Forward Bias95

3.5Diode Temperature Coefficient97

3.6Diodes under Reverse Bias97

3.6.1Saturation Current in Real Diodes98

3.6.2Reverse Breakdown100

3.6.3Diode Model for the Breakdown Region101

3.7pn Junction Capacitance101

3.7.1Reverse Bias101

3.7.2Forward Bias102

3.8Schottky Barrier Diode104

3.9Diode SPICE Model and Layout104

3.9.1Diode Layout105

3.10Diode Circuit Analysis106

3.10.1LoadLine Analysis107

3.10.2Analysis Using the Mathematical 

Model for the Diode108

3.10.3The Ideal Diode Model112

3.10.4Constant Voltage Drop Model114

3.10.5Model Comparison and Discussion115

3.11MultipleDiode Circuits116

3.12Analysis of Diodes Operating in the Breakdown 

Region119

3.12.1LoadLine Analysis119

3.12.2Analysis with the Piecewise 

Linear Model119

3.12.3Voltage Regulation120

3.12.4Analysis Including Zener Resistance121

3.12.5Line and Load Regulation122

3.13HalfWave Rectifier Circuits123

3.13.1HalfWave Rectifier with Resistor Load123

3.13.2Rectifier Filter Capacitor124

3.13.3HalfWave Rectifier with RC Load125

3.13.4Ripple Voltage and Conduction Interval126

3.13.5Diode Current128

3.13.6Surge Current130

3.13.7PeakInverseVoltage (PIV) Rating130

3.13.8Diode Power Dissipation130

3.13.9HalfWave Rectifier with Negative 

Output Voltage131

3.14FullWave Rectifier Circuits133

3.14.1FullWave Rectifier with Negative 

Output Voltage134

3.15FullWave Bridge Rectification134

3.16Rectifier Comparison and Design Tradeoffs135

3.17Dynamic Switching Behavior of the Diode139

3.18Photo Diodes, Solar Cells, and LightEmitting 

Diodes140

3.18.1Photo Diodes and Photodetectors140

3.18.2Power Generation from Solar Cells141

3.18.3LightEmitting Diodes (LEDs)142

Summary143

Key Terms144

Reference145

Additional Reading145

Problems145

CHAPTER 4

BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS158

4.1Physical Structure of the Bipolar Transistor161

4.2The Transport Model for the npn Transistor162

4.2.1Forward Characteristics163

4.2.2Reverse Characteristics165

4.2.3The Complete Transport Model Equations 

for Arbitrary Bias Conditions166

4.3The pnp Transistor168

4.4Equivalent Circuit Representations for the 

Transport Models170

4.5The iv Characteristics of the Bipolar Transistor171

4.5.1Output Characteristics171

4.5.2Transfer Characteristics172

4.6The Operating Regions of the Bipolar Transistor173

4.7Transport Model Simplifications174

4.7.1Simplified Model for the Cutoff Region174

4.7.2Model Simplifications for the 

ForwardActive Region176

4.7.3Diodes in Bipolar Integrated Circuits182

4.7.4Simplified Model for the ReverseActive 

Region183

4.7.5Modeling Operation in the Saturation 

Region186

4.8Nonideal Behavior of the Bipolar Transistor189

4.8.1Junction Breakdown Voltages189

4.8.2MinorityCarrier Transport in the Base 

Region189

4.8.3Base Transit Time190

4.8.4Diffusion Capacitance192

4.8.5Frequency Dependence of the 

CommonEmitter Current Gain193

4.8.6The Early Effect and Early Voltage193

4.8.7Modeling the Early Effect194

4.8.8Origin of the Early Effect194

4.9Transconductance195

4.10Bipolar Technology and SPICE Model196

4.10.1Qualitative Description196

4.10.2SPICE Model Equations197

4.10.3HighPerformance Bipolar Transistors199

4.11Practical Bias Circuits for the BJT199

4.11.1FourResistor Bias Network201

4.11.2Design Objectives for the FourResistor 

Bias Network203

4.11.3Iterative Analysis of the FourResistor 

Bias Circuit207

4.12Tolerances in Bias Circuits208

4.12.1WorstCase Analysis208

4.12.2Monte Carlo Analysis210

Summary213

Key Terms215

References216

Additional Readings216

Problems216

CHAPTER 5

FIELDEFFECT TRANSISTORS228

5.1Characteristics of the MOS Capacitor231

5.1.1Accumulation Region232

5.1.2Depletion Region233

5.1.3Inversion Region233

5.2The NMOS Transistor233

5.2.1Qualitative iv Behavior of the NMOS 

Transistor234

5.2.2Triode Region Characteristics of the NMOS 

Transistor235

5.2.3On Resistance238

5.2.4Transconductance239

5.2.5Saturation of the iv Characteristics240

5.2.6Mathematical Model in the Saturation 

(PinchOff)Region241

5.2.7Transconductance in Saturation242

5.2.8ChannelLength Modulation242

5.2.9Transfer Characteristics and 

DepletionMode MOSFETs243

5.2.10Body Effect or Substrate Sensitivity245

5.3PMOS Transistors246

5.4MOSFET Circuit Symbols248

5.5MOS Transistor Symmetry249

5.5.1The OneTransistor Dram Cell 249

5.5.2Data Storage in the 1T Cell  250

5.5.3Reading Data from the 1T Cell 251

5.6CMOS Technology  254

5.6.1CMOS Voltage Transfer Characteristics  256

5.7CMOS Latchup258

5.8Capacitances in MOS Transistors260

5.8.1NMOS Transistor Capacitances in the 

Triode Region260

5.8.2Capacitances in the Saturation Region263

5.8.3Capacitances in Cutoff263

5.9MOSFET Modeling in SPICE263

5.10MOS Transistor Scaling265

5.10.1Drain Current266

5.10.2Gate Capacitance266

5.10.3Circuit and Power Densities266

5.10.4PowerDelay Product267

5.10.5Cutoff Frequency267

5.10.6High Field Limitations268

5.10.7The Unified MOS Transistor Model 

Including High Field Limitations269

5.10.8Subthreshold Conduction270

5.11All Region Modeling271

5.11.1Interpolation Model271

5.11.2Interpolation Model in the Saturation 

Region271

5.11.3Transconductance Efficiency272

5.12MOS Transistor Fabrication and Layout 

Design Rules274

5.12.1Minimum Feature Size and Alignment 

Tolerance274

5.12.2MOS Transistor Layout275

5.12.3CMOS Inverter Layout277

5.13Advanced CMOS Technologies278

5.14Biasing the NMOS FieldEffect Transistor281

5.14.1Why Do We Need Bias?281

5.14.2FourResistor Biasing283

5.14.3Constant GateSource Voltage Bias287

5.14.4Graphical Analysis for the QPoint287

5.14.5Analysis Including Body Effect288

5.14.6Analysis Using the Unified Model290

5.14.7NMOS Circuit Analysis Comparisons292

5.14.8TwoResistor Bias292

5.15Biasing the PMOS FieldEffect Transistor292

5.16Biasing the CMOS Inverter as an Amplifier 295

5.17The CMOS Transmission Gate296

5.18The Junction FieldEffect Transistor (JFET)298

5.18.1The JFET with Bias Applied299

5.18.2JFET Channel with DrainSource Bias299

5.18.3 nChannel JFET iv Characteristics301

5.18.4The pChannel JFET302

5.18.5Circuit Symbols and JFET Model 

Summary302

5.18.6JFET Capacitances303

5.19JFET Modeling in SPICE304

5.20Biasing the JFET and DepletionMode MOSFET305

Summary307

Key Terms309

References310

Additional Readings311

Problems312

PART TWO

ANALOG ELECTRONICS

CHAPTER 6

INTRODUCTION TO AMPLIFIERS331

6.1An Example of an Analog Electronic System334

6.2Amplification335

6.2.1Voltage Gain336

6.2.2Current Gain337

6.2.3Power Gain337

6.2.4Location of the Amplifier337

6.2.5The Decibel Scale338

6.3TwoPort Models for Amplifiers341

6.3.1The gParameters341

6.4Mismatched Source and Load Resistances345

6.5The Differential Amplifier348

6.5.1Differential Amplifier Voltage Transfer 

Characteristic349

6.5.2Voltage Gain349

6.6Distortion in Amplifiers351

6.7Differential Amplifier Model352

6.8Amplifier Frequency Response354

6.8.1Bode Plots354

6.8.2The LowPass Amplifier355

6.8.3The HighPass Amplifier358

6.8.4BandPass Amplifiers361

Summary364

Key Terms365

References365

Additional Reading365

Problems365

CHAPTER 7

THE TRANSISTOR AS AN AMPLIFIER374

7.1The Transistor as an Amplifier377

7.1.1The BJT Amplifier378

7.1.2The MOSFET Amplifier379

7.2Coupling and Bypass Capacitors380

7.3Circuit Analysis Using dc and ac Equivalent 

Circuits382

7.3.1Menu for dc and ac Analysis382

7.4Introduction to SmallSignal Modeling386

7.4.1Graphical Interpretation of the Small

Signal Behavior of the Diode386

7.4.2SmallSignal Modeling of the Diode387

7.5SmallSignal Models for Bipolar Junction 

Transistors389

7.5.1The HybridPi Model391

7.5.2Graphical Interpretation of the 

Transconductance392

7.5.3SmallSignal Current Gain392

7.5.4The Intrinsic Voltage Gain of the BJT393

7.5.5Equivalent Forms of the SmallSignal 

Model394

7.5.6Simplified HybridPi Model395

7.5.7Definition of a Small Signal for the 

Bipolar Transistor395

7.5.8SmallSignal Model for the pnp 

Transistor397

7.5.9ac Analysis versus Transient Analysis 

in SPICE398

7.6The CommonEmitter (CE) Amplifier398

7.6.1Terminal Voltage Gain398

7.6.2Input Resistance400

7.6.3Signal Source Voltage Gain400

7.7Important Limits and Model Simplifications400

7.7.1A Design Guide for the CommonEmitter 

Amplifier401

7.7.2Upper Bound on the CommonEmitter 

Gain402

7.7.3SmallSignal Limit for the Common

Emitter Amplifier402

7.8SmallSignal Models for FieldEffect Transistors405

7.8.1SmallSignal Model for the MOSFET405

7.8.2Intrinsic Voltage Gain of the MOSFET407

7.8.3Definition of SmallSignal Operation for 

the MOSFET408

7.8.4Body Effect in the FourTerminal 

MOSFET409

7.8.5SmallSignal Model for the PMOS 

Transistor410

7.8.6SmallSignal Model for MOS 

Transistors in Weak Inversion411

7.8.7 SmallSignal Model for the Junction 

FieldEffect Transistor411

7.9Summary and Comparison of the SmallSignal 

Models of the BJT and FET412

7.10The CommonSource(CS) Amplifier415

7.10.1CommonSource Terminal Voltage 

Gain416

7.10.2Signal Source Voltage Gain for the 

CommonSource Amplifier416

7.10.3A Design Guide for the Common

Source Amplifier417

7.10.4SmallSignal Limit for the Common

Source Amplifier418

7.10.5Input Resistances of the CommonEmitter

and CommonSource Amplifiers420

7.10.6CommonEmitter and CommonSource 

Output Resistances422

7.10.7Comparison of the Three Amplifier 

Examples428

7.11CommonEmitter and CommonSource 

Amplifier Summary429

7.11.1Guidelines for Neglecting the Transistor 

Output Resistance429

7.12Amplifier Power and Signal Range430

7.12.1Power Dissipation430

7.12.2Signal Range431

Summary434

Key Terms435

Reference435

Problems436

CHAPTER 8

TRANSISTOR AMPLIFIER BUILDING 

BLOCKS449

8.1Amplifier Classification452

8.1.1Signal Injection and Extraction—the BJT452

8.1.2Signal Injection and Extraction—the FET453

8.1.3CommonEmitter (CE) and Common

Source (CS)Amplifiers454

8.1.4CommonCollector (CC) and Common

Drain (CD)Topologies455

8.1.5CommonBase (CB) and Common

Gate (CG)Amplifiers457

8.1.6SmallSignal Model Review458

8.2Inverting Amplifiers—CommonEmitter and 

CommonSource Circuits458

8.2.1The CommonEmitter (CE)Amplifier458

8.2.2CommonEmitter Example Comparison470

8.2.3The CommonSource Amplifier471

8.2.4SmallSignal Limit for the Common

Source Amplifier474

8.2.5CommonEmitter and CommonSource 

Amplifier Characteristics478

8.2.6CE/CS Amplifier Summary479

8.2.7Equivalent Transistor Representation of 

the Generalized CE/CS Transistor479

8.3Follower Circuits—CommonCollector and 

CommonDrain Amplifiers480

8.3.1Terminal Voltage Gain482

8.3.2Input Resistance483

8.3.3Signal Source Voltage Gain483

8.3.4Follower Signal Range484

8.3.5Follower Output Resistance484

8.3.6Current Gain486

8.3.7CC/CD Amplifier Summary486

8.4Noninverting Amplifiers—CommonBase and 

CommonGate Circuits490

8.4.1Terminal Voltage Gain and Input 

Resistance492

8.4.2Signal Source Voltage Gain493

8.4.3Input Signal Range494

8.4.4Resistance at the Collector and Drain 

Terminals494

8.4.5Current Gain495

8.4.6Overall Input and Output Resistances 

for the Noninverting Amplifiers495

8.4.7CB/CG Amplifier Summary499

8.5Amplifier Prototype Review and 

Comparison500

8.5.1The BJT Amplifiers500

8.5.2The FET Amplifiers502

8.6CommonSource Amplifiers Using MOS 

Transistor Loads505

8.6.1Voltage Gain Estimate505

8.6.2Detailed Analysis506

8.6.3Alternative Loads507

8.6.4Input and Output Resistances508

8.7Coupling and Bypass Capacitor Design511

8.7.1CommonEmitter and Common

Source Amplifiers511

8.7.2CommonCollector and Common

Drain Amplifiers515

8.7.3CommonBase and CommonGate 

Amplifiers518

8.7.4Setting Lower Cutoff Frequency fL521

8.8Amplifier Design Examples522

8.8.1Monte Carlo Evaluation of the Common

Base Amplifier Design531

8.9Multistage acCoupled Amplifiers536

8.9.1A ThreeStage acCoupled Amplifier537

8.9.2Voltage Gain539

8.9.3Input Resistance540

8.9.4Signal Source Voltage Gain540

8.9.5Output Resistance541

8.9.6Current and Power Gain542

8.9.7Input Signal Range542

8.9.8Estimating the Lower Cutoff Frequency 

of the Multistage Amplifier546

8.10Introduction to dcCoupled Amplifiers 546

8.10.1A dcCoupled ThreeStage Amplifier 548

8.10.2Two Transistor dcCoupled Amplifiers549

Summary551

Key Terms553

Additional Reading553

Problems553

CHAPTER 9

AMPLIFIER FREQUENCY RESPONSE571

9.1Amplifier Frequency Response574

9.1.1LowFrequency Response575

9.1.2Estimating ωL in the Absence of a 

Dominant Pole575

9.1.3HighFrequency Response578

9.1.4Estimating ωH in the Absence of a 

Dominant Pole578

9.2Direct Determination of the LowFrequency Poles

and Zeros—the CommonSource Amplifier579

9.3Estimation of ωL Using the ShortCircuit Time

Constant Method584

9.3.1Estimate of ωL for the Common

Emitter Amplifier585

9.3.2Estimate of ωL for the CommonSource 

Amplifier589

9.3.3Estimate of ωL for the CommonBase 

Amplifier590

9.3.4Estimate of ωL for the CommonGate 

Amplifier591

9.3.5Estimate of ωL for the Common

Collector Amplifier592

9.3.6Estimate of ωL for the CommonDrain 

Amplifier592

9.4Transistor Models at High Frequencies593

9.4.1FrequencyDependent HybridPi Model 

for the Bipolar Transistor593

9.4.2Modeling Cπ and Cμ in SPICE594

9.4.3UnityGain Frequency fT594

9.4.4HighFrequency Model for the FET597

9.4.5Modeling CGS and CGD in SPICE598

9.4.6Channel Length Dependence of fT598

9.4.7Limitations of the HighFrequency 

Models600

9.5Base and Gate Resistances in the SmallSignal 

Models600

9.5.1Effect of Base and Gate Resistances 

on Midband Amplifiers601

9.6HighFrequency CommonEmitter and Common

Source Amplifier Analysis602

9.6.1The Miller Effect604

9.6.2CommonEmitter and CommonSource 

Amplifier HighFrequency Response606

9.6.3Direct Analysis of the Common

Emitter Transfer Characteristic608

9.6.4Poles of the CommonEmitter Amplifier609

9.6.5Dominant Pole for the CommonSource 

Amplifier612

9.6.6Estimation of ωH Using the Open

Circuit TimeConstant Method614

9.6.7CommonSource Amplifier with Source 

Degeneration Resistance615

9.6.8Poles of the CommonEmitter with 

Emitter Degeneration Resistance617

9.7CommonBase and CommonGate Amplifier 

HighFrequency Response620

9.8CommonCollector and CommonDrain 

Amplifier HighFrequency Response622

9.9SingleStage Amplifier HighFrequency 

Response Summary625

9.9.1Amplifier GainBandwidth (GBW) 

Limitations625

9.10Frequency Response of Multistage Amplifiers626

9.10.1Differential Amplifier626

9.10.2The CommonCollector/Common

Base Cascade628

9.10.3HighFrequency Response of the 

Cascode Amplifier629

9.10.4Cutoff Frequency for the Current Mirror630

9.10.5ThreeStage Amplifier Example631

9.11Introduction to Radio Frequency Circuits639

9.11.1Radio Frequency Amplifiers640

9.11.2The ShuntPeaked Amplifier640

9.11.3SingleTuned Amplifier642

9.11.4Use of a Tapped Inductor—the Auto 

Transformer644

9.11.5Multiple Tuned Circuits—Synchronous 

and Stagger Tuning646

9.11.6CommonSource Amplifier with 

Inductive Degeneration647

9.12Mixers and Balanced Modulators651

9.12.1Introduction to Mixer Operation651

9.12.2A SingleBalanced Mixer652

9.12.3The Differential Pair as a Single

Balanced Mixer653

9.12.4A DoubleBalanced Mixer655

9.12.5The Jones Mixer—a Double

Balanced Mixer/Modulator657

Summary661

Key Terms662

References662

Problems663

PART THREE

OPERATIONAL AMPLIFIERS AND FEEDBACK

CHAPTER 10

IDEAL OPERATIONAL AMPLIFIERS679

10.1Ideal Differential and Operational Amplifiers681

10.1.1Assumptions for Ideal Operational 

Amplifier Analysis682

10.2Analysis of Circuits Containing Ideal 

Operational Amplifiers682

10.2.1The Inverting Amplifier683

10.2.2The Transresistance Amplifier—a 

CurrenttoVoltage Converter686

10.2.3The Noninverting Amplifier688

10.2.4The UnityGain Buffer, or Voltage 

Follower690

10.2.5The Summing Amplifier693

10.2.6The Difference Amplifier695

10.3Frequency Dependent Feedback697

10.3.1An Active LowPass Filter698

10.3.2An Active HighPass Filter701

10.3.3The Integrator702

10.3.4The Differentiator706

Summary706

Key Terms707

References708

Additional Reading708

Problems708

CHAPTER 11

NONIDEAL OPERATIONAL AMPLIFIERS 

AND FEEDBACK AMPLIFIER STABILITY715

11.1Classic Feedback Systems718

11.1.1ClosedLoop Gain Analysis719

11.1.2Gain Error719

11.2Analysis of Circuits Containing Nonideal 

Operational Amplifiers720

11.2.1Finite OpenLoop Gain720

11.2.2Nonzero Output Resistance723

11.2.3Finite Input Resistance727

11.2.4Summary of Nonideal Inverting and 

Noninverting Amplifiers731

11.3Series and Shunt Feedback Circuits732

11.3.1Feedback Amplifier Categories732

11.3.2Voltage Amplifiers—SeriesShunt 

Feedback733

11.3.3Transimpedance Amplifiers—

ShuntShunt Feedback733

11.3.4Current Amplifiers—ShuntSeries 

Feedback733

11.3.5Transconductance Amplifiers—

SeriesSeries Feedback733

11.4Unified Approach to Feedback Amplifier Gain 

Calculation733

11.4.1ClosedLoop Gain Analysis734

11.4.2Resistance Calculations Using 

Blackman’s Theorem734

11.5SeriesShunt Feedback—Voltage Amplifiers734

11.5.1ClosedLoop Gain Calculation735

11.5.2Input Resistance Calculations735

11.5.3Output Resistance Calculations736

11.5.4SeriesShunt Feedback Amplifier 

Summary737

11.6ShuntShunt Feedback—Transresistance 

Amplifiers741

11.6.1ClosedLoop Gain Calculation741

11.6.2Input Resistance Calculations742

11.6.3Output Resistance Calculations742

11.6.4ShuntShunt Feedback Amplifier 

Summary743

11.7SeriesSeries Feedback—Transconductance 

Amplifiers746

11.7.1ClosedLoop Gain Calculation747

11.7.2Input Resistance Calculation747

11.7.3Output Resistance Calculation748

11.7.4SeriesSeries Feedback Amplifier 

Summary748

11.8ShuntSeries Feedback—Current Amplifiers750

11.8.1ClosedLoop Gain Calculation751

11.8.2Input Resistance Calculation751

11.8.3Output Resistance Calculation752

11.8.4ShuntSeries Feedback Amplifier 

Summary752

11.9Finding the Loop Gain Using Successive 

Voltage and Current Injection755

11.9.1Simplifications758

11.10Distortion Reduction Through the Use of 

Feedback758

11.11DC Error Sources and Output Range 

Limitations759

11.11.1InputOffset Voltage759

11.11.2OffsetVoltage Adjustment761

11.11.3InputBias and Offset Currents762

11.11.4Output Voltage and Current Limits764

11.12CommonMode Rejection and Input 

Resistance767

11.12.1Finite CommonMode Rejection 

Ratio767

11.12.2Why Is CMRR Important?768

11.12.3VoltageFollower Gain Error due 

to CMRR771

11.12.4CommonMode Input Resistance774

11.12.5An Alternate Interpretation of CMRR775

11.12.6Power Supply Rejection Ratio775

11.13Frequency Response and Bandwidth of 

Operational Amplifiers777

11.13.1Frequency Response of the 

Noninverting Amplifier779

11.13.2Inverting Amplifier Frequency 

Response782

11.13.3Using Feedback to Control 

Frequency Response784

11.13.4LargeSignal Limitations—Slew 

Rate and FullPower Bandwidth786

11.13.5Macro Model for Operational Amplifier Frequency Response787

11.13.6Complete Op Amp Macro Models in 

SPICE788

11.13.7Examples of Commercial General

Purpose Operational Amplifiers788

11.14Stability of Feedback Amplifiers789

11.14.1The Nyquist Plot789

11.14.2FirstOrder Systems790

11.14.3SecondOrder Systems and Phase 

Margin791

11.14.4Step Response and Phase Margin792

11.14.5ThirdOrder Systems and Gain 

Margin795

11.14.6Determining Stability from the 

Bode Plot796

Summary800

Key Terms802

References802

Problems803

CHAPTER 12

OPERATIONAL AMPLIFIER APPLICATIONS817

12.1Cascaded Amplifiers820

12.1.1TwoPort Representations820

12.1.2Amplifier Terminology Review822

12.1.3Frequency Response of Cascaded 

Amplifiers825

12.2The Instrumentation Amplifier833

12.3Active Filters836

12.3.1LowPass Filter836

12.3.2A HighPass Filter with Gain840

12.3.3BandPass Filter842

12.3.4Sensitivity844

12.3.5Magnitude and Frequency Scaling845

12.4SwitchedCapacitor Circuits846

12.4.1A SwitchedCapacitor Integrator846

12.4.2Noninverting SC Integrator848

12.4.3SwitchedCapacitor Filters850

12.5DigitaltoAnalog Conversion853

12.5.1D/A Converter Fundamentals853

12.5.2D/A Converter Errors854

12.5.3DigitaltoAnalog Converter Circuits856

12.6AnalogtoDigital Conversion860

12.6.1A/D Converter Fundamentals861

12.6.2AnalogtoDigital Converter Errors862

12.6.3Basic A/D Conversion Techniques863

12.7Oscillators874

12.7.1The Barkhausen Criteria for 

Oscillation874

12.7.2Oscillators Employing Frequency

Selective RC Networks875

12.8Nonlinear Circuit Applications879

12.8.1A Precision HalfWave Rectifier879

12.8.2Nonsaturating PrecisionRectifier 

Circuit880

12.9Circuits Using Positive Feedback882

12.9.1The Comparator and Schmitt Trigger882

12.9.2The Astable Multivibrator884

12.9.3The Monostable Multivibrator or 

One Shot885

Summary889

Key Terms891

Additional Reading892

Problems892

CHAPTER 13

DIFFERENTIAL AMPLIFIERS AND 

OPERATIONAL AMPLIFIER DESIGN906

13.1Differential Amplifiers909

13.1.1Bipolar and MOS Differential 

Amplifiers909

13.1.2dc Analysis of the Bipolar Differential 

Amplifier910

13.1.3Transfer Characteristic for the Bipolar 

Differential Amplifier912

13.1.4ac Analysis of the Bipolar Differential 

Amplifier913

13.1.5DifferentialMode Gain and Input and 

Output Resistances914

13.1.6CommonMode Gain and Input 

Resistance916

13.1.7CommonMode Rejection 

Ratio (CMRR)918

13.1.8Analysis Using Differential—and 

CommonMode HalfCircuits919

13.1.9Biasing with Electronic Current 

Sources922

13.1.10Modeling the Electronic Current 

Source in SPICE923

13.1.11dc Analysis of the MOSFET 

Differential Amplifier923

13.1.12DifferentialMode Input Signals926

13.1.13SmallSignal Transfer Characteristic 

for the MOS Differential Amplifier927

13.1.14CommonMode Input Signals927

13.1.15Model for Differential Pairs928

13.2Evolution to Basic Operational Amplifiers932

13.2.1A TwoStage Prototype for an 

Operational Amplifier933

13.2.2Improving the Op Amp Voltage Gain938

13.2.3Darlington Pairs939

13.2.4Output Resistance Reduction940

13.2.5A CMOS Operational Amplifier 

Prototype944

13.2.6BiCMOS Amplifiers946

13.2.7All Transistor Implementations946

13.3Output Stages948

13.3.1The Source Follower—a ClassA 

Output Stage948

13.3.2Efficiency of ClassA Amplifiers949

13.3.3ClassB PushPull Output Stage950

13.3.4ClassAB Amplifiers952

13.3.5ClassAB Output Stages for 

Operational Amplifiers953

13.3.6ShortCircuit Protection953

13.3.7Transformer Coupling955

13.4Electronic Current Sources958

13.4.1SingleTransistor Current Sources959

13.4.2Figure of Merit for Current Sources959

13.4.3Higher Output Resistance Sources960

13.4.4Current Source Design Examples961

Summary969

Key Terms970

References970

Additional Reading971

Problems971

CHAPTER 14

ANALOG INTEGRATED CIRCUIT DESIGN 

TECHNIQUES989

14.1Circuit Element Matching992

14.2Current Mirrors993

14.2.1dc Analysis of the MOS Transistor 

Current Mirror994

14.2.2Changing the MOS Mirror Ratio996

14.2.3dc Analysis of the Bipolar Transistor 

Current Mirror997

14.2.4Altering the BJT Current Mirror Ratio999

14.2.5Multiple Current Sources1000

14.2.6Buffered Current Mirror1001

14.2.7Output Resistance of the Current 

Mirrors1002

14.2.8TwoPort Model for the Current 

Mirror1003

14.2.9The Widlar Current Source1005

14.2.10The MOS Version of the Widlar 

Source1008

14.2.11MOS Widlar Source in Weak 

Inversion 1008

14.3HighOutputResistance Current Mirrors1009

14.3.1The Wilson Current Sources1010

14.3.2Output Resistance of the Wilson 

Source1011

14.3.3Cascode Current Sources1012

14.3.4Output Resistance of the Cascode 

Sources1013

14.3.5Regulated Cascode Current Source1014

14.3.6Current Mirror Summary1015

14.4Reference Current Generation1018

14.5SupplyIndependent Biasing1019

14.5.1A VBE Based Reference1019

14.5.2The Widlar Source1019

14.5.3PowerSupplyIndependent Bias 

Cell1020

14.5.4A SupplyIndependent MOS 

Reference Cell1021

14.6The Bandgap Reference1023

14.7The Current Mirror as an Active Load1027

14.7.1CMOS Differential Amplifier with 

Active Load1027

14.7.2Bipolar Differential Amplifier with 

Active Load1034

14.8Active Loads in Operational Amplifiers1038

14.8.1CMOS OpAmp Voltage Gain1038

14.8.2dc Design Considerations1039

14.8.3Bipolar Operational Amplifiers1041

14.8.4Input Stage Breakdown1042

14.9The μA741 Operational Amplifier1043

14.9.1Overall Circuit Operation1043

14.9.2Bias Circuitry1044

14.9.3dc Analysis of the 741 Input Stage1045

14.9.4ac Analysis of the 741 Input Stage1048

14.9.5Voltage Gain of the Complete 

Amplifier1049

14.9.6The 741 Output Stage1053

14.9.7Output Resistance1055

14.9.8ShortCircuit Protection1055

14.9.9Summary of the μA741 Operational 

Amplifier Characteristics1055

14.10The Gilbert Analog Multiplier1056

Summary1058

Key Terms1059

References1060

Additional Readings1060

Problems1060

CHAPTER 15

TRANSISTOR FEEDBACK AMPLIFIERS 

AND OSCILLATORS1077

15.1Basic Feedback System Review1080

15.1.1ClosedLoop Gain1080

15.1.2ClosedLoop Impedances1081

15.1.3Feedback Effects1081

15.2Feedback Amplifier Analysis at Midband1083

15.2.1ClosedLoop Gain1083

15.2.2Input Resistance1084

15.2.3Output Resistance1084

15.2.4Offset Voltage Calculation1085

15.3Feedback Amplifier Circuit Examples1086

15.3.1SeriesShunt Feedback—

Voltage Amplifiers1086

15.3.2Differential Input SeriesShunt 

Voltage Amplifier1091

15.3.3ShuntShunt Feedback—

Transresistance Amplifiers1094

15.3.4SeriesSeries Feedback—

Transconductance Amplifiers1100

15.3.5ShuntSeries Feedback—

Current Amplifiers1103

15.4Review of Feedback Amplifier Stability1106

15.4.1ClosedLoop Response of the 

Uncompensated Amplifier1107

15.4.2Phase Margin1108

15.4.3HigherOrder Effects1112

15.4.4Response of the Compensated 

Amplifier1113

15.4.5SmallSignal Limitations1115

15.5SinglePole Operational Amplifier 

Compensation1115

15.5.1ThreeStage OpAmp Analysis1116

15.5.2Transmission Zeros in FET Op Amps1118

15.5.3Bipolar Amplifier Compensation1119

15.5.4Slew Rate of the Operational 

Amplifier1120

15.5.5Relationships between Slew Rate 

and GainBandwidth Product1121

15.6HighFrequency Oscillators1130

15.6.1The Colpitts Oscillator1131

15.6.2The Hartley Oscillator1132

15.6.3Amplitude Stabilization in LC 

Oscillators1133

15.6.4Negative Resistance in Oscillators1133

15.6.5Negative Gm Oscillator1134

15.6.6Crystal Oscillators1136

15.6.7Ring Oscillators 1139

15.6.8Positive Feedback and Latchup 1140

Summary1143

Key Terms1145

Additional Readings1145

Problems1145

APPENDICES1159

AStandard Discrete Component Values1159

BSolidState Device Models and 

SPICE Simulation Parameters1162

CTwoPort Review (Section 6.3)1167

DPhysical Constants and Transistor 

Model Summary1170

第一部分

固态电子学与器件

第1章

电子学简介

1.1电子学发展简史： 从真空管到吉规模

集成电路

1.2电信号的分类

1.2.1数字信号

1.2.2模拟信号

1.2.3A/D和D/A转换器——模拟与数字

信号的桥梁

1.3符号约定

1.4问题求解的方法

1.5电路理论的主要概念

1.5.1分压和分流

1.5.2戴维南定理和诺顿

定理

1.6电信号的频谱

1.7放大器

1.7.1理想运算放大器

1.7.2放大器频率响应

1.8电路设计中元件参数的变化

1.8.1容差的数学模型

1.8.2最差情况分析

1.8.3蒙特卡洛分析

1.8.4温度系数

1.9数值精度

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第2章

固态电子学

2.1固态电子材料

2.2共价键模型

2.3半导体中的漂移电流和迁移率

2.3.1漂移电流

2.3.2迁移率

2.3.3速度饱和

2.4本征硅的电阻率

2.5半导体中的杂质

2.5.1硅中的施主杂质

2.5.2硅中的受主杂质

2.6掺杂半导体中的电子和

空穴浓度

2.6.1n型材料(ND>NA)

2.6.2p型材料(NA>ND)

2.7掺杂半导体中的迁移率和电阻率

2.8扩散电流

2.9总电流

2.10能带模型

2.10.1本征半导体中电子空穴对

的产生

2.10.2掺杂半导体的能带

模型

2.10.3补偿半导体

2.11集成电路制造综述

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第3章

固态二极管和二极管电路

3.1pn结二极管

3.1.1pn结静电学

3.1.2二极管内部电流

3.2二极管的iv特性

3.3二极管方程： 二极管的数学模型

3.4二极管特性之反偏、零偏

和正偏

3.4.1反偏

3.4.2零偏

3.4.3正偏

3.5二极管的温度系数

3.6反偏下的二极管

3.6.1实际二极管的饱和电流

3.6.2反向击穿

3.6.3击穿区的二极管模型

3.7pn结电容

3.7.1反偏

3.7.2正偏

3.8肖特基势垒二极管

3.9二极管的SPICE模型及版图

3.9.1二极管的版图

3.10二极管电路分析

3.10.1负载线分析法

3.10.2二极管数学模型

分析法

3.10.3理想二极管模型

3.10.4恒压降模型

3.10.5模型比较与讨论

3.11多二极管电路

3.12二极管工作在击穿区域

的分析

3.12.1负载线分析

3.12.2分段线性模型

分析

3.12.3稳压器

3.12.4包含齐纳电阻的电路分析

3.12.5线性调整率和负载调整率

3.13半波整流电路

3.13.1带负载电阻的半波整流器

3.13.2整流滤波电容

3.13.3带RC负载的半波整流器

3.13.4纹波电压和导通期

3.13.5二极管电流

3.13.6浪涌电流

3.13.7额定峰值反向电压

3.13.8二极管功耗

3.13.9输出负电压的半波整流器

3.14全波整流电路

3.14.1输出负电压的全波

整流器

3.15全波桥式整流

3.16整流器的比较和折中设计

3.17二极管的动态开关行为

3.18光电二极管、太阳能电池和发光

二极管

3.18.1光电二极管和光探测器

3.18.2太阳能电池

3.18.3发光二极管(LED)

小结

关键词

参考文献

扩展阅读

习题

第4章

双极型晶体管

4.1双极型晶体管的物理结构

4.2npn晶体管的传输模型

4.2.1正向特性

4.2.2反向特性

4.2.3任意偏置条件下晶体管传输

模型方程

4.3pnp晶体管

4.4晶体管传输模型的

等效电路

4.5双极型晶体管的iv特性

4.5.1输出特性

4.5.2传输特性

4.6双极型晶体管的工作区

4.7传输模型的简化

4.7.1截止区的简化模型

4.7.2正向有源区的模型

简化

4.7.3双极型集成电路中的二极管

4.7.4反向有源区的简化模型

4.7.5饱和区模型

4.8双极型晶体管的非理想特性

4.8.1结击穿电压

4.8.2基区的少数载流子

传输

4.8.3基区传输时间

4.8.4扩散电容

4.8.5共发电流增益对频率的

依赖性

4.8.6Early效应和Early电压

4.8.7Early效应的建模

4.8.8Early效应的产生原因

4.9跨导

4.10双极型工艺与SPICE模型

4.10.1定量描述

4.10.2SPICE模型方程

4.10.3高性能双极型晶体管

4.11BJT的实际偏置电路

4.11.1四电阻偏置网络

4.11.2四电阻偏置网络的

设计目标

4.11.3四电阻偏置电路的

迭代分析

4.12偏置电路的容差

4.12.1最差情况分析

4.12.2蒙特卡洛分析

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第5章

场效应晶体管

5.1MOS电容特性

5.1.1积累区

5.1.2耗尽区

5.1.3反型区

5.2NMOS晶体管

5.2.1NMOS晶体管的iv特性的

定性描述

5.2.2NMOS晶体管的线性区

特性

5.2.3导通电阻

5.2.4跨导

5.2.5iv特性的饱和

5.2.6饱和(夹断)区的数学模型

5.2.7饱和跨导

5.2.8沟道长度调制

5.2.9传输特性及耗尽型

MOSFET

5.2.10体效应或衬底灵敏度

5.3PMOS晶体管

5.4MOSFET电路符号

5.5MOS晶体管对称性

5.5.1单晶体管Dram单元

5.5.21T细胞中的数据存储

5.5.3从1T细胞读取数据

5.6CMOS技术

5.6.1CMOS电压传输特性

5.7CMOS锁存器

5.8MOS晶体管电容

5.8.1NMOS晶体管的线性区

电容

5.8.2饱和区电容

5.8.3截止区电容

5.9SPICE中的MOSFET建模

5.10MOS晶体管的等比例缩放

5.10.1漏极电流

5.10.2栅极电容

5.10.3电流和功率密度

5.10.4功耗延迟积

5.10.5截止频率

5.10.6大电场限制

5.10.7包含高场限制的统一MOS

晶体管模型

5.10.8亚阈值导通

5.11全区域建模

5.11.1插值模型

5.11.2饱和区域的插值

模型

5.11.3跨导效率

5.12MOS晶体管的制造工艺及版图

设计规则

5.12.1最小特征尺寸和对准

容差

5.12.2MOS晶体管的版图

5.12.3CMOS逆变器布局

5.13先进CMOS技术

5.14NMOS场效应晶体管的偏置

5.14.1为什么需要偏置

5.14.2四电阻偏置

5.14.3恒定栅源电压偏置

5.14.4Q点的图形分析

5.14.5包含体效应的分析

5.14.6使用统一模型进行分析

5.14.7NMOS电路分析比较

5.14.8双电阻器偏置

5.15PMOS场效应晶体管的偏置

5.16偏置CMOS反相器作为放大器

5.17CMOS传输门

5.18结型场效应晶体管(JFET)

5.18.1偏压下的JFET

5.18.2漏源偏置下的JFET沟道

5.18.3n沟道JFET的iv特性

5.18.4p沟道JFET

5.18.5JFET的电路符号和

模型小结

5.18.6JFET电容

5.19JFET的SPICE模型

5.20JFET和耗尽型MOSFET的偏置

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第二部分

模拟电路

第6章

放大器简介

6.1模拟电子系统示例

6.2放大作用

6.2.1电压增益

6.2.2电流增益

6.2.3功率增益

6.2.4放大器的位置

6.2.5分贝

6.3放大器的二端口模型

6.3.1g参数

6.4源和负载电阻的失配

6.5差分放大器

6.5.1差分放大器的电压

传输特性

6.5.2电压增益

6.6放大器的失真

6.7差分放大器模型

6.8放大器的频率响应

6.8.1伯德图

6.8.2低通放大器

6.8.3高通放大器

6.8.4带通放大器

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第7章

晶体管放大器

7.1晶体管放大器

7.1.1BJT放大器

7.1.2MOSFET放大器

7.2耦合电容和旁路电容

7.3用直流和交流等效电路进行

电路分析

7.3.1直流和交流分析步骤

7.4小信号模型简介

7.4.1二极管小信号行为的

图形解释

7.4.2二极管的小信号建模

7.5双极型晶体管的小信号

模型

7.5.1混合π模型

7.5.2图解跨导

7.5.3小信号电流增益

7.5.4BJT的固有电压增益

7.5.5小信号模型的等效形式

7.5.6简化的混合π模型

7.5.7双极型晶体管的小信号

定义

7.5.8pnp晶体管的小信号

模型

7.5.9用SPICE进行交流分析和瞬态

分析的对比

7.6共射极放大器

7.6.1端电压增益

7.6.2输入电阻

7.6.3信号源电压增益

7.7重要限制及模型简化

7.7.1共射极放大器的

设计指导

7.7.2共射极增益的

上限

7.7.3共射极放大器的小信号

限制

7.8场效应晶体管的小信号模型

7.8.1MOSFET的小信号模型

7.8.2MOSFET的本征电压增益

7.8.3MOSFET小信号工作的

定义

7.8.4四端MOSFET中的

体效应

7.8.5PMOS晶体管的小信号模型

7.8.6弱反型区(亚阀值区)模式下MOS

管的小信号模型

7.8.7结型场效应晶体管的小信号

模型

7.9BJT和FET小信号模型的小结

与对比

7.10共源极放大器

7.10.1共源极端电压

增益

7.10.2共源极放大器的信号源

电压增益

7.10.3共源极放大器的

设计指导

7.10.4共源极放大器的小信号

限制

7.10.5共射极放大器和共源极放大器的

输入电阻

7.10.6共射极和共源极的输出

电阻

7.10.7三个放大器实例的

比较

7.11共射极放大器和共源极放大器

小结

7.11.1可忽略晶体管输出电阻的

指南

7.12放大器功率和信号范围

7.12.1功耗

7.12.2信号范围

小结

关键词

参考文献

习题

第8章

采用单晶体管放大器构

建块

8.1放大器分类

8.1.1双极型晶体管的信号注入和抽取

8.1.2场效应管的信号注入和抽取

8.1.3共发射极(CE)和共源极(CS)

放大器

8.1.4共集电极(CC)和共漏极(CD)

拓扑图

8.1.5共基极(CB)和共栅极(CG)

放大器

8.1.6小信号模型回顾

8.2反相放大器——共射极和共源极

放大器电路

8.2.1共发射极(CE)放大器

8.2.2共发射极实例的比较

8.2.3共源极放大器

8.2.4共源极放大器的小信号范围

8.2.5共发射极和共源极放大器

特性

8.2.6CE/CS放大器小结

8.2.7通用CE/CS晶体管的等效

晶体管表示

8.3跟随器电路——共集电极和共漏极

放大器

8.3.1端电压增益

8.3.2输入电阻

8.3.3信号源电压增益

8.3.4跟随器信号范围

8.3.5跟随器的输出电阻

8.3.6电流增益

8.3.7CC/CD放大器小结

8.4同相放大器——共基极和共栅极

电路

8.4.1端电压增益和输入

电阻

8.4.2信号源电压增益

8.4.3输入信号范围

8.4.4集电极和漏极端的

电阻

8.4.5电流增益

8.4.6同相放大器的总体输入和

输出电阻

8.4.7CB/CG放大器小结

8.5放大器原型回顾和

比较

8.5.1双极型晶体管放大器

8.5.2FET放大器

8.6采用MOS反相器的共源极

放大器

8.6.1电压增益估算

8.6.2详细分析

8.6.3其他可选负载

8.6.4输入和输出电阻

8.7耦合和旁路电容设计

8.7.1共发射极和共源极

放大器

8.7.2共集电极和共漏极

放大器

8.7.3共基极和共栅极

放大器

8.7.4设置下限截止频率fL

8.8放大器设计实例

8.8.1共基极放大器设计的

蒙特卡洛分析

8.9多级交流耦合放大器

8.9.1三级交流耦合放大器

8.9.2电压增益

8.9.3输入电阻

8.9.4信号源的电压增益

8.9.5输出电阻

8.9.6电流和功率增益

8.9.7输入信号范围

8.9.8估算多级放大器的截止频率

下限

8.10直流耦合放大器简介 

8.10.1直流耦合三级放大器 

8.10.2双晶体管直流耦合放大器

小结

关键词

扩展阅读

习题

第9章

放大器频率响应

9.1放大器频率响应

9.1.1低频响应

9.1.2缺少主极点情况下

估算ωL

9.1.3高频响应

9.1.4缺少主极点情况下

估算ωH

9.2直接确定低频极点和零点——共源

放大器

9.3用短路时间常数法估算

ωL的值

9.3.1估算共发射极放大器

的ωL

9.3.2估算共源极放大器

的ωL

9.3.3估算共基极放大器

的ωL

9.3.4估算共栅极放大器

的ωL

9.3.5估算共集电极放大器

的ωL

9.3.6估算共漏极放大器

的ωL

9.4高频晶体管模型

9.4.1双极型晶体管与频率相关的混合

π模型

9.4.2在SPICE中对Cπ和Cμ建模

9.4.3单位增益频率fT

9.4.4FET的高频模型

9.4.5运用SPICE为CGS和CGD建模

9.4.6fT与沟道长度的关系

9.4.7高频模型的局限性

9.5混合π模型中的基区

电阻

9.5.1基区电阻对中频放大器

的影响

9.6共发射极和共源极放大器的

高频响应

9.6.1密勒效应

9.6.2共发射极和共源极放大器的

高频响应

9.6.3共发射极放大器传输特性的

直接分析

9.6.4共发射极放大器的极点

9.6.5共源极放大器的

主极点

9.6.6用开路时间常数法

估算ωH

9.6.7包含源极衰减电阻的共源

放大器

9.6.8包含发射极衰减电阻的共发射极放大器

的极点

9.7共基极和共栅极放大器的

高频响应

9.8共集电极和共漏极放大器的

高频响应

9.9单级放大器高频响应

小结

9.9.1放大器的增益带宽

限制

9.10多级放大器的频率响应

9.10.1差分放大器

9.10.2共集电极/共基极

串联

9.10.3Cascode放大器的高频

响应

9.10.4电流镜的截止频率

9.10.5三级放大器实例

9.11射频电路介绍

9.11.1射频放大器

9.11.2并联峰化放大器

9.11.3单级调谐放大器

9.11.4抽头电感的运用——自耦

变压器

9.11.5多级调谐电路——同步调谐

和参差调谐

9.11.6包含衰减电感的共源

放大器

9.12混频器和平衡调制器

9.12.1混频器工作原理简介

9.12.2单平衡混频器

9.12.3差分对实现的单平衡

混频器

9.12.4双平衡混频器

9.12.5Jones混频器——双平衡混频器

/调制器

小结

关键词

参考文献

习题

第三部分

运算放大器和反馈

第10章

理想运算放大器

10.1理想差分放大器和运算放大器

10.1.1理想运算放大器分析中

的假设

10.2理想运算放大器电路

的分析

10.2.1反相放大器

10.2.2互阻放大器——电流/电压

转换器

10.2.3同相放大器

10.2.4单位增益缓冲器或电压

跟随器

10.2.5求和放大器

10.2.6差分放大器

10.3反馈放大器的频率特性

10.3.1有源低通滤波器

10.3.2有源高通滤波器

10.3.3积分器

10.3.4微分器

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第11章

非线性运算放大器和反馈放大器

的稳定性

11.1经典反馈系统

11.1.1闭环增益分析

11.1.2增益误差

11.2含有非理想运算放大器的

电路分析

11.2.1有限开环增益

11.2.2非零输出电阻

11.2.3有限输入电阻

11.2.4非理想反相和同相放大器

小结

11.3串联反馈和并联反馈电路

11.3.1反馈放大器类型

11.3.2电压放大器——电压串联

反馈

11.3.3跨阻放大器——电压并联

反馈

11.3.4电流放大器——电流并联

反馈

11.3.5跨导放大器——电流串联

反馈

11.4反馈放大器计算的统一

方法

11.4.1闭环增益分析

11.4.2利用Blackman理论计算

电阻

11.5电压串联反馈放大器——电压放大器

11.5.1闭环增益计算

11.5.2输入电阻计算

11.5.3输出电阻计算

11.5.4电压串联反馈放大器

小结

11.6电压并联反馈放大器——跨阻

放大器

11.6.1闭环增益分析

11.6.2输入电阻计算

11.6.3输出电阻计算

11.6.4电压并联反馈放大器

小结

11.7电流串联反馈放大器——跨导

放大器

11.7.1闭环增益计算

11.7.2输入电阻计算

11.7.3输出电阻计算

11.7.4电流串联反馈放大器

小结

11.8电流并联反馈放大器——电流放大器

11.8.1闭环增益计算

11.8.2输入电阻计算

11.8.3输出电阻计算

11.8.4电流并联反馈放大器

总结

11.9使用持续电压和电流注入法计算

回路增益

11.9.1简化

11.10利用反馈减小

失真

11.11直流误差源和输出摆幅

限制

11.11.1输入失调电压

11.11.2失调电压调节

11.11.3输入偏置电流和输入失调电流

11.11.4输出电压和电流限制

11.12共模抑制比和输入

电阻

11.12.1有限共模抑

制比

11.12.2共模抑制比的重要性

11.12.3由CMRR产生的电压跟随器

增益误差

11.12.4共模输入电阻

11.12.5CMRR的另一种解释

11.12.6电源抑制比

11.13运算放大器的频率响应

和带宽

11.13.1同相放大器的频率

响应

11.13.2反相放大器的频率

响应

11.13.3利用反馈控制频率

响应

11.13.4大信号限制——摆率和满功率

带宽

11.13.5运算放大器频率响应的宏

模型

11.13.6运算放大器的SPICE宏

模型

11.13.7通用运算放大器

实例

11.14反馈放大器的稳定性

11.14.1奈奎斯特图

11.14.2一阶系统

11.14.3二阶系统和相位

裕度

11.14.4阶跃响应和相位裕度

11.14.5三阶系统和增益

裕度

11.14.6根据伯德图判断

稳定性

小结

关键词

参考文献

习题

第12章

运算放大器应用

12.1级联放大器

12.1.1二端口表示

12.1.2放大器专有名词回顾

12.1.3级联放大器的频率

响应

12.2仪表放大器

12.3有源滤波器

12.3.1低通滤波器

12.3.2带增益的高通滤波器

12.3.3带通滤波器

12.3.4灵敏度

12.3.5幅值和频率缩放

12.4开关电容电路

12.4.1开关电容积分器

12.4.2同相SC积分器

12.4.3开关电容滤波器

12.5数/模转换

12.5.1数/模转换器基础

12.5.2数/模转换器误差

12.5.3数/模转换电路

12.6模/数转换

12.6.1模/数转换器基础

12.6.2模/数转换器误差

12.6.3基本模/数转换技术

12.7振荡器

12.7.1振荡的巴克豪森

准则

12.7.2带频率选择RC网络的

振荡器

12.8非线性电路的应用

12.8.1精密半波整流器

12.8.2非饱和的精准整流

电路

12.9正反馈电路

12.9.1比较器和施密特触发器

12.9.2非稳态多谐振荡器

12.9.3单稳态多谐振荡器或单稳态

电路

小结

关键词

补充阅读

习题

第13章

差分放大器和运算放大器

设计

13.1差分放大器

13.1.1双极型和MOS差分

放大器

13.1.2双极型差分放大器的直流

分析

13.1.3双极型差分放大器的传输

特性

13.1.4双极型差分放大器的交流

分析

13.1.5差模增益以及输入和输出

电阻

13.1.6共模增益和输入

电阻

13.1.7共模抑制比(CMRR)

13.1.8差模和共模的半电路

分析

13.1.9电流源的偏置

13.1.10在SPICE中为电子电流

源建模

13.1.11MOSFET差分放大器的

直流分析

13.1.12差模输入信号

13.1.13MOS差分放大器的小信号

传输特性

13.1.14共模输入信号

13.1.15差分对模型

13.2基本运算放大器的演进

13.2.1运算放大器的两级原型

13.2.2提高运算放大器的电压增益

13.2.3达林顿对

13.2.4减小输出电阻

13.2.5CMOS运算放大器

原型

13.2.6BiCMOS放大器

13.2.7全晶体管实现电路

13.3输出级

13.3.1源极跟随器——A类

输出级

13.3.2A类放大器的效率

13.3.3B类推挽输出级

13.3.4AB类放大器

13.3.5运算放大器的AB类

输出级

13.3.6短路保护

13.3.7变压器耦合

13.4电子电流源

13.4.1单晶体管电流源

13.4.2电路源的品质因数

13.4.3高输出电阻电流源

13.4.4电流源设计实例

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第14章

模拟集成电路设计

技术

14.1电路元件匹配

14.2电流镜

14.2.1MOS晶体管电流镜的

直流分析

14.2.2改变MOS镜像比率

14.2.3双极型晶体管电流镜的

直流分析

14.2.4改变BJT电流镜的镜像比率

14.2.5多级电流源

14.2.6缓冲电流镜

14.2.7电流镜像的输出

阻抗

14.2.8电流镜的二端口

模型

14.2.9Widlar电流源

14.2.10MOS管Widlar电

流源

14.2.11弱反转中的MOS 

Widlar源

14.3高输出电阻电流镜

14.3.1Wilson电流源

14.3.2Wilson电流源的

输出电阻

14.3.3Cascode电流源

14.3.4Cascode电流源的

输出电阻

14.3.5可调Cascode电流源

14.3.6电流镜小结

14.4参考电流的产生

14.5与电源电压无关的偏置

14.5.1基于VBE的参考源

14.5.2Widlar电流源

14.5.3与电源电压无关的

偏置单元

14.5.4与电源电压无关的MOS

参考单元

14.6带隙基准源

14.7电流镜作为有源负载

14.7.1带有源负载的CMOS

差分放大器

14.7.2带有源负载的双极

差分放大器

14.8运算放大器中的源负载

14.8.1CMOS运算放大器电压增益

14.8.2直流设计注意事项

14.8.3双极型运算放大器

14.8.4输入级击穿

14.9μA741运算放大器

14.9.1电路总体工作原理

14.9.2偏置电路

14.9.3μA741输入级的直流分析

14.9.4μA741输入级的交流分析

14.9.5整体放大器的

电压增益

14.9.6μA741的输出级

14.9.7输出阻抗

14.9.8短路保护电路

14.9.9μA741运算放大器

特性小结

14.10Gilbert模拟乘法器

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第15章

晶体管反馈放大器与

振荡器

15.1基本反馈系统回顾

15.1.1闭环增益

15.1.2闭环阻抗

15.1.3反馈的作用

15.2反馈放大器的中频分析

15.2.1闭环增益

15.2.2输入电阻

15.2.3输出电阻

15.2.4偏移电压计算

15.3反馈放大电路举例

15.3.1串并反馈(电压串联反馈) 

——电压放大器

15.3.2差分输入串并电压

放大器

15.3.3并并反馈(电压并联反馈)

—— 跨阻放大器

15.3.4串串反馈(电流串联反馈)

——跨导放大器

15.3.5并串反馈(电流并联反馈)

——电流放大器

15.4反馈放大器稳定性回顾

15.4.1未补偿放大器的

闭环响应

15.4.2相位裕度

15.4.3高阶效应

15.4.4补偿放大器

响应

15.4.5小信号限制

15.5单极点运算放大器

补偿

15.5.1三级运放分析

15.5.2场效应管运放的传输零点

15.5.3双极性放大器补偿

15.5.4运算放大器的

摆率

15.5.5摆率与增益带宽积之间

的关系

15.6高频振荡器

15.6.1Colpitts 振荡器

15.6.2Hartley 振荡器

15.6.3LC振荡器的幅值

稳定

15.6.4振荡器中的负阻

15.6.5负Gm振荡器

15.6.6晶体振荡器

15.6.7环形振荡器

15.6.8正反馈和闭锁

小结

关键词

补充阅读

习题

附录

附录A标准离散元件参数

附录B固态器件模型及SPICE

仿真参数

附录C二端口网络回顾

附录D物理常数和晶体管

模型概述