前言
本书是高等学校电气信息类专业“模拟电子技术”课程的入门教材,是广西高等学校“十一五”优秀教材立项项目,所对应的“模拟电子技术”课程为广西高校精品课程。
随着半导体技术的发展,模拟电子技术课程所涵盖的内容越来越多,但受限于新的教学大纲和学生知识结构的变化,本课程的授课学时数却越来越少,该教材就是为了适应这种形势的需要而编写的。
本书依据国家教委制定的电子、通信等专业《电子电路(Ⅰ)、(Ⅱ)课程教学基本要求》,在认真分析研究了2000年以来出版或再版的若干国内外同类优秀教材的特长,在本书第1版(2003年由西安电子科技大学出版社出版)的基础上,结合多年教学体会,编写而成的,力求体现以下思路和特色。
1.由于场效应管在模拟电子电路、逻辑电路,特别是在近代超大规模集成电路(VLSI)中已占据主流地位,因此本教材加强了场效应管(尤其是MOS场效应管)的教学内容。为了便于学生理解和掌握各类半导体器件及其构成的基本电路的工作原理,教材采用归类对比的教学方法,把双极型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)作为一个整体,贯穿到全书各章节。例如,第2章根据各器件的工作原理、载流子的传输过程、伏安特性、主要参数和低频微变等效电路模型等,把双极型晶体管(BJT)、结型场效应管(JFET)和绝缘栅型金属-氧化物-半导体场效应管(MOS)归类后,整体介绍给读者。第3章从晶体三极管放大电路的工作原理、晶体管的偏置方式、图解法和微变等效电路法入手,根据晶体管放大电路的基本指标(电压放大倍数、电流放大倍数、输入阻抗和输出阻抗等),把BJT和FET的各种组态电路归类成:共射极和共源极电路作为反相电压放大器,共集电极和共漏极电路相当于电压跟随器,共基极和共栅极放大器相当于电流跟随器。
2.随着科技的发展,与分立元件电路相比,集成电路的优点十分突出。用集成电路组成系统,省时、省力、省钱,性能好,可靠性高,所以必须充分重视集成电路的教学。但重点应放在与集成电路引出端有关的内部单元电路上,应该摒弃以分立元件电路为主干的旧教学模式,代之以集成电路芯片中常用的“基本单元电路”。教材在第4章重点介绍模拟集成电路(IC,In-tegrated Circuits)中广泛使用的几种基本单元电路:恒流源电路、有源负载放大器、差动放大电路和互补推挽功放输出级等。第7章对双极型通用集成运算放大器和CMOS集成运算放大器的内部电路做了典型分析。编者认为,学习模拟电路首先要打好基础,这样才能有效地提高学生“读电路”的能力,做到灵活应用集成电路,发挥好集成电路的作用。学习分立元件电路的目的正在于此。
3.本课程的新概念多,知识点多,服务的对象是初学者。所涉及的基本理论、基础知识和基本方法对本科生的培养起着重要的作用;而且课程的内容体系与其他相关的专业课程之间保持着紧密的衔接和交融,因此在基本概念的讲述上不能压缩篇幅,这是使教材易读的重要措施。另外,过多的数学分析推导既占用了大量的教学学时,还可能分散学生的注意力,甚至掩盖物理概念。在这方面,本教材借鉴国外教材的写法:文字阐述详尽,公式简明易记,鲜有数学推导,不仅易教更要易读、易学。总之,教材力求做到增加可读性,减少学生阅读和学习的困难。
4.教材在加强基本概念的基础上最大限度地删除了对半导体器件(晶体二极管、双极型晶体管和场效应晶体管)内部物理过程的数学分析,把注意力放在器件的模型、参数和伏安特性上面。由于新品种、新电路不断涌现,但基本概念、基本原理不会变化。教材始终以“讲透概念原理,打好电路基础”为宗旨,在章节次序的安排上尽量符合由浅入深,由个别到一般的认识规律。以“边器件边电路”的方法,讲完一种器件,接着就讲它的基本应用电路。放大电路的分析也按照先基础电路后实用变形电路来编排。
5.模拟电路是学生接触到的第一门工程型、技术型、实用型而非理论型的课程,它与先修课程“电路分析基础”和“信号与系统”有很大的差别。后者是讲述模型化电路和信号的分析方法,而电路的结构、元件的取值和信号的性质的不同并不影响分析方法的学习。但模拟电子电路却是具有一定功能的实用电路,学生在学习电子电路课程时,由于受习惯思维的影响,碰到的第一个疑点和难点是不理解电子电路课程的工程性特点。因此,教材中注意强调电路结构和元件取值的合理性。电路的计算则用工程近似方法:抓住主要矛盾来进行工程估算,使之既不失设计计算的正确性和可靠性,又能使分析和设计计算简单化。
6.教材注意加强与两门先修课程的联系。实际上,从分析电子电路的观点而言,电路中的电子器件或单元电路模型化以后,剩下的工作就是依靠这两门先修课程的知识来完成的。因此,教材有意识地加强了电路模型的概念,例如:放大器通用模型等。第5章放大器频率特性分析也从系统极点与开路和短路时间常数关系出发来研究。总之,先修课程应作为模拟电路课的有力工具,使学生掌握研究电路的统一方法,使所学的知识得到从具体到抽象的升华。
7.随着半导体技术的发展,模拟集成电路领域里的新器件、新技术不断涌现。面对21世纪新的人才培养的要求,基础课程的教学应该与科技发展同步。教材除了在第7章对通用模拟集成电路最重要的品种——集成运算放大器重点分析外,在第9章对模拟集成电路的新技术——电流模技术也做适当的介绍,以增加学习兴趣,开拓视野和思路,适应现代科技对人才的要求。
本书第8章由李旭琼编写,其他章节由王卫东编写,参加本书编写的还有王臻、苏维娜、赵怡,全书由王卫东统编定稿。在本书编写过程中,本书作者从所列参考文献中吸取了宝贵的成果和资料,在此谨向各参考文献的著译者表示衷心的感谢。感谢电子工业出版社韩同平编辑对本书出版给予的支持和帮助。作者深知,模拟电子技术范围广,新知识多,我们对这一领域的学习和研究水平十分有限,书中一定有不少错误和不妥之处,希望读者给以批评指正。
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编著者
于桂林电子科技大学