模拟与数字电路

本书是高等学校信息与通信专业、计算机专业等专业基础课教材。全书包括半导体元器件、放大器基础、模拟集成电路、功率放大器、数字与逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器等10章　最基本的教学内容。 　　本书理论性和实践性较强，为了便于读者阅读理解，全书按由浅入深的原则安排，阐述模拟电路和数字逻辑电路的基本理论、基本概念和基本分析设计方法，语言力求通俗易懂、文字简洁、观点明确、逻辑清晰，并结合各章　特点，提供了例题、小结、思考题及习题等。 　　本书可以作为高等学校信息通信专业、计算机专业、自动控制专业及电子类工程技术人员的教材或教学参考书，也可作为电子与通信工程专业工程硕士的复习参考书。

第1章　半导体元器件　1
　1.1　半导体基础知识　1
　1.1.1　什么是半导体　1
　1.1.2　本征半导体　2
　1.1.3　杂质半导体　3
　1.2　PN结　4
　1.2.1　PN结的形成　4
　1.2.2　PN结的单向导电性　5
　1.2.3　温度对伏安特性的影响　6
　1.2.4　PN结的反向击穿　7
　1.2.5　PN结的电容效应　7
　1.3　半导体二极管　8
　1.3.1　二极管的结构和符号　8
　1.3.2　二极管的伏安特性　8
　1.3.3　二极管的主要参数　9
　1.3.4　二极管的等效电阻　9
　1.3.5　二极管等效电路　10
　1.3.6　特殊二极管　11
　1.3.7　二极管的应用　12
　1.4　半导体三极管　17
　1.4.1　三极管的结构类型　17
　1.4.2　三极管的工作原理　18
　1.4.3　三极管特性曲线　20
　1.4.4　三极管的极限参数　22
　1.5　场效应晶体管　23
　1.5.1　结型场效应管　23
　1.5.2　绝缘栅型场效应管　26
　小结　30
　思考题　31
　习题　32
第2章　放大器基础　34
　2.1　晶体管放大器　35
　2.1.1　放大器的组成　35
　2.1.2　放大器工作原理　35
　2.1.3　图解分析法　36
　2.1.4　等效电路分析法　39
　2.1.5　共基极放大器的特点　43
　2.1.6　多级放大器　43
　2.2　放大器的反馈　47
　2.2.1　反馈的基本概念　47
　2.2.2　反馈放大器的一般表示式　51
　2.2.3　负反馈对放大器性能的影响　53
　2.2.4　两种常用的负反馈放大电路　56
　*2.2.5　深度负反馈放大器的计算举例　60
　2.2.6　负反馈放大器稳定工作的条件　62
　2.3　放大器的频率特性　64
　2.3.1　频率特性的基本概念　64
　2.3.2　晶体管的高频参数及等效电路　66
　2.3.3　共射极单级放大器的高频特性　70
　2.3.4　多级放大器的频率特性　76
　*2.3.5　扩展放大器通频带的方法　77
　2.4　场效应管放大器　78
　小结　78
　思考题　80
　习题　81
第3章　模拟集成电路　87
　3.1　集成电路概述　87
　3.2　恒流源电路　88
　3.2.1　镜像电流源　88
　3.2.2　比例电流源　89
　3.2.3　微电流源　90
　3.2.4　MOS电流源　90
　3.2.5　有源负载　91
　3.3　差动放大器　92
　3.3.1　零点漂移　92
　3.3.2　差动放大器的工作原理　92
　3.3.3　小信号分析　94
　3.3.4　具有恒流源偏置和有源负载的差动放大器　97
　3.3.5　复合管放大器　98
　3.4　集成运算放大器　99
　3.4.1　集成运放电路的组成　100
　3.4.2　通用型集成运放　100
　3.4.3　集成运放的主要参数　102
　3.4.4　专用型集成运放　103
　3.5　集成运放的应用　105
　3.5.1　集成运放的理想化　105
　3.5.2　基本放大电路　106
　3.5.3　线性运算电路　109
　3.5.4　非线性运算电路　113
　小结　116
　思考题　117
　习题　117
第4章　功率放大器　121
　4.1　概述　121
　4.1.1　功率放大器的特点　121
　4.1.2　功率放大器的分类　124
　4.2　低频功率放大器　125
　4.2.1　乙类互补对称功率放大器　125
　4.2.2　甲乙类互补对称功率放大器　130
　4.2.3　单电源互补对称功率放大器　131
　*4.2.4　单电源桥式互补对称功率放大电路　132
　小结　134
　思考题　134
　习题　135
第5章　数字与逻辑基础　136
　5.1　数字信号与数字电路　136
　5.1.1　数字信号与数字电路　136
　5.1.2　数字电路的分类　137
　5.2　数制与二进制编码　137
　5.2.1　数制　137
　5.2.2　数制间的转换　139
　5.2.3　二进制编码　141
　5.3　逻辑代数与逻辑函数　143
　5.3.1　逻辑代数与逻辑变量　143
　5.3.2　基本逻辑运算与基本逻辑门　144
　5.3.3　复合逻辑运算　146
　5.3.4　逻辑代数的基本定律和常用公式　147
　5.3.5　逻辑代数的三个基本定理　150
　5.3.6　正逻辑和负逻辑　152
　5.4　逻辑函数的描述　152
　5.4.1　逻辑函数的建立和描述方法　152
　5.4.2　逻辑函数表达式的两种标准形式　154
　5.4.3　逻辑函数的最简表达式　156
　5.5　逻辑函数的化简　158
　5.5.1　逻辑函数的公式化简法　158
　5.5.2　逻辑函数的卡诺图化简法　160
　小结　164
　习题　165
第6章　逻辑门电路　169
　6.1　TTL逻辑门电路　169
　6.1.1　TTL反相器的电路结构和工作原理　170
　6.1.2　其他逻辑功能的TTL门电路　175
　6.1.3　其他类型的TTL门电路　179
　6.2　其他类型的双极型数字集成电路　181
　6.3　CMOS门电路　182
　6.3.1　MOS管的开关特性　182
　6.3.2　CMOS反相器　183
　6.3.3　其他类型的CMOS门电路　187
　6.4　NMOS集成电路　191
　小结　193
　思考题　194
　习题　195
第7章　组合逻辑电路　199
　7.1　组合逻辑电路概述　199
　7.2　SSI构成的组合逻辑电路的分析和设计　200
　7.2.1　组合逻辑电路的分析　200
　7.2.2　组合逻辑电路的设计　203
　7.3　常用的中规模组合逻辑电路的分析　205
　7.3.1　编码器　205
　7.3.2　译码器　209
　7.3.3　数据分配器和数据选择器　216
　7.3.4　数值比较器　220
　7.3.5　算术运算电路　223
　7.3.6　奇偶校验器/发生器　227
　7.4　用MSI设计组合逻辑电路　230
　*7.5　组合逻辑电路中的竞争-冒险　234
　7.5.1　产生竞争-冒险的原因　234
　7.5.2　检查竞争-冒险的方法　236
　7.5.3　消除竞争-冒险的方法　237
　小结　238
　思考题　239
　习题　239
第8章　触发器　242
　8.1　基本RS触发器　242
　8.2　同步触发器　245
　8.2.1　同步RS 触发器　246
　8.2.2　同步D触发器　247
　8.2.3　同步触发器的空翻现象　248
　8.3　主从触发器　249
　8.3.1　主从RS触发器的电路结构及工作原理　249
　8.3.2　主从JK触发器　250
　8.3.3　主从触发器的一次翻转现象　252
　8.4　边沿触发器　252
　8.4.1　CMOS边沿触发器　252
　8.4.2　维持阻塞型TTL边沿触发器　254
　8.5　钟控触发器的主要参数　255
　8.6　触发器使用中应注意的问题　257
　8.6.1　触发器的电路结构与逻辑功能的关系　257
　8.6.2　触发器时钟脉冲的触发方式　258
　8.6.3　T触发器及触发器间的相互转换　258
　8.6.4　触发器的直接置位和直接复位　259
　小结　260
　思考题　261
　习题　261
第9章　时序逻辑电路　264
　9.1　时序逻辑电路的特点及描述方法　264
　9.1.1　时序逻辑电路的特点　264
　9.1.2　时序逻辑电路的描述方法　265
　9.1.3　时序逻辑电路的分类　265
　9.2　时序逻辑电路的分析　266
　9.2.1　同步时序逻辑电路的分析　266
　9.2.2　时序逻辑电路的一般分析步骤　269
　9.2.3　异步时序逻辑电路的分析　269
　9.3　寄存器和移位寄存器　271
　9.3.1　寄存器　271
　9.3.2　锁存器　271
　9.3.3　移位寄存器　272
　9.4　计数器　276
　9.4.1　计数器的分类　276
　9.4.2　同步计数器　277
　9.4.3　异步计数器　282
　9.4.4　移位寄存器型计数器　285
　9.5　序列信号发生器　288
　9.5.1　序列信号的基本概念　288
　9.5.2　序列信号发生器　288
　9.6　时序逻辑电路的设计　291
　9.6.1　按固定规律直接设计时序逻辑电路　292
　9.6.2　时序逻辑电路的一般设计方法　293
　9.6.3　任意进制计数器的设计　299
　9.6.4　序列信号发生器的设计　302
　小结　303
　思考题　304
　习题　304
第10章　半导体存储器　308
　10.1　只读存储器　308
　10.2　随机读写存储器　314
　10.3　存储器容量的扩展　316
　小结　318
　思考题　318
　习题　318
　参考资料　319

第1章 半导体元器件
本章介绍构成模拟集成电路的基础器件：二极管、三极管和场效应管。重点分析它们的结构、特性、主要参数等，还介绍二极管的应用、特殊二极管的功能等，并说明放大电路中三极管、场效应管的工作特点，指出三极管工作状态在模拟及数字电路中的不同。
学习要点
1.了解半导体物理知识和PN结的形成；熟悉PN结的特性，掌握二极管、三极管和场效应管的工作原理、基本方程、特性、主要参数、近似等效电路和使用注意事项。
2.了解温度对半导体器件性能的影响以及锗管和硅管的性能差别。
3.能解释下列名词术语：本征半导体，杂质半导体，多数载流子，空间电荷区，扩散电流和漂移电流；沟道，夹断，预夹断，耗尽型，增强型，夹断电压Up，开启电压UT，零栅饱和漏电流IDSS和跨导gm。
1.1　半导体基础知识
1.1.1　什么是半导体
在日常生活中，将常见的容易导电的金、银、铜、铝等金属称为导体；而普通的塑料、陶瓷、橡胶等则几乎不导电，称为绝缘体。半导体因其导电能力介于导体和绝缘体之间而得名，如锗、硅和砷化镓（其化学元素符号分别为Ge、Si和GaAs）是3种主要的半导体材料。为什么物质之间会存在导电性能差异的现象呢？根本原因在于物质内部原子结构、原子和原子的结合方式以及原子内部运载电荷的粒子数量和运动速度的不同而决定的。
半导体之所以在现代科学技术中得到广泛的应用，不在于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是因为它具有下面两个物理性质。