电路与模拟电子学基础

长期以来，国内多数高校的电路与电子学系列基础课程教学按照“电路分析（电路原理）→模拟电路（模拟电子技术）→数字电路（数字电子技术）→非线性电路（通信电路与系统）”顺序进行，其优点是循序渐进，各自形成相对独立而完整的知识体系。本书则是遵循诺贝尔物理学奖获得者普朗克的“科学全链条”理念，避免了知识点板块之间纵向和横向联系的割裂，从而更符合人的认知特性，有利于新时代电子技术领域高阶创新人才培养。以往电子信息类各专业本科生的电路入门课程是“电路分析基础”，主要介绍电路的基础知识和经典理论，重点分析的是由电阻、电容和电感构成的线性网络，而实用电路不可能仅由这些元件构成，需要将无实际应用功能的理想电路模型抽象分析并和实际电路具象分析结合，才能真正激发学生的学习与实践兴趣。为进一步构建科学、系统和先进的课程体系，课程与教材改革势在必行。
自然界的物理量都是时间连续变量，现代电子系统绝大多数是“模数混合系统”，模拟电子电路充当了物理世界与现代电子系统尤其是数字电子系统的接口。理解了这个“接口”，学生从直观感知的物理世界进入到工程化的电子世界时就不会有违和感，面对复杂工程问题就不至于茫然无措，因此把贯通型的“电路与模拟电子学”作为本科电子信息类各专业入门核心课符合新工科建设精神。本教材包含了“电路分析基础”“模拟电路基础”两门课程的核心内容，对由线性电阻、电容和电感等元器件组成的线性网络和由二极管、三极管、场效应管、运算放大器等半导体元器件组成的非线性网络等两大类知识点进行了有机融合，既具有较强的系统性，又强调了工程实践性，可达到“夯实基础，学以致用”的效果。
本教材的编写特点包括： 
（1） 加强工程电路分析。内容上注重电路分析的基础理论和方法介绍，其实践运用主要放在基本模拟电路中讲解。
（2） 突出共性方法运用。比如非线性元件的线性等效条件和等效方法的运用，可扩展为实际电路的普适性处理方法。
（3） 彰显工科知行合一。在理论探究基础上，强调工科非常重要的工程实用性，从而培养学生自主处理复杂工程问题的能力。
（4） 兼顾内容深度广度。内容的叙述上力求足够的深度并保持适当的广度。为扩展广度，书中增加部分章节（标“*”）供读者参考。
本书的绪论以及第4、6、7、9章由杜慧茜编写，第1、2、3章由吴琼之编写，第5、8章由邓小英编写，第10、11、12章由马志峰编写，并由杜慧茜统稿。北京理工大学的韩力教授审阅了本书全稿，提出了宝贵的修改意见。傅雄军教授对本书的编写方案提出了很好的建议，在此致以衷心的感谢！
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中不妥之处在所难免，恳请使用本教材的老师和同学以及其他读者批评指正。
编者
2022年2月于北京

本书面向工科电子信息类本科生，是新的课程体系下的核心课“电路与模拟电子学基础”的教材，主要内容包括：分析电路的基本理论和基本方法，构成电路的基本元器件：电阻、电容电感、二极管、三极管、运放的工作原理，以及应用这些理论和方法进行模拟电路的分析和设计。 “电路与模拟电子学基础”取代“电路分析基础”“模拟电路基础”两门课程，本书作为教材将按新体系框架介绍电路的基本理论与方法，培养电子信息类本科生基本的电路素养。

第1章绪论

1．1模拟与数字信号

1．2电路与电子系统

1．3电路的基本元器件

1．4电路的分析与设计

小结

第2章电路的抽象

2．1集总电路抽象

2．1．1电路分析方法

2．1．2理想电路元件

2．1．3集总参数电路模型

2．2电路变量

2．2．1电荷与电流

2．2．2电压与电位

2．2．3功率与能量

2．3电路元件

2．3．1电阻

2．3．2独立电源

2．3．3受控电源

2．3．4电容

2．3．5电感

2．3．6耦合电感

2．3．7理想变压器

小结

习题

第3章电阻网络

3．1基尔霍夫定律

3．1．1电路术语

3．1．2基尔霍夫电流定律

3．1．3基尔霍夫电压定律

3．2简单电阻电路

3．2．1电阻的串联

3．2．2电阻的并联

3．2．3电阻的混联

3．3电源变换

3．3．1独立电源变换

3．3．2受控电源变换

3．4输入电阻

3．4．1输入电阻和输出电阻的概念

3．4．2输入电阻的求解

小结

习题

第4章网络定理

4．1节点法

4．1．1节点方程的形式

4．1．2节点方程的快速列写法

4．1．3超节点分析法

4．2网孔法

4．2．1网孔方程的形式

4．2．2网孔方程的快速列写法

4．2．3超网孔分析法

4．3叠加定理

4．3．1线性电路特性

4．3．2叠加定理

4．3．3含有受控源的电路

4．4戴维南定理与诺顿定理

4．4．1定理

4．4．2定理的应用

4．4．3功率传输定理

小结

习题

第5章非线性电路分析的基本方法

5．1线性与非线性电路

5．2解方程法

5．3图解法

5．3．1直流源作用的电路

5．3．2交流大信号激励的电路

5．3．3交流小信号激励的电路

5．4分段线性分析法

5．5小信号分析法

小结

习题

第6章线性动态电路的暂态响应

6．1动态电路的状态与换路

6．1．1换路定律

6．1．2初始值的确定

6．2一阶动态电路

6．2．1一阶电路的等效

6．2．2零状态响应 

6．2．3零输入响应 

6．2．4三要素法

6．2．5一阶电路的应用

6．3二阶动态电路

6．3．1RLC串联电路

6．3．2GCL并联电路

6．3．3二阶电路的应用

小结

习题

第7章二极管及其应用电路

7．1半导体基础知识

7．2二极管的特性

7．2．1正向与反向偏置特性

7．2．2反向击穿特性

7．2．3温度对二极管伏安特性的影响

7．3二极管的模型

7．3．1大信号工作时的模型

7．3．2小信号等效模型

7．4二极管应用电路

7．4．1整流器

7．4．2峰值检测电路

7．4．3限幅电路

7．4．4钳位电路

7．4．5逻辑门电路

7．5二极管的主要参数

7．6齐纳二极管与稳压电路

7．6．1齐纳管

7．6．2稳压电路

7．7特殊二极管

7．7．1发光二极管

7．7．2光电二极管

7．7．3变容二极管

*7．8PN 结的形成与特性

7．8．1本征半导体

7．8．2杂质半导体

7．8．3PN结的形成

7．8．4PN结的击穿

7．8．5PN结的电容效应

小结

习题

第8章基本放大电路

8．1放大电路的基本概念

8．2MOSFET的工作原理

8．2．1MOS电容结构

8．2．2N沟道增强型MOSFET

8．2．3P沟道增强型MOSFET

8．2．4耗尽型MOSFET

8．2．5MOSFET的几种效应

8．2．6MOSFET的参数

8．3FET放大电路

8．3．1FET放大电路的组成

8．3．2直流通路和交流通路

8．3．3直流偏置电路与静态工作点的估计

8．3．4动态分析之图解法

8．3．5动态分析——小信号模型分析法

8．3．6三种基本组态放大电路的比较

8．4BJT的工作原理

8．4．1BJT的结构

8．4．2BJT的工作原理

8．4．3BJT的参数

8．4．4BJT的温度特性

8．5BJT放大电路

8．5．1BJT放大电路的组成

8．5．2BJT放大电路的静态分析

8．5．3BJT放大电路的动态分析

8．5．4三种组态的比较

8．5．5MOSFET与BJT的比较

8．6多级放大电路

8．6．1耦合方式

8．6．2电路类型的选择

8．6．3多级放大电路的分析

8．7差动放大电路

8．7．1MOS差动放大电路的工作原理

8．7．2MOS差动放大电路的静态分析

8．7．3MOS差放的差模特性

8．7．4MOS差放的共模特性

8．7．5任意输入模式下的MOS差放

8．7．6带有源负载的CMOS差放

8．8互补推挽功率放大电路

8．8．1功率放大电路的一般问题

8．8．2乙类互补推挽功率放大电路

8．8．3甲乙类互补推挽功率放大电路

8．8．4复合管与准互补推挽功率放大电路

8．8．5MOS输出级

8．9简化的集成运放内部电路

*8．10晶体管的内在工作原理

8．10．1MOSFET

8．10．2BJT 

*8．11集成运算放大器F007内部电路

小结

习题

第9章正弦交流电路的稳态响应

9．1正弦交流电路的瞬态和稳态

9．1．1正弦量的基本概念

9．1．2正弦激励作用下一阶电路的瞬态和稳态

9．2正弦量的相量表示法及其线性性质

9．2．1相量和相量图

9．2．2相量的线性性质 

9．3正弦稳态电路的相量模型

9．3．1基尔霍夫定律的相量形式

9．3．2基本元件VCR的相量形式

9．3．3欧姆定律的相量形式——阻抗和导纳的引入

9．3．4正弦稳态电路的相量模型

9．4正弦稳态电路的相量分析法

9．5正弦稳态电路的功率

9．5．1单口网络的瞬时功率

9．5．2单口网络的有功功率

9．5．3单口网络的复功率

9．5．4单口网络的无功功率

9．5．5正弦稳态功率传输定理

9．6正弦稳态电路的频率响应

9．6．1网络函数的频率响应

9．6．2RLC谐振电路

9．6．3多频正弦稳态的叠加

小结

习题

第10章放大电路的频率响应

10．1基本概念和分析方法

10．1．1基本概念

10．1．2频率失真

10．1．3分频段的分析方法

10．2频率响应的表示

10．2．1相量法推导频率响应函数

10．2．2波特图

10．2．3时间常数法求解上、下限截止频率

10．3放大电路的低频响应

10．4放大电路的高频响应

10．4．1高频小信号模型及参数

10．4．2共源和共射放大电路的高频响应

10．4．3共栅和共基放大电路的高频响应

10．4．4共漏和共集放大电路的高频响应

10．5扩展放大电路通频带的方法

10．5．1共源共栅和共射共基组合电路

10．5．2共漏共源电路

10．6多级放大电路的频率响应

小结

习题

第11章集成运算放大器及其应用

11．1集成运算放大器

11．1．1集成运放的特性

11．1．2集成运放的主要性能指标

11．1．3集成运放的分类

11．2反馈放大器

11．2．1反馈的基本概念

11．2．2反馈的分类和判别

11．2．3负反馈放大电路的基本方程

11．2．4负反馈对放大电路性能的影响

11．2．5深度负反馈放大电路的分析与计算

11．3集成运放构成的运算电路

11．3．1反相和同相放大器

11．3．2求和求差电路

11．3．3积分和微分电路

11．3．4对数和指数电路

11．3．5乘法和除法电路

11．3．6非理想集成运放带来的静态误差

11．4滤波电路

11．4．1滤波器的分类

11．4．2滤波器的主要参数

11．4．3低通滤波器

11．4．4高通滤波器

小结

习题

第12章信号产生电路

12．1正弦信号发生器

12．1．1正弦振荡电路概述

12．1．2RC桥式正弦波振荡电路

12．1．3移相式正弦波振荡电路

12．1．4LC桥式正弦波振荡电路

12．1．5石英晶体正弦波振荡电路

12．2电压比较器

12．2．1单限比较器

12．2．2迟滞比较器

12．2．3集成电压比较器

12．3非正弦信号发生器

12．3．1矩形波产生电路

12．3．2三角波产生电路

小结

习题

第13章直流稳压电路

13．1直流稳压电源组成

13．2整流电路

13．2．1半波整流电路

13．2．2桥式整流电路

13．2．3桥式整流电路参数与二极管参数选择

13．3滤波电路

13．3．1滤波原理 

13．3．2电感滤波电路

13．3．3复式滤波电路

13．4线性稳压电路

13．4．1稳压管稳压电路

13．4．2串联型稳压电路

13．5集成稳压器

13．5．1三端固定式集成稳压器

13．5．2三端口可调式集成稳压器

13．6开关稳压电路

13．6．1开关型稳压电路基本工作原理

13．6．2集成脉宽调制器开关电源

13．6．3集成降压式DCDC开关电源

13．7开关型集成稳压器

小结

习题

参考文献

本书面向工科电子信息类本科生，是新的课程体系下的核心课“电路与模拟电子学基础”的教材，主要内容包括：分析电路的基本理论和基本方法，构成电路的基本元器件：电阻、电容电感、二极管、三极管、运放的工作原理，以及应用这些理论和方法进行模拟电路的分析和设计。 “电路与模拟电子学基础”取代“电路分析基础”“模拟电路基础”两门课程，本书作为教材将按新体系框架介绍电路的基本理论与方法，培养电子信息类本科生基本的电路素养。

（1）涵盖“电路分析基础”及“模拟电路基础”核心内容。按新体系框架介绍电路的基本理论与方法，适合作为新工科课程体系改革后的核心课教材。 
（2）加强工程电路分析。内容上注重电路分析的基础理论和方法介绍，实践运用主要集中在基本模拟电路的讲解。
（3）突出共性方法运用。如非线性元件的线性等效条件和等效方法的运用，可扩展为实际电路的普适性处理方法。
（4）彰显工科知行合一。在理论探究基础上，强调工科非常重要的工程实用性，从而培养学生自主处理复杂工程问题的能力。
（5）兼顾内容深度广度。内容的叙述上力求足够的深度并保持适当的广度，避免了知识点板块之间纵向和横向联系的割裂，更符合人的认知特性，旨在培养电子信息类本科生基本的电路素养。