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模拟电子系统设计指南(ADI基础篇)

模拟电子系统设计指南(基础篇)-从半导体、分立元件到ADI集成电路的分析与实现模拟电子系统设计指南(基础篇)-从半导体、分立元件到ADI集成电路的分析与实现


内容简介


        本书从最基本的半导体pn结开始,以二极管、双极结型晶体管、金属氧化物半导体场效应管,以及美国TI公司的集成运算放大器、集成功率放大器、集成线性低压降电源芯片、集成开关电源芯片为主线,本着由浅入深、从分立器件到集成电路的设计思想,通过本书20章内容,系统介绍了半导体和pn结特性、半导体二极管特性以及应用、双极结型晶体管特性以及应用、双极结型晶体管电路反馈原理及稳定性分析、金属氧化物半导体场效应管特性及应用、运算放大器电路设计与分析、集成差动放大器原理和分析、运算放大器性能指标、运算放大器电路稳定性分析、高速放大器原理和分析、有源滤波器原理和设计、功率放大器的分析和设计、振荡器特性和分析、模拟-数字转换器原理及应用、数字-模拟转换器原理及应用。
        本书一大特色就是将传统的模拟电子系统理论和SPICE电路仿真进行系统化融合,通过理论计算以及SPICE仿真结果,诠释了模拟电子系统的本质。本书另一大特色就是通过与美国ADI公司和美国NI公司的产学研深度合作,将最新的模拟电子设计理论和设计方法引入本书,使得本书内容能与时俱进,可以将很多精彩的内容呈现给广大读者。本书适合于从事模拟系统设计的工程师,尤其是使用ADI集成电路设计的工程师。同时,也可以作为高等学校模拟电子技术基础课程的教学参考用书。


前  言


        在即将完成本书编写之际,感慨颇多。我记得在读大学本科期间,于1996年第一次系统学习了模拟电子技术课程,上这门课的张诚庆老师在不看讲稿的情况下,只用粉笔板书就可以一气呵成的完成整堂课的教学,并且当我问他问题的时候也可以把每个细节解释的非常清楚,他是一位令我尊敬的老师。同样,需要提起的是现任南京工业大学副校长的张进明教授不但给我上过本科的电路原理课程,而且给我上过硕士研究生的课程,他是一位学术思想很活跃的老师,也正是他在1998年给我上硕士研究生学位课程时,我才第一次接触了Multisim Workbench工具,这也是我接触的第一个电子设计自动化工具。他们两位,算是我从事电子教学和科研工作的启蒙者。我的硕士导师刘凤新教授堪称是模电领域的大师,它是一位学术思想活跃同时也是一位对学术要求很严的人,在读硕士期间他教会了我许多分析电路的方法,在他的指导下系统学习了模拟集成电路的测试方法,这些方法至今仍然受用。最后一位需要提及的,也是我最尊敬的一位老师,已经过世10年曾经指导过我的韩月秋教授,在我读博士期间,在他的悉心指导下我从事电子信息相关领域研究的能力得到进一步提升,他是一位和蔼可亲同时也是一位学术造诣很深的大师,在电子界尤其是在雷达领域有着崇高威望,一生为我们国家电子信息事业的发展贡献了毕生精力。正是在求学期间得到这几位老师的悉心指导,使得我具有了对电子信息领域很多问题进行深入理解和分析的能力。
        从1996年第一次接触电子技术到现在,整整20年过去了。在这20年间,全球半导体技术实现了突飞猛进的发展,一直有条不紊的沿着摩尔定律指明的方向前进。同时,电子设计自动化工具被广泛地用于半导体和电子系统设计中。
        但是,国内在模拟电子技术课程的教学内容和教学方法上,表现仍然乏力。主要体现在,教学手段方法落后,讲授内容不能反映最新的半导体技术发展。而模拟电子技术课程的教学质量,直接影响电子信息类相关专业许多专业课程的教学效果,比如,控制原理、检测仪表、信号与系统、通信电子线路、电力电子等。这些课程连接在一起,将直接关系到国家所培养的电子信息专业学生的质量。
        在当前具有丰富教学资源和教育手段的条件下,模拟电子技术课程仍然成为国内所有本科、高职和中专电子信息类相关专业最难学习的课程之一,也是学生反映最为强烈的一门课程。在我从教12年来,我的学生不断给我抱怨,课程抽象难学,且难以理解,然后他们就发现后面的很多专业课程没法学懂。当我们培养的这些学生毕业后,在不同的公司和科研机构从事相关工作时,他们面对的是力不从心,甚至无从下手的设计和技术支持工作。这也引起我深刻的思考,我在反复不断的思索这个问题,是不是我们在模拟电子技术课程方面的教学真的出问题了?是不是到了我们真应该好好更新一下这门课程的教学手段和教学方法的时候了?在很多年前,我一直计划想重新编写能反映最新模拟电子系统设计理论和设计方法的相关书籍。
        在本书编写过程中,得到美国ADI公司大学计划以及负责ADI大学计划高威先生的鼎力支持,在经费、芯片以及文档技术资料方面寄予帮助。ADI公司(纳斯达克代码: ADI)又名亚德诺半导体技术(上海)有限公司是高性能模拟、混合信号和数字信号处理集成电路设计、制造和营销方面世界领先的企业,产品涉及几乎所有类型的电子电器设备。
        此外,美国国家仪器公司大学计划也提供了Mutlisim正版软件工具的支持。《Microelectronic circuits analysis and design》一书作者Muhammad H.Rashid教授,非常热情地提供了教学资源和仿真测试源文件,并解答作者提出的一些问题。
        在编写本书的过程中,作者的本科大四学生唐思怡、王中正全程参与了本书的编写过程,帮助作者通过构建硬件电路对本书所有章节的关键设计实例进行验证,并提出了建设性的建议。他们在本书编写中的作用之所以非常重要,就是因为作者可以真正的通过和他们沟通和交流,准确把握将教育心理学方法准确的应用到模拟电子系统设计指南一书内容的编写。此外,作者的本科生汤宗美为本书制作了教学课件和相关的资料。
在本书编写过程中,有一些体会愿意在此和国内的同行进行分享:
  (1)模拟电子技术是所有电子信息类相关专业最核心的课程,是这些专业可以高质量学习后续课程的重要保证,因此必须要有充足的课时来保证教师有足够时间高质量的完成课程的教学任务,任何单纯缩减模拟电子技术课程课时的做法都是不明智的。教师的授课任务是传授关键知识点的思想和设计思路,因此需要合理把握课程的脉络。
  (2)由于模拟电子技术本身涉及到的理论知识很多,教师在讲授该课程时,要突破传统的教学模式,即通过Multisim提供的SPICE仿真工具,将这些抽象的理论知识通过图表和数据直观的再现出来,做到理论和实际的融会贯通,引导学生对问题的思考,这样将非常有利于学生对这些理论知识的理解。
  (3)任何理论的讲解和仿真工具都不能代替硬件实验,在讲授课程的时候必须要在关键知识点设计相关的实验,让学生真正通过实验过程建立电子元件和电子系统的“物理概念”。通过实验,培养学生独立思考问题解决问题的能力,这对于他们学习后续课程将很有帮助。
  (4)随着半导体技术的不断发展,要求教师能从电子系统的“系统级角度”认识模拟电子线路,虽然在国内高校一直沿用模拟电子技术基础这一称呼,但是更重要的是如何认识模拟电子技术课程所讲授的各个模块在整个模拟电子系统中的作用,这是最重要的。
    为了方便读者的学习,本书配套相关的硬件设计案例、SPICE仿真设计案例,以及公开教学视频等教学资源。
可以说,此书的顺利编写完成是产学研合作的典范,目的是为了解决教育界和工业界供需侧的矛盾。教育界培养出来的模拟电子设计人才真正可以满足工业界的需求,真正的接“地气”。
最后,感谢电子工业出版社各位编辑对本书出版寄予的帮助和支持,由于作者水平有限,书中难免出现不足之处,请读者不吝指出,帮助作者进一步的完善本书的内容。

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模拟电子系统设计指南(基础篇)-从半导体、分立元件到ADI集成电路的分析与实现

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