[正版]深入理解微电子电路设计——电子元器件原理及应用(原书第5版) 清华大学出版社

原书前言

本书全面讲解了现代电子电路设计中的基本技术，通过学习，读者可以对模拟电路、数字电路及分立元件与集成技术进行深入的理解。尽管大多数读者可能不会从事集成电路设计相关工作，但对于集成电路结构的深入理解，有助于我们从系统设计的角度深刻认识，从而消除系统设计中的隐患，增强集成电路使用的可靠性。

数字电路是电路设计中的重要领域，但许多电子学入门书籍

仅将这部分内容列为补充知识，本书对数字电路和模拟电路部分做了均衡的介绍。本书的创作完成得益于作者在精密数字设计领域多年丰富的工作经历及多年的教学总结。书中涉及范围广泛，读者可以根据需要选择适当的内容作为两个学期或者连续3个学期的电子学教材。

本版说明

本版继续对书中相关资料进行了更新，更利于读者学习和掌握。除了常规的资料更新外，书中强化了一些概念的讲解和改进。

第2章强化了速度饱和的概念。在场效应晶体管章节中增加了Rabaey和Chandrakasan的统一MOS模型的方式，在本书的第2部分和第3部分的讨论、实例和新设问题中，多次给出速度限制对数字电路和模拟电路的影响分析。

第7章在CMOS逻辑电路设计中介绍了触发器和锁存器等基本逻辑电路。近年来，闪存技术发展迅速，第8章重点补充了闪存相关的存储技术、主要电路及存在的问题等内容。当前，TTL电路已经被逐步取代，因此在第9章中相应减少了对该电路的介绍，增加了对正射极耦合逻辑电平（PECL）电路的简短讨论，但网上仍可查到书中删除的电路介绍。

第15章新增了达林顿对的相关内容。第16章改进了偏移电压计算的方法，修正了带隙材料的基准。在第17章对FET栅极电阻的讨论则映射了在BJT中对基极电阻的讨论，同时增加了对互补射极跟随器频率响应的扩展讨论，也增加了FET频率相关的电流增益影响的讨论，包括其对源极跟随器配置的输入和输出阻抗的影响。最后，更新了经典和普适的琼斯混音器

讨论方法。第18章用实例讲解了新的偏移电压计算方法，同时增加了对MOS运算放大器补偿的讨论。

由于翻译时将本书拆分成3卷，第1卷《深入理解微电子电路设计——电子元器件原理及应用（原书第5版）》为原书第1~5章，第2卷《深入理解微电子电路设计——数字电子技术及应用（原书第5版）》为原书第6~9章，第3卷《深入理解微电子电路设计——模拟电子技术及应用（原书第5版）》为原书第10~18章。参考文献和扩展阅读影印自原书。

本版增加的主要内容还包括： 

 至少增加了35%的习题。

 可以从McGrawHill获得最新的PowerPoint幻灯片。

 具有流行的自适应学习工具： Connet、LearnSmart及SmartBook。

 所有示例采用结构化的问题解决方法。

 修订和扩展了流行的ElectroniceinAction功能，包括IEEE社团、SPICE的历史发展、身体传感器网络、琼斯混音器、高级CMOS技术、闪存增长、低压差分信号（LVDS）和全差动放大器。

每一章的开头都给出了本章内容相关的电子学发展历史，能够加深读者对该技术发展进程的了解。重点的设计方法采用高亮显示，以便让电路设计者重点记忆。万维网可以看作本书的扩展。

本书具有鲜明的特点，可以归纳如下： 

 所有实例均采用了结构性问题求解方法。

 每一章都提供了相关的电子应用案例。

 每章开头都给出了与本章内容相关的电子学领域重要发展历程。

 重点强调设计要点，给出了大量的实际电路设计案例。

 本书正文及设计实例中充分利用了SPICE仿真软件。

 在SPICE中整合了器件模型。

 书中给出了大量的练习、例子及设计实例。

 增加了大量新的习题。

 整合了网站素材。

书中首先介绍了数字电路的部分内容，便于非电子工程专业的学生学习，尤其是计算机工程或计算机科学专业的学生，他们往往只学习电子学系列课程中的第一门课程。

第6章和第7章对NMOS和PMOS逻辑设计进行了全面介绍，第8章介绍了存储器单元及其周边电路。第9章给出了有关双极型逻辑设计的介绍，包含对ECL、CML和TTL的讨论。由于MOS工艺的重要性，书中对双极型逻辑相关内容做了删减。本书中没有涉及任何有关逻辑模块层次的设计，因为在数字设计课程中会对此进行全面介绍。

第1~9章仅仅关注的是晶体管的大信号特征，这样可以让读者在学会将电路拆分成不同模块（可能是不同结构）进行直流和交流小信号分析之前，对器件特性和电流电压特性进行深入了解（小信号概念在第13章中正式给出）。

尽管本书涉及数字电路的篇幅比大多数书籍要多，但仍有超过50%的篇幅介绍的是传统的模拟电路。从第10章开始介绍模拟电路内容。第10章中介绍了放大器概念和经典的理想运算放大器电路。第11章对非理想运算放大器进行了详细讨论。第12章给出了大量运算放大器应用实例。第13章全面介绍了二极管、BJT晶体管和FET（场效应管）的小信号模型的研究方法，其中BJT晶体管和FET采用的是混合π模型和π模型。

第14章对单级放大器设计和多级交流耦合放大器进行了深入讨论，对耦合电容和旁路电容设计进行了介绍。第15章讨论了直流耦合多级放大器，并介绍了运算放大器的原型电路。第16章继续介绍集成电路设计中的重要结论，并研究了经典741运算放大器。

第17章研究了晶体管的高频模型，讨论了高频电路特性的分析，并详细介绍了用于估算低频和高频主极点的重要短路和开路时间常数技术。第18章给出了晶体管反馈放大器的实例，并探讨了它们的稳定性和补偿，同时在第18章

中还总结了关于高频LC、负gm和晶体振荡器的相关讨论结果。  

设计

在工程师培训中设计仍然是一个较难的课题。本书定义了非常清晰的问题求解方法，利用该方法可以加深学生对于设计相关问题的理解能力。书中提供的设计实例有助于建立对设计流程的了解。

本书第6章直接切入到与NMOS和CMOS逻辑门设计相关的问题。在整本书中都讨论了器件的影响和无源元件的容限问题。当前，由于电池供电的低功耗、低电压设计变得越来越重要，逻辑设计实例的电源电压关注更低的电源电压。同时，本书中一直贯穿着计算机技术的使用，包括利用MATLAB、电子表格或者高级语言来开发设计选项。

在本书的模拟部分一直强调采用设计模拟决策的方法。在任何适合的情况下，都在标准混合π模型表示的基础上将放大器特性表达式进行了简化。例如，在绝大多数书籍中放大器的电压增益表达式只能写为： 

|Av|=gmRL，而隐藏了电源电压作为基本设计变量这一事实。本书中对此表达式进行了改进，将双极型晶体管的电压增益近似为

gmRL≈10VCC，或将FET的电压增益近似为

gmRL≈VDD，明确地揭示了放大器设计与电源供电电压选择的关系，为共发射极放大器和共源极放大器的电压增益提供了一种简单的一阶设计估算方法。双极型放大器的增益优势也显而易见。只要有可能，书中经常会给出此类性能估算的近似技巧和方法。

第1章结尾处介绍了最差情况分析和蒙特卡洛分析技术。传统上在本科生课程中并不会包含这些内容，然而，在面临较多的元

器件容限和差异情况下进行电路设计是电子电路设计中需要具备的一项重要技能，在书中给出的例子中对采用标准元器件和给定

元器件容限的电路都利用该技术进行了讨论，在众多习题中也包含这一内容。

McGrawHill链接

本版的在线资源包括McGrawHill Connect，这是一个基于网络的作业和测试平台，可以帮助学生更好地完成课程作业并掌握重要概念。通过链接，教师可以轻松地在线提供作业、测验和测试，学生可以按照自己的进度和时间表练习重要技能。请向您的McGrawHill代表咨询更多详细信息。

McGrawHill SmartBook

SmartBook由智能和自适应LearnSmart引擎提供支持，是目前第一个也是唯一一个提供持续自适应阅读体验的平台。通过区分学生所知道的内容和他们最容易忘记的概念，SmartBook为每个学生提供个性化内容。阅读不再是一种被动和线性的体验，而是一种引人入胜且充满活力的体验，学生更有可能掌握并保留重要的概念，为课堂做好准备。SmartBook包含功能强大的报告，可识别学生需要学习的特定主题和学习目标。这些有价值的报告还可以让教师深入了解学生如何通过教材内容进行学习，并有助于掌握课堂趋势，从而集中宝贵的课堂时间为学生提供个性化的反馈及定制评估。

SmartBook如何运作？每个SmartBook包含4个组件： 预习、阅读、练习和复习。从每章的初步预习和关键目标学习开始，学生阅读材料，并根据他们对练习不断适应的反应，引导他们实践最需要的主题，继续阅读和练习。SmartBook指导学生复习他们最有可能忘记的内容，以确保学生掌握概念，并记住重要的内容。

电子版教材

教师和学生都可以从CourseSmart购得此书。CourseSmart是一个在线资源，学生可以从中购买完整的电子版在线教材，而花费几乎是传统教材的一半。购买电子教材可以让学生充分利用CourseSmart网络工具的优势进行学习，这些工具包括全文搜索、做笔记和高亮，以及便于同班同学之间分享笔记的Email工具。

COSMOS

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计算机利用和SPICE

本书全部采用计算机作为辅助工具，作者坚信这样做绝对比只采用SPICE电路分析软件要好。如今的计算机世界中，相比费力

地将复杂的方程组简化成某种易于处理的分析形式，大家通常更愿意利用计算机来研究复杂设计问题。书中多处给出了利用计算机，采用电子表格、MATLAB和（或）高级语言程序来建立迭代估算方程的实例。MATLAB还可用于生成奈奎斯特图和伯德图，对于蒙特卡洛分析而言非常有用。

另外，书中通篇都有SPICE的使用，SPICE仿真结果全都给出，在习题集中也包含了大量SPICE习题。只要有所帮助，在绝大多数实例中采用了SPICE分析。这一版本仍然强调了SPICE中直流分析、交流分析、瞬态分析及传输函数分析模式的区别与使用。在每种半导体器件的介绍之后都对其SPICE模型进行了讨论，每种模型都给出了典型的SPICE模型参数。使用SPICE可以轻松检查本文中的绝大多数问题，并建议学生能够自己寻找答案。

致谢

感谢对本书编写及筹备做出贡献的工作者。我们的学生在对原稿的润色上提供了极大的帮助，并尽力完成了原稿的多次修订。一直以来，我们的系领导（奥本大学的J.D.Irwin和弗吉尼亚大学的L.R.Harriott），高度支持员工努力写出更高水平的教材。

感谢所有的审阅和审查人员： 

David Borkholder，罗切斯特理工学院

Dimitri Donetski，布法罗大学

Barton Jay Greene，北卡罗来纳州立大学

Marian Kazimierczuk，莱特州立大学

JihSheng Lai，弗吉尼亚理工学院和州立大学

Dennis Lovely，新不伦瑞克大学

Kenneth Noren，爱达荷大学

Marius Orlowski，弗吉尼亚理工大学

还要感谢J.F.Pierce和T.J.Paulus的课堂练习“电子应用”给我们带来的灵感。Blalock教授多年前就跟随Pierce教授学习有关电子学内容，至今仍盛赞他们早已绝版的教材中所采用的诸多分析技术。

在Jaeger教授成为佛罗里达大学Art Brodersen教授的学生之后不久，他很幸运地获得了Pederson的书籍，从头到尾进行了仔细研究。

我们要感谢罗马尼亚ClujNapoca技术大学的Gabril Chindris帮助创建NI Multisim示例的模拟。

最后，感谢McGrawHill团队的支持，包括环球出版社的Raghothaman Strinivasam，产品开发员Vincent Bradshaw，市场经理Nick McFadden，项目经理Jane Mohr。

在本书的写作过程中，我们尽力将自身在模拟和数字设计领域的业界背景与多年的课堂经验融合在一起，希望能获得一定程度的成功。欢迎大家提出建设性意见和建议。

Richard C.Jaeger

奥本大学 

Travis N.Blalock

弗吉尼亚大学