《運算放大器權威指南》:《運算放大器權威指南》適合從事電路設計的工程技術 -百科知識中文網

內容簡介

年經驗結晶，從運算放大器的歷史入手，重點介紹運算放大器近些年的研發成果、新出現的設計工具和技術，旨在幫助設計者快速掌握好的設計方法，為具體的工作選擇最佳的放大器。

編輯推薦

運算放大器在現代電子設計中扮演著至關重要的角色，發展至今，已經進入RF設計領域，回歸到了全差分結構，也開啟了在差分信號連結口中的新套用領域。如何得心應手地套用運算放大器，快速、準確地設計滿足需求的電路系統，是工程師們必須認真面對的問題。《運算放大器權威指南》出自全球領先的半導體公司TI的多名技術專家之手，體現了TI公司多年運算放大器設計與製造的經驗。作者將運算放大器作為一個整體元件，敘述電路級的計算，重在幫助設計者快速找到理想的設計方法，選擇最佳的放大器。

作者簡介

科特爾，資深電子工程師，具有20餘年工作經驗，主要從事RF、模擬和數字電路設計，他發表了大量的技術文章，將自己的從業經驗與所有人分享，並為此專門開設了部落格。

媒體評論

“與其他介紹運算放大器理論的書不同，本書的分析講解都是建立在實際的運算放大器及其套用基礎上的，並且不局限於特定型號產品，適用於所有運算放大器積體電路。”
——EDACafe．com

第1章運放在電子技術中的位置1
1.1問題的提出1
1.2解決的辦法1
1.3運放的誕生2
1.4真空管時代2
1.5電晶體時代3
1.6IC時代3
參考文獻4
第2章電路理論回顧5
2.1引言5
2.2物理定理5
2.3分壓器規則6
2.4分流器規則7
2.5戴維寧定理8
2.6疊加定理10
2.7飽和電晶體電路的計算11
2.8電晶體放大器12
第3章理想運放方程的導出14
3.1理想運放的假設14
3.2同相運放15
3.3反相運放16
3.4加法器17
3.5差分放大器17
3.6複雜反饋網路19
3.7視頻放大器20
3.8電容21
3.9為什麼理想運放會摧毀已知宇宙22
3.10小結23
第4章單電源運放設計技術24
4.1單電源與雙電源24
4.2電路分析26
4.3聯立方程組30
4.3.1範例1：VOUT=mVIN+b31
4.3.2範例2：VOUT=+mVIN-b34
4.3.3範例3：VOUT=-mVIN+b36
4.3.4範例4：VOUT=-mVIN-b39
4.4小結41
第5章四個範例以外的電路43
5.1套用的延伸43
5.2零偏移的同相衰減器43
5.3正偏移的同相衰減器44
5.4負偏移的同相衰減器44
5.5零偏移的反相衰減器44
5.6正偏移的反相衰減器45
5.7負偏移的反相衰減器45
5.8小結45
第6章反饋與穩定性理論46
6.1為什麼要研究反饋理論46
6.2框圖數學與操作46
6.3反饋方程與穩定性50
6.4反饋電路的伯德分析法51
6.5環路增益曲線是理解穩定性的關鍵56
6.6二次方程和振鈴與過沖的預測58
參考文獻59
第7章非理想運放方程的導出60
7.1引言60
7.2典範方程的回顧61
7.3同相運放63
7.4反相運放64
7.5差分運放65
第8章電壓反饋運放的補償67
8.1引言67
8.2內部補償68
8.3外部補償、穩定性與電路性能72
8.4主極點補償73
8.5增益補償75
8.6超前補償76
8.7把補償衰減器用於運放79
8.8超前滯後補償81
8.9各種補償方法的比較83
8.10小結84
第9章電流反饋運放的分析85
9.1引言85
9.2CFA模型85
9.3穩定性方程的導出86
9.4同相CFA87
9.5反相CFA88
9.6穩定性分析89
9.7反饋電阻的選擇91
9.8穩定性與輸入電容93
9.9穩定性與反饋電容94
9.10CF與CG的補償95
9.11小結96
第10章電壓與電流反饋運放的比較97
10.1引言97
10.2精度97
10.3頻寬98
10.4穩定性101
10.5阻抗102
10.6方程的比較103
第11章全差分運放105
11.1引言105
11.2全差分是什麼意思105
11.3單端運放的環路閉合105
11.4全差分放大級106
11.5單端到差分的轉換107
11.6輸入信號的端接108
11.7一個新功能109
11.8VOCM輸入是什麼意思109
11.9測量111
11.10濾波器電路111
11.10.1單極點濾波器112
11.10.2雙極點濾波器113
11.10.3多路反饋濾波器113
11.10.4雙二階濾波器115
第12章運放的噪聲理論與套用116
12.1引言116
12.2特徵化116
12.2.1均方根與峰到峰噪聲116
12.2.2本底噪聲116
12.2.3信號噪聲比117
12.2.4多個噪聲源117
12.2.5噪聲的單位118
12.3噪聲的類型118
12.3.1散彈噪聲119
12.3.2熱噪聲120
12.3.3閃變噪聲122
12.3.4突發噪聲122
12.3.5雪崩噪聲122
12.4噪聲的顏色123
12.4.1白噪聲123
12.4.2粉噪聲124
12.4.3紅棕噪聲124
12.5運放的噪聲125
12.5.1噪聲的轉角頻率和總噪聲125
12.5.2轉角頻率125
12.5.3運放電路的噪聲模型126
12.5.4反相運放電路的噪聲127
12.5.5同相運放電路的噪聲128
12.5.6差分運放電路的噪聲模型129
12.5.7小結129
12.6把所有因素加在一起129
參考文獻133
第13章運放參數134
13.1引言134
13.2輸入失調電流的溫度係數αIIO136
13.3輸入失調電壓的溫度係數αVIO或αVIO136
13.4差分增益誤差AD136
13.5增益裕度參數Am136
13.6開環電壓增益參數AOL137
13.7大信號電壓放大倍數條件AV137
13.8差分大信號電壓放大參數AVD137
13.9單位增益頻寬參數B1138
13.10最大輸出擺幅頻寬參數BOM138
13.11頻寬參數BW138
13.12輸入電容參數CI138
13.13共模輸入電容參數Cic或Ci（c）139
13.14差分輸入電容參數Cid139
13.15負載電容條件CL139
13.16電源電壓靈敏度ΔVDD±（或CC±）/ΔVIO或kSVS139
13.17共模抑制比參數CMRR或kCMR140
13.18頻率條件f140
13.19運放的增益頻寬積參數GBW140
13.20電源電流（關斷）參數ICC-（SHDN）或IDD-（SHDN）141
13.21電源電流參數ICC或IDD141
13.22輸入電流範圍參數II141
13.23輸入偏置電流參數IIB141
13.24輸入失調電流參數IIO142
13.25輸入噪聲電流參數In142
13.26輸出電流參數IO142
13.27低電平輸出電流條件IOL142
13.28短路輸出電流參數IOS或ISC142
13.29電源抑制比參數kSVR143
13.30功耗參數PD143
13.31電源抑制比參數PSRR143
13.32結至周圍環境的熱阻參數θJA143
13.33結至外殼的熱阻參數θJC145
13.34輸入電阻參數ri145
13.35差分輸入電阻參數rid或ri（d）146
13.36負載電阻條件RL146
13.37調零電阻條件Rnull146
13.38輸出電阻參數ro146
13.39信號源條件RS146
13.40開環跨阻參數Rt146
13.41運放的擺速參數SR147
13.42自由空氣工作溫度條件TA147
13.43關斷時間（關斷）參數tDIS或t（off）148
13.44接通時間（關斷）參數tEN148
13.45下降時間參數tf148
13.46總諧波失真參數THD149
13.47總諧波失真與噪聲參數THD+N149
13.48最高結溫參數Tj151
13.49上升時間參數tr151
13.50穩定時間參數ts151
13.51存儲溫度參數TS或Tstg152
13.52電源電壓條件VCC或VDD152
13.53輸入電壓範圍條件或參數VI152
13.54共模輸入電壓條件VIC152
13.55共模輸入電壓範圍參數VICR152
13.56差分輸入電壓參數VID153
13.57差分輸入電壓範圍參數VDIR153
13.58接通電壓（關斷）參數VIH-SHDN或V（ON）153
13.59關斷電壓（關斷）參數VIL-SHDN或V（OFF）153
13.60輸入電壓條件VIN153
13.61輸入失調電壓參數VIO或VOS154
13.62等效輸入噪聲電壓參數Vn155
13.63寬頻噪聲參數VN（PP）155
13.64高電平輸出電壓條件或參數VOH155
13.65低電平輸出電壓條件或參數VOL156
13.66最大峰到峰輸出電壓擺幅參數VOM±156
13.67峰到峰輸出電壓擺幅條件或參數VO（PP）157
13.68階躍電壓峰到峰條件V（STEP）PP157
13.69串擾參數XT157
13.70輸出阻抗參數Zo157
13.71開環跨阻抗參數Zt158
13.72差分相位誤差參數ΦD158
13.73相位裕度參數Φm158
13.740.1dB平坦度頻寬158
13.7560s殼溫159
13.76連續總功耗參數159
13.77短路電流持續時間參數159
13.78輸入失調電壓長期漂移參數159
13.7910s或60s引腳溫度159
第14章測量：感測器與模數轉換器的連線160
14.1引言160
14.2感測器類型164
14.3設計方法167
14.4系統指標的審閱168
14.5基準電壓的特徵化169
14.6感測器的特徵化169
14.7ADC的特徵化171
14.8運放的選擇171
14.9放大器電路的設計172
14.10測試178
14.11小結178
參考文獻178
第15章運放與模數轉換器的連線179
15.1引言179
15.2系統信息179
15.3電源信息180
15.4輸入信號的特性180
15.5模數轉換器的特性181
15.6運算放大器的特性182
15.7結構的確定183
第16章無線通信：IF採樣信號的調整187
16.1引言187
16.2無線系統187
16.3ADC與DAC的選擇191
16.4影響運放選擇的因素194
16.5抗混疊濾波器195
16.6通信DAC的重構濾波器196
16.7用於ADC和DAC的外部VREF電路198
16.8高速模擬輸入驅動電路201
參考文獻204
第17章運放用於RF設計205
17.1引言205
17.2優點205
17.3缺點205
17.4電壓反饋還是電流反饋206
17.5傳統RF放大器的回顧206
17.6放大器增益的回顧209
17.7散射參數210
17.7.1輸入和輸出VSWRS11和S22210
17.7.2反射損耗211
17.7.3正向傳輸S21212
17.7.4反向傳輸S12213
17.8相位線性度214
17.9頻率回響的峰值調節214
17.10-1dB壓縮點215
17.11雙音與三次交調相交點216
17.12噪聲指數217
17.13小結218
第18章DAC與負載的連線219
18.1引言219
18.2負載特性219
18.2.1DC負載219
18.2.2AC負載219
18.3理解DAC與它的指標219
18.3.1DAC的類型及其結構特點220
18.3.2電阻階梯DAC220
18.3.3權電阻DAC220
18.3.4R/2RDAC221
18.3.5Σ-ΔDAC223
18.4DAC的誤差預算224
18.4.1精度與解析度224
18.4.2DC套用的誤差預算224
18.4.3AC套用的誤差預算225
18.4.4RF套用中的誤差預算226
18.5DAC的誤差與參數227
18.5.1DC誤差與參數227
18.5.2AC誤差與參數230
18.6DAC電容的補償232
18.7增加運放緩衝放大器的電流和電壓233
18.7.1電流提升器234
18.7.2電壓提升器234
18.7.3功率提升器236
18.7.4單電源操作與DC失調236
第19章正弦波振盪器238
19.1什麼是正弦波振盪器238
19.2振盪的條件238
19.3振盪器中的相移239
19.4振盪器的增益240
19.5有源元件（運放）對振盪器的影響241
19.6振盪器工作（電路）的分析243
19.7正弦波振盪器電路244
19.7.1文氏電橋振盪器244
19.7.2相移振盪器（單級放大器）249
19.7.3相移振盪器（帶緩衝的）250
19.7.4布巴振盪器251
19.7.5正交振盪器253
19.8小結254
參考文獻254
第20章有源濾波器設計技術256
20.1引言256
20.2低通濾波器基礎257
20.2.1巴特沃斯低通濾波器260
20.2.2切比雪夫低通濾波器260
20.2.3貝塞爾低通濾波器261
20.2.4品質因子Q263
20.2.5小結264
20.3低通濾波器的設計264
20.3.1一階低通濾波器264
20.3.2二階低通濾波器266
20.3.3更高階的低通濾波器270
20.4高通濾波器的設計272
20.4.1一階高通濾波器273
20.4.2二階高通濾波器275
20.4.3更高階的高通濾波器277
20.5帶通濾波器的設計277
20.5.1二階帶通濾波器278
20.5.2四階帶通濾波器（參差調諧）281
20.6帶阻濾波器的設計285
20.6.1有源雙T濾波器286
20.6.2有源Wien-Robinson濾波器287
20.7全通濾波器的設計289
20.7.1一階全通濾波器290
20.7.2二階全通濾波器291
20.7.3更高階的全通濾波器292
20.8實際的設計提示293
20.8.1濾波器電路的偏置293
20.8.2電容的選擇296
20.8.3元件值298
20.8.4運放的選擇298
20.9濾波器係數表299
參考文獻306
第21章初學者實用濾波器的快速設計307
21.1引言307
21.2選取回響曲線307
21.3低通濾波器309
21.4高通濾波器310
21.5窄（單頻）帶通濾波器310
21.6寬頻通濾波器313
21.7點阻（單頻抑制）濾波器313
21.8帶阻濾波器315
21.9濾波器特性小結316
第22章高速濾波器設計317
22.1引言317
22.2高速低通濾波器317
22.3高速高通濾波器317
22.4高速帶通濾波器317
22.4.1Deliyannis結構的改進318
22.4.2改進型Deliyannis與MFB的比較320
22.4.3實驗室結果322
22.5高速點阻濾波器324
22.5.1仿真324
22.5.2實驗室結果327
22.5.31MHz的結果327
22.5.4100kHz的結果328
22.5.510kHz的結果329
22.6小結331
第23章電路板布圖技術332
23.1一般考慮332
23.1.1PCB是運放設計中的一個元件332
23.1.2初樣、初樣、初樣332
23.1.3噪聲源333
23.2PCB的機械構造333
23.2.1材料：為套用選擇正確的材料333
23.2.2多少層最好334
23.2.3印製板的層序：銅箔層的次序336
23.3接地336
23.3.1最重要的規則：地線分離336
23.3.2其他接地規則337
23.3.3一個良好的布圖舉例339
23.3.4一個明顯的例外339
23.4無源元件的頻率特性340
23.4.1電阻340
23.4.2電容340
23.4.3電感341
23.4.4未曾想到的PCB無源元件342
23.5去耦347
23.5.1數字電路：模擬電路的一大問題347
23.5.2選擇正確的電容348
23.5.3IC的去耦349
23.5.4電路板的去耦350
23.6輸入端和輸出端的隔離350
23.7封裝350
23.7.1插孔的考慮352
23.7.2表面貼裝353
23.7.3未用部分的連線353
23.8小結353
23.8.1一般的要點354
23.8.2電路板結構354
23.8.3元件354
23.8.4布線354
23.8.5旁路354
參考文獻355
第24章低壓運放電路的設計356
24.1引言356
24.2動態範圍357
24.3信噪比359
24.4輸入共模範圍360
24.5輸出電壓擺幅364
24.6斷電和低電流吸取365
24.7單電源電路設計366
24.8感測器與ADC之間的模擬接口366
24.9DAC與執行器之間的模擬接口368
24.10運放的比較372
24.11小結373
第25章常見的使用錯誤375
25.1引言375
25.2工作在單位（或規定）增益以下的運放375
25.3運放用做比較器376
25.3.1比較器378
25.3.2運放378
25.4未用運放的不恰當端接379
25.5DC增益380
25.6電流源381
25.7電流反饋放大器：反饋電阻的短接381
25.8電流反饋放大器：反饋環路中的電容382
25.9全差分放大器：不正確的單端端接383
25.10全差分放大器：不正確的DC工作點384
25.11全差分放大器：不正確的共模範圍385
25.12頭號設計錯誤386
附錄A單電源電路集388
A.1引言388
A.2測量放大器388
A.3簡化的測量放大器389
A.4T型網路用於反饋環路390
A.5反相積分器390
A.6帶有輸入電流補償的反相積分器391
A.7帶有漂移補償的反相積分器392
A.8帶有機械復位的反相積分器392
A.9帶有電子復位的反相積分器393
A.10帶有電阻復位的反相積分器394
A.11帶有反相緩衝器的同相積分器395
A.12同相積分器的近似電路395
A.13雙積分器396
A.14差值積分器396
A.15AC積分器397
A.16增強型積分器397
A.17反相微分器398
A.18帶有噪聲濾波器的反相微分器398
A.19增強型微分器399
A.20基本文氏電橋振盪器399
A.21帶有非線性反饋的文氏電橋振盪器400
A.22帶有AGC的文氏電橋振盪器401
A.23正交振盪器402
A.24經典相移振盪器402
A.25帶緩衝的相移振盪器403
A.26布巴振盪器404
A.27三角波振盪器405
A.28衰減器405
A.29仿真電感407
A.30雙T單運放帶通和點阻濾波器408
A.31恆電流發生器410
A.32反相電壓基準源411
A.33功率提升器411
A.34絕對值電路412
A.35峰值跟隨器413
A.36精密整流器413
A.37AC至DC變換器413
A.38全波整流器414
A.39音調控制415
A.40曲線擬合濾波器415
參考文獻418
附錄B差分放大器的端接419
B.1引言419
B.2差分放大器的端接420
B.3反相端的計算422
B.4同相端的計算422
B.5差分輸出424
B.6對結果進行測試424