运算放大器权威指南.pdf

运算放大器权威指南.pdf
 

书籍描述

编辑推荐
《运算放大器权威指南(第3版)》:全面剖析运算放大器设计工具
易学易用的详尽电路方案
快速掌握高性能、低功耗、高速运算放大器设计秘诀
运算放大器在现代电子设计中扮演着至关重要的角色,发展至今,已经进入RF设计领域,回归到了全差分结构,也开启了在差分信号链接口中的新应用领域。如何得心应手地应用运算放大器,快速、准确地设计满足需求的电路系统,是工程师们必须认真面对的问题。《运算放大器权威指南(第3版)》出自全球领先的半导体公司TI的多名技术专家之手,体现了TI公司多年运算放大器设计与制造的经验。作者将运算放大器作为一个整体元件,叙述电路级的计算,重在帮助设计者快速找到理想的设计方法,选择最佳的放大器。书中每一章内容都是相对独立的,除了介绍大量的电路实例,还包括了诸多珍贵的使用技巧。任何从事电子电路设计的工程技术人员都会从中受益匪浅。

媒体推荐
“与其他介绍运算放大器理论的书不同,本书的分析讲解都是建立在实际的运算放大器及其应用基础上的,并且不局限于特定型号产品,适用于所有运算放大器集成电路。”
  ——EDACafe.com

作者简介
译者:姚剑清 编者:(美国)科特尔(Bruce Carter) (美国)曼西尼(Ron Mancini)

科特尔,资深电子工程师,具有20余年工作经验,主要从事RF、模拟和数字电路设计,他发表了大量的技术文章,将自己的从业经验与所有人分享,并为此专门开设了博客。
姚剑清,北京微电子技术研究所研究员,毕生从事计算机硬软件开发、语音识别与语音编码和CMOS混合信号电路设计工作。主要研究方向包括基于HMM的语音识别和IMELP语音编码技术的研发。

目录
第1章 运放在电子技术中的位置 1
1.1 问题的提出 1
1.2 解决的办法 1
1.3 运放的诞生 2
1.4 真空管时代 2
1.5 晶体管时代 3
1.6 IC时代 3
参考文献 4

第2章 电路理论回顾 5
2.1 引言 5
2.2 物理定理 5
2.3 分压器规则 6
2.4 分流器规则 7
2.5 戴维宁定理 8
2.6 叠加定理 10
2.7 饱和晶体管电路的计算 11
2.8 晶体管放大器 12

第3章 理想运放方程的导出 14
3.1 理想运放的假设 14
3.2 同相运放 15
3.3 反相运放 16
3.4 加法器 17
3.5 差分放大器 17
3.6 复杂反馈网络 19
3.7 视频放大器 20
3.8 电容 21
3.9 为什么理想运放会摧毁已知宇宙 22
3.10 小结 23

第4章 单电源运放设计技术 24
4.1 单电源与双电源 24
4.2 电路分析 26
4.3 联立方程组 30
4.3.1 范例1:VOUT=mVIN+b 31
4.3.2 范例2:VOUT=+mVIN-b 34
4.3.3 范例3:VOUT=-mVIN+b 36
4.3.4 范例4:VOUT=-mVIN-b 39
4.4 小结 41

第5章 四个范例以外的电路 43
5.1 应用的延伸 43
5.2 零偏移的同相衰减器 43
5.3 正偏移的同相衰减器 44
5.4 负偏移的同相衰减器 44
5.5 零偏移的反相衰减器 44
5.6 正偏移的反相衰减器 45
5.7 负偏移的反相衰减器 45
5.8 小结 45

第6章 反馈与稳定性理论 46
6.1 为什么要研究反馈理论 46
6.2 框图数学与操作 46
6.3 反馈方程与稳定性 50
6.4 反馈电路的伯德分析法 51
6.5 环路增益曲线是理解稳定性的关键 56
6.6 二次方程和振铃与过冲的预测 58
参考文献 59

第7章 非理想运放方程的导出 60
7.1 引言 60
7.2 典范方程的回顾 61
7.3 同相运放 63
7.4 反相运放 64
7.5 差分运放 65

第8章 电压反馈运放的补偿 67
8.1 引言 67
8.2 内部补偿 68
8.3 外部补偿、稳定性与电路性能 72
8.4 主极点补偿 73
8.5 增益补偿 75
8.6 超前补偿 76
8.7 把补偿衰减器用于运放 79
8.8 超前滞后补偿 81
8.9 各种补偿方法的比较 83
8.10 小结 84

第9章 电流反馈运放的分析 85
9.1 引言 85
9.2 CFA模型 85
9.3 稳定性方程的导出 86
9.4 同相CFA 87
9.5 反相CFA 88
9.6 稳定性分析 89
9.7 反馈电阻的选择 91
9.8 稳定性与输入电容 93
9.9 稳定性与反馈电容 94
9.10 CF与CG的补偿 95
9.11 小结 96

第10章 电压与电流反馈运放的比较 97
10.1 引言 97
10.2 精度 97
10.3 带宽 98
10.4 稳定性 101
10.5 阻抗 102
10.6 方程的比较 103

第11章 全差分运放 105
11.1 引言 105
11.2 全差分是什么意思 105
11.3 单端运放的环路闭合 105
11.4 全差分放大级 106
11.5 单端到差分的转换 107
11.6 输入信号的端接 108
11.7 一个新功能 109
11.8 VOCM输入是什么意思 109
11.9 测量 111
11.10 滤波器电路 111
11.10.1 单极点滤波器 112
11.10.2 双极点滤波器 113
11.10.3 多路反馈滤波器 113
11.10.4 双二阶滤波器 115

第12章 运放的噪声理论与应用 116
12.1 引言 116
12.2 特征化 116
12.2.1 均方根与峰到峰噪声 116
12.2.2 本底噪声 116
12.2.3 信号噪声比 117
12.2.4 多个噪声源 117
12.2.5 噪声的单位 118
12.3 噪声的类型 118
12.3.1 散弹噪声 119
12.3.2 热噪声 120
12.3.3 闪变噪声 122
12.3.4 突发噪声 122
12.3.5 雪崩噪声 122
12.4 噪声的颜色 123
12.4.1 白噪声 123
12.4.2 粉噪声 124
12.4.3 红棕噪声 124
12.5 运放的噪声 125
12.5.1 噪声的转角频率和总噪声 125
12.5.2 转角频率 125
12.5.3 运放电路的噪声模型 126
12.5.4 反相运放电路的噪声 127
12.5.5 同相运放电路的噪声 128
12.5.6 差分运放电路的噪声模型 129
12.5.7 小结 129
12.6 把所有因素加在一起 129
参考文献 133

第13章 运放参数 134
13.1 引言 134
13.2 输入失调电流的温度系数αIIO 136
13.3 输入失调电压的温度系数αVIO或αVIO 136
13.4 差分增益误差AD 136
13.5 增益裕度参数Am 136
13.6 开环电压增益参数AOL 137
13.7 大信号电压放大倍数条件AV 137
13.8 差分大信号电压放大参数AVD 137
13.9 单位增益带宽参数B1 138
13.10 最大输出摆幅带宽参数BOM 138
13.11 带宽参数BW 138
13.12 输入电容参数CI 138
13.13 共模输入电容参数Cic或Ci(c) 139
13.14 差分输入电容参数Cid 139
13.15 负载电容条件CL 139
13.16 电源电压灵敏度ΔVDD±(或CC±)/ΔVIO或kSVS 139
13.17 共模抑制比参数CMRR或kCMR 140
13.18 频率条件f 140
13.19 运放的增益带宽积参数GBW 140
13.20 电源电流(关断)参数ICC-(SHDN)或IDD-(SHDN) 141
13.21 电源电流参数ICC或IDD 141
13.22 输入电流范围参数II 141
13.23 输入偏置电流参数IIB 141
13.24 输入失调电流参数IIO 142
13.25 输入噪声电流参数In 142
13.26 输出电流参数IO 142
13.27 低电平输出电流条件IOL 142
13.28 短路输出电流参数IOS或ISC 142
13.29 电源抑制比参数kSVR 143
13.30 功耗参数PD 143
13.31 电源抑制比参数PSRR 143
13.32 结至周围环境的热阻参数θJA 143
13.33 结至外壳的热阻参数θJC 145
13.34 输入电阻参数ri 145
13.35 差分输入电阻参数rid或ri(d) 146
13.36 负载电阻条件RL 146
13.37 调零电阻条件Rnull 146
13.38 输出电阻参数ro 146
13.39 信号源条件RS 146
13.40 开环跨阻参数Rt 146
13.41 运放的摆速参数SR 147
13.42 自由空气工作温度条件TA 147
13.43 关断时间(关断)参数tDIS或t(off) 148
13.44 接通时间(关断)参数tEN 148
13.45 下降时间参数tf 148
13.46 总谐波失真参数THD 149
13.47 总谐波失真与噪声参数THD+N 149
13.48 最高结温参数Tj 151
13.49 上升时间参数tr 151
13.50 稳定时间参数ts 151
13.51 存储温度参数TS或Tstg 152
13.52 电源电压条件VCC或VDD 152
13.53 输入电压范围条件或参数VI 152
13.54 共模输入电压条件VIC 152
13.55 共模输入电压范围参数VICR 152
13.56 差分输入电压参数VID 153
13.57 差分输入电压范围参数VDIR 153
13.58 接通电压(关断)参数VIH-SHDN或V(ON) 153
13.59 关断电压(关断)参数VIL-SHDN或V(OFF) 153
13.60 输入电压条件VIN 153
13.61 输入失调电压参数VIO或VOS 154
13.62 等效输入噪声电压参数Vn 155
13.63 宽带噪声参数VN(PP) 155
13.64 高电平输出电压条件或参数VOH 155
13.65 低电平输出电压条件或参数VOL 156
13.66 最大峰到峰输出电压摆幅参数VOM± 156
13.67 峰到峰输出电压摆幅条件或参数VO(PP) 157
13.68 阶跃电压峰到峰条件V(STEP)PP 157
13.69 串扰参数XT 157
13.70 输出阻抗参数Zo 157
13.71 开环跨阻抗参数Zt 158
13.72 差分相位误差参数ΦD 158
13.73 相位裕度参数Φm 158
13.74 0.1dB平坦度带宽 158
13.75 60s壳温 159
13.76 连续总功耗参数 159
13.77 短路电流持续时间参数 159
13.78 输入失调电压长期漂移参数 159
13.79 10s或60s引脚温度 159

第14章 测量:传感器与模数转换器的连接 160
14.1 引言 160
14.2 传感器类型 164
14.3 设计方法 167
14.4 系统指标的审阅 168
14.5 基准电压的特征化 169
14.6 传感器的特征化 169
14.7 ADC的特征化 171
14.8 运放的选择 171
14.9 放大器电路的设计 172
14.10 测试 178
14.11 小结 178
参考文献 178

第15章 运放与模数转换器的连接 179
15.1 引言 179
15.2 系统信息 179
15.3 电源信息 180
15.4 输入信号的特性 180
15.5 模数转换器的特性 181
15.6 运算放大器的特性 182
15.7 结构的确定 183

第16章 无线通信:IF采样信号的调整 187
16.1 引言 187
16.2 无线系统 187
16.3 ADC与DAC的选择 191
16.4 影响运放选择的因素 194
16.5 抗混叠滤波器 195
16.6 通信DAC的重构滤波器 196
16.7 用于ADC和DAC的外部VREF电路 198
16.8 高速模拟输入驱动电路 201
参考文献 204

第17章 运放用于RF设计 205
17.1 引言 205
17.2 优点 205
17.3 缺点 205
17.4 电压反馈还是电流反馈 206
17.5 传统RF放大器的回顾 206
17.6 放大器增益的回顾 209
17.7 散射参数 210
17.7.1 输入和输出VSWR S11和S22 210
17.7.2 反射损耗 211
17.7.3 正向传输S21 212
17.7.4 反向传输S12 213
17.8 相位线性度 214
17.9 频率响应的峰值调节 214
17.10 -1dB压缩点 215
17.11 双音与三次交调相交点 216
17.12 噪声指数 217
17.13 小结 218

第18章 DAC与负载的连接 219
18.1 引言 219
18.2 负载特性 219
18.2.1 DC负载 219
18.2.2 AC负载 219
18.3 理解DAC与它的指标 219
18.3.1 DAC的类型及其结构特点 220
18.3.2 电阻阶梯DAC 220
18.3.3 权电阻DAC 220
18.3.4 R/2R DAC 221
18.3.5 Σ-Δ DAC 223
18.4 DAC的误差预算 224
18.4.1 精度与分辨率 224
18.4.2 DC应用的误差预算 224
18.4.3 AC应用的误差预算 225
18.4.4 RF应用中的误差预算 226
18.5 DAC的误差与参数 227
18.5.1 DC误差与参数 227
18.5.2 AC误差与参数 230
18.6 DAC电容的补偿 232
18.7 增加运放缓冲放大器的电流和电压 233
18.7.1 电流提升器 234
18.7.2 电压提升器 234
18.7.3 功率提升器 236
18.7.4 单电源操作与DC失调 236

第19章 正弦波振荡器 238
19.1 什么是正弦波振荡器 238
19.2 振荡的条件 238
19.3 振荡器中的相移 239
19.4 振荡器的增益 240
19.5 有源元件(运放)对振荡器的影响 241
19.6 振荡器工作(电路)的分析 243
19.7 正弦波振荡器电路 244
19.7.1 文氏电桥振荡器 244
19.7.2 相移振荡器(单级放大器) 249
19.7.3 相移振荡器(带缓冲的) 250
19.7.4 布巴振荡器 251
19.7.5 正交振荡器 253
19.8 小结 254
参考文献 254

第20章 有源滤波器设计技术 256
20.1 引言 256
20.2 低通滤波器基础 257
20.2.1 巴特沃斯低通滤波器 260
20.2.2 切比雪夫低通滤波器 260
20.2.3 贝塞尔低通滤波器 261
20.2.4 品质因子Q 263
20.2.5 小结 264
20.3 低通滤波器的设计 264
20.3.1 一阶低通滤波器 264
20.3.2 二阶低通滤波器 266
20.3.3 更高阶的低通滤波器 270
20.4 高通滤波器的设计 272
20.4.1 一阶高通滤波器 273
20.4.2 二阶高通滤波器 275
20.4.3 更高阶的高通滤波器 277
20.5 带通滤波器的设计 277
20.5.1 二阶带通滤波器 278
20.5.2 四阶带通滤波器(参差调谐) 281
20.6 带阻滤波器的设计 285
20.6.1 有源双T滤波器 286
20.6.2 有源Wien-Robinson滤波器 287
20.7 全通滤波器的设计 289
20.7.1 一阶全通滤波器 290
20.7.2 二阶全通滤波器 291
20.7.3 更高阶的全通滤波器 292
20.8 实际的设计提示 293
20.8.1 滤波器电路的偏置 293
20.8.2 电容的选择 296
20.8.3 元件值 298
20.8.4 运放的选择 298
20.9 滤波器系数表 299
参考文献 306

第21章 初学者实用滤波器的快速设计 307
21.1 引言 307
21.2 选取响应曲线 307
21.3 低通滤波器 309
21.4 高通滤波器 310
21.5 窄(单频)带通滤波器 310
21.6 宽带通滤波器 313
21.7 点阻(单频抑制)滤波器 313
21.8 带阻滤波器 315
21.9 滤波器特性小结 316

第22章 高速滤波器设计 317
22.1 引言 317
22.2 高速低通滤波器 317
22.3 高速高通滤波器 317
22.4 高速带通滤波器 317
22.4.1 Deliyannis结构的改进 318
22.4.2 改进型Deliyannis与MFB的比较 320
22.4.3 实验室结果 322
22.5 高速点阻滤波器 324
22.5.1 仿真 324
22.5.2 实验室结果 327
22.5.3 1MHz的结果 327
22.5.4 100kHz的结果 328
22.5.5 10kHz的结果 329
22.6 小结 331

第23章 电路板布图技术 332
23.1 一般考虑 332
23.1.1 PCB是运放设计中的一个元件 332
23.1.2 初样、初样、初样 332
23.1.3 噪声源 333
23.2 PCB的机械构造 333
23.2.1 材料:为应用选择正确的材料 333
23.2.2 多少层最好 334
23.2.3 印制板的层序:铜箔层的次序 336
23.3 接地 336
23.3.1 最重要的规则:地线分离 336
23.3.2 其他接地规则 337
23.3.3 一个良好的布图举例 339
23.3.4 一个明显的例外 339
23.4 无源元件的频率特性 340
23.4.1 电阻 340
23.4.2 电容 340
23.4.3 电感 341
23.4.4 未曾想到的PCB无源元件 342
23.5 去耦 347
23.5.1 数字电路:模拟电路的一大问题 347
23.5.2 选择正确的电容 348
23.5.3 IC的去耦 349
23.5.4 电路板的去耦 350
23.6 输入端和输出端的隔离 350
23.7 封装 350
23.7.1 插孔的考虑 352
23.7.2 表面贴装 353
23.7.3 未用部分的连接 353
23.8 小结 353
23.8.1 一般的要点 354
23.8.2 电路板结构 354
23.8.3 元件 354
23.8.4 布线 354
23.8.5 旁路 354
参考文献 355

第24章 低压运放电路的设计 356
24.1 引言 356
24.2 动态范围 357
24.3 信噪比 359
24.4 输入共模范围 360
24.5 输出电压摆幅 364
24.6 断电和低电流吸取 365
24.7 单电源电路设计 366
24.8 传感器与ADC之间的模拟接口 366
24.9 DAC与执行器之间的模拟接口 368
24.10 运放的比较 372
24.11 小结 373

第25章 常见的使用错误 375
25.1 引言 375
25.2 工作在单位(或规定)增益以下的运放 375
25.3 运放用做比较器 376
25.3.1 比较器 378
25.3.2 运放 378
25.4 未用运放的不恰当端接 379
25.5 DC增益 380
25.6 电流源 381
25.7 电流反馈放大器:反馈电阻的短接 381
25.8 电流反馈放大器:反馈环路中的电容 382
25.9 全差分放大器:不正确的单端端接 383
25.10 全差分放大器:不正确的DC工作点 384
25.11 全差分放大器:不正确的共模范围 385
25.12 头号设计错误 386

附录A 单电源电路集 388
A.1 引言 388
A.2 测量放大器 388
A.3 简化的测量放大器 389
A.4 T型网络用于反馈环路 390
A.5 反相积分器 390
A.6 带有输入电流补偿的反相积分器 391
A.7 带有漂移补偿的反相积分器 392
A.8 带有机械复位的反相积分器 392
A.9 带有电子复位的反相积分器 393
A.10 带有电阻复位的反相积分器 394
A.11 带有反相缓冲器的同相积分器 395
A.12 同相积分器的近似电路 395
A.13 双积分器 396
A.14 差值积分器 396
A.15 AC积分器 397
A.16 增强型积分器 397
A.17 反相微分器 398
A.18 带有噪声滤波器的反相微分器 398
A.19 增强型微分器 399
A.20 基本文氏电桥振荡器 399
A.21 带有非线性反馈的文氏电桥振荡器 400
A.22 带有AGC的文氏电桥振荡器 401
A.23 正交振荡器 402
A.24 经典相移振荡器 402
A.25 带缓冲的相移振荡器 403
A.26 布巴振荡器 404
A.27 三角波振荡器 405
A.28 衰减器 405
A.29 仿真电感 407
A.30 双T单运放带通和点阻滤波器 408
A.31 恒电流发生器 410
A.32 反相电压基准源 411
A.33 功率提升器 411
A.34 绝对值电路 412
A.35 峰值跟随器 413
A.36 精密整流器 413
A.37 AC至DC变换器 413
A.38 全波整流器 414
A.39 音调控制 415
A.40 曲线拟合滤波器 415
参考文献 418

附录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 反相端的计算 422
B.4 同相端的计算 422
B.5 差分输出 424
B.6 对结果进行测试 424
索引 427

序言
每一个对模拟电子技术感兴趣的人都应该在本书中找到一些有价值的内容,而且我们努力把书写得让新手也容易理解,同时又不使模拟电路工程师感到太平淡。我们已经尽力保证书中的每一章对具有适当背景的读者是自成系统的。这当然会引起一些重复,或许某些读者会感到乏味,但只要总体上能使各种背景的读者都满意,这种代价也是值得的。
第1章介绍了运算放大器(下文简称“运放”)的历史和演变。这一章不是每人必读的,它讲述了运放在模拟电子世界中的地位。建议初学者从第1章开始,一直读到第11章结束。在读完了第11章之后,读者应该具备了必要的基础知识,可以跳到此后任意一章。经验比较丰富的读者,比如电子技术员、数字电路工程师和非电子类的工程师,可以从第3章开始一直读到第11章结束。高级电子技术员、电子工程师和初学的模拟工程师可以从他们觉得合适的任意章节开始,一直读到第13章结束。有经验的模拟工程师可以直接阅读任何自己需要的部分。

文摘
插图:

运算放大器权威指南

第一台实时计算机是模拟计算机!这种计算机依靠了事先编排好的程序和输入数据计算出控制行为。编程是用硬连(hardwired)的方法实现的,它把一连串的电路连接起来,然后对数据进行数学计算。由于这种硬连方法的限制,最终导致了模拟计算机地位的曰趋衰落。模拟计算机的核心是一种叫做运算放大器的设备,它可以通过改变连线而对输入信号进行许多数学运算,包括加、减、乘、除、积分和微分。它的名字后来被简称为大家所熟悉的运放,我们都知道而且喜欢这个名字。运放中使用了一个有很大开环增益的放大器,当环路闭合时,放大器就开始执行由外部无源元件所确定的数学运算。这种放大器的体积很大,因为是用真空管制作的,而且还需要高压电源。但由于它是模拟计算机的核心部件,所以为了完成工作,人们还是接受了它的大体积和大功率的要求。早期的运放是为模拟计算机而设计的,但人们很快发现,运放还可以有其他的用途,于是它就成为了物理实验室中的常用工具。
这个时候,通用模拟计算机已经进入到大学和大公司的实验室,这些计算机对于完成研究工作是必不可少的。当时的实验室工作还同时提出了对传感器进行信号调整的要求,运放也就此进入到了信号调整的应用领域。随着信号调整应用领域的扩展,对运放的需求开始超过了模拟计算机的需求。后来模拟计算机让位给了数字计算机,但运放由于在一般模拟应用中的重要性而生存了下来。最终,数字计算机取代了模拟计算机(对实时测量是个悲哀),但运放的需求却随着测量应用的增长而得以继续增长。
第一个用于信号调整的运放是在晶体管引入之前用真空管构造的,所以这些运放又大又笨重。到了20世纪50年代,人们利用较低电源电压工作的小型真空管制造出了小体积的运放,它的体积缩小到了像建房时使用的砖头那样的大小,所以运放模块又被别称为砖头。随着真空管体积和元件体积的不断缩小,运放最后缩小到了一个八脚真空管那样的大小。

内容简介
《运算放大器权威指南(第3版)》是全球领先的半导体企业TI公司的工程师多年经验结晶,从运算放大器的历史入手,重点介绍运算放大器近些年的研发成果、新出现的设计工具和技术,旨在帮助设计者快速掌握好的设计方法,为具体的工作选择最佳的放大器。
《运算放大器权威指南(第3版)》适合从事电路设计的工程技术人员,也可供高校相关专业师生参考。

购买书籍

当当网购书 京东购书 卓越购书

PDF电子书下载地址

相关书籍

搜索更多