运算放大器权威指南

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 0.1 dB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 –1 dB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 1 MHz的结果　　327

22.5.4 100 kHz的结果　　328

22.5.5 10 kHz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

......(更多)