运算放大器权威指南（第4版）

作者简介

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，已经进入射频设计领域，回归到了全差分结构，也开启了在信号链设计中的新应用领域。

本书是运算放大器电路设计领域一部重要著作，源自全球领导厂商德州仪器公司设计参考文档，第4版由资深电子工程师Bruce Carter一人担纲，更注重实践指导，适合系统性阅读。作者首先简要回顾了运放基础知识，然后展开分析具体的运放电路设计及其注意事项，给出了大量电路实例以及诸多珍贵使用技巧，并将“做减法”的解决问题方式作为全书电路设计指导思想。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。

书中还介绍了一些设计辅助工具，方便读者设计运放电路，其中既有生产厂家提供的，也有作者自己编写的（见 http://booksite.elsevier.com/9780123914958/ ）。

书籍目录

第1章　运算放大器在世界上的地位　　1

1.1 　难以控制的增益　　1

1.2 　解决问题的方法　　1

1.3 　作为基本元件的运算放大器的诞生　　2

1.3.1 　电子管时代　　2

1.3.2 　晶体管时代　　2

1.3.3 　集成电路时代　　3

参考文献　　4

第2章　运放基础回顾　　5

2.1 　引言　　5

2.2 　基本概念　　5

2.2.1 　欧姆定律　　5

2.2.2 　分压器规则　　6

2.2.3 　叠加定理　　6

2.3 　基本的运放电路　　7

2.3.1 　同相放大电路　　8

2.3.2 　反相放大电路　　9

2.3.3 　加法器　　9

2.3.4 　差分放大器　　10

2.4 　没那么快　　11

第3章　分离和管理交流与直流增益　　15

3.1 　稍稍复杂化一下　　15

3.2 　单电源与双电源　　15

3.3 　联立方程组　　17

3.3.1 　情形1：VOUT=+mVIN+b　　19

3.3.2 　情形2：VOUT=+mVIN?b　　22

3.3.3 　情形3：VOUT=?mVIN+b　　24

3.3.4 　情形4：VOUT=?mVIN?b　　25

3.4 　所有情形的列表　　27

3.5 　设计步骤与设计辅助工具　　29

3.6 　小结　　32

第4章　不同类型的运放　　33

4.1 　电压反馈运放　　33

4.2 　无补偿和欠补偿的电压反馈运放　　34

4.3 　电流反馈运放　　37

4.4 　全差分运放　　37

4.4.1 　全差分意味着什么　　38

4.4.2 　第二个输出端如何使用　　38

4.4.3 　差分放大级　　39

4.4.4 　单端到差分的转换　　39

4.4.5 　一项新功能　　40

4.5 　仪表放大器　　41

4.6 　差动放大器　　43

4.7 　缓冲放大器　　45

4.8 　其他种类的运放　　47

第5章　传感器与模数转换器的接口电路　　49

5.1 　引言　　49

5.2 　系统的信息　　50

5.3 　电源的信息　　51

5.4 　输入信号的特性　　52

5.5 　模数转换器的特性　　52

5.6 　接口的特性　　53

5.7 　结构的确定　　54

5.8 　小结　　56

第6章　有源滤波器设计技巧　　57

6.1 　引言　　57

6.2 　传递函数法　　57

6.3 　快速实用滤波器设计　　60

6.3.1 　选择响应曲线　　60

6.3.2 　低通滤波器　　62

6.3.3 　高通滤波器　　62

6.3.4 　窄（单频响应）带通滤波器　　63

6.3.5 　宽带通滤波器　　64

6.3.6 　陷波（单频抑制）滤波器　　65

6.4 　高速滤波器设计　　67

6.4.1 　高速低通滤波器　　67

6.4.2 　高速高通滤波器　　67

6.4.3 　高速带通滤波器　　67

6.4.4 　高速陷波滤波器　　69

6.5 　最有效地使用运放构造滤波器　　69

6.5.1 　三极点低通滤波器　　70

6.5.2 　三极点高通滤波器　　70

6.5.3 　参差调谐和多峰响应带通滤波器　　71

6.5.4 　单运放陷波滤波器和多频点陷波滤波器　　74

6.5.5 　结合使用带通滤波器和陷波滤波器　　75

6.6 　双二阶滤波器　　76

6.7 　设计辅助工具　　77

6.7.1 　低通、高通及带通滤波器设计辅助工具　　77

6.7.2 　陷波滤波器设计辅助工具　　79

6.7.3 　双T滤波器设计辅助工具　　80

6.7.4 　关于滤波器设计辅助工具的最终注记　　81

6.8 　小结　　81

第7章　运放在射频设计中的应用　　83

7.1 　引言　　83

7.2 　电压反馈还是电流反馈　　83

7.3 　射频放大器的电路结构　　83

7.4 　用于射频设计的运放参数　　85

7.4.1 　单级增益　　85

7.4.2 　相位线性度　　86

7.4.3 　频响峰值的调节　　86

7.4.4 　?1dB压缩点　　87

7.4.5 　噪声系数　　87

7.5 　无线系统　　89

7.5.1 　宽带放大器　　89

7.5.2 　中频放大器　　91

7.6 　高速模拟输入驱动电路　　92

7.7 　小结　　93

第8章　低压运放电路的设计　　95

8.1 　引言　　95

8.2 　关键的指标　　95

8.2.1 　输出电压摆幅　　95

8.2.2 　动态范围　　96

8.2.3 　输入共模范围　　97

8.2.4 　信噪比　　99

8.3 　小结　　100

第9章　极端环境下的应用　　101

9.1 　引言　　101

9.2 　温度　　101

9.2.1 　噪声　　102

9.2.2 　速度　　102

9.2.3 　输出驱动能力和输出级　　102

9.2.4 　高温下什么指标会劣化　　102

9.2.5 　极端环境下运放参数的最终注记　　103

9.3 　封装　　103

9.3.1 　集成电路本身　　103

9.3.2 　集成电路的封装　　104

9.3.3 　集成电路的互联　　104

9.4 　当失效不可接受时　　105

9.5 　当产品寿命要求很长时　　107

9.6 　小结　　108

第10章　稳压器　　109

10.1 　引言　　109

10.2 　稳压器的情形　　109

10.2.1 　虚地：b=0　　109

10.2.2 　正电压和负电压稳压器：

b>0，b<0　　109

10.3 　自制还是购买　　110

10.4 　线性稳压器　　110

10.5 　开关电源　　112

10.6 　过压保护电路　　113

10.7 　有源负载电路　　114

10.8 　设计辅助工具　　116

10.9 　小结　　117

第11章　其他应用　　119

11.1 　引言　　119

11.2 　数模转换器与负载的接口电路　　119

11.3 　运放振荡器　　121

11.4 　混合放大器和提高输出功率的方法　　123

11.5 　小结　　126

第12章　生产厂家提供的设计辅助工具　　127

12.1 　引言　　127

12.2 　德州仪器公司的Tina-TI　　127

12.3 　德州仪器公司的FilterPro　　129

12.4 　国家半导体/德州仪器公司的 Webench　　133

12.5 　NI Multisim的ADI版本　　136

12.6 　ADI公司的OpAmp Error Budget　　137

12.7 　Linear Technology公司的LT Spice　　138

12.8 　印制电路板布图工具　　140

12.9 　小结　　140

第13章　常见的应用错误　　141

13.1 　引言　　141

13.2 　运放工作在小于单位增益（或规定增益）以下　　141

13.3 　运放用作比较器　　142

13.3.1 　比较器　　143

13.3.2 　运放　　144

13.4 　未用运放的不恰当端接　　144

13.5 　直流增益　　146

13.6 　电流反馈运放的应用错误　　146

13.6.1 　短路的反馈电阻　　147

13.6.2 　反馈环中的电容　　148

13.7 　全差分运放的应用错误　　148

13.7.1 　错误的直流工作点　　149

13.7.2 　错误的共模范围　　150

13.7.3 　错误的单端端接　　151

13.8 　不恰当的退耦　　152

13.9 　小结　　153

附录A 　理解运放的参数　　155

附录B 　运放的噪声理论　　181

附录C 　印制电路板布图技术　　189

附录D 　运放电路集锦　　209

索引　　219

内容概要

作者简介：

Bruce Carter

资深电子工程师，具有30余年工作经验，主要从事RF、模拟和数字电路设计。曾在德州仪器公司工作多年，目前就职于一家勘测设备研发公司。Carter曾发表大量技术论文，将自己的从业经验与所有人分享，并为此专门开设了博客：http://www.mindspring.com/~brucec/bruce.htm。

译者简介：

孙宗晓

本科毕业于北京大学力学与工程科学系，硕士研究生毕业于北京大学工学院生物医学工程系，目前就职于中国航天员中心航天生物医学工程学研究室，主要研究方向：生物医学信号采集和调理电路的设计。

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