运算放大器权威指南（第5版）

运算放大器权威指南（第5版） 出自德州仪器公司前应用工程师之手，书中凝结了作者多年的工作经验、智慧和专业知识，为工程师优化模拟电子设计提供了大量的方法、技术和技巧，从而以尽可能低的成本、尽可能小的尺寸设计出可靠且低功耗的电路。书中还利用分销商提供的实际元件，将理论与实践相结合，提出了实用的解决方案。第5版增加了关于故障诊断、负电源开关稳压电路设计的内容，囊括了前几版中关于单电源运放电路设计的内容，而且还总结了作者多年来在实际工作中存在的误解和犯下的错误，让读者避免在设计中遇到类似的问题。

布鲁斯.卡特（Bruce Carter）
电子工程师，在射频、模拟和数字电路设计方面拥有30多年的经验。曾在德州仪器公司担任应用工程师多年，任职于3M公司。

罗恩.曼西尼（Ron Mancini）
电子工程师，在晶体管电路、固态子系统和模拟IC的应用工程设计等领域拥有30多年的经验。曾在德州仪器公司工作多年，并在此期间累计申请了12项美国专利。

【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、博士毕业于北京大学工学院生物医学工程系。主要研究方向：生物医学信号的采集、传输与处理。

第 1章 运算放大器的地位　1
1．1　问题　1
1．2　解决方案　1
1．3　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　3
1．3．3　集成电路时代　3
1．4　参考文献　4
第2章 理想运放公式的推导　5
2．1　引言　5
2．2　理想运放假设　6
2．3　同相放大电路　7
2．4　反相放大电路　8
2．5　加法器　9
2．6　差分放大器　9
2．7　复杂的反馈网络　11
2．8　阻抗匹配放大器　12
2．9　电容　13
2．10　为什么理想运放会毁灭整个宇宙　14
2．11　小结　15
第3章　交流耦合单电源运放电路的设计　16
第4章　直流耦合单电源运放电路的设计　23
4．1　引言　23
4．2　简单的入门例子　23
4．3　电路分析　25
4．4　联立方程组　29
4．4．1　情形1：VOUT = +mVIN + b　30
4．4．2　情形2：VOUT = +mVIN - b　33
4．4．3　情形3：VOUT = -mVIN + b　36
4．4．4　情形4：VOUT = -mVIN - b　38
4．5　小结　40
第5章　其他情形　41
5．1　一系列的应用　41
5．2　偏移量为零的同相衰减器　42
5．3　偏移量为正的同相衰减器　42
5．4　偏移量为负的同相衰减器　42
5．5　偏移量为零的反相衰减器　43
5．6　偏移量为正的反相衰减器　43
5．7　偏移量为负的反相衰减器　44
5．8　同相缓冲器　44
5．9　设计辅助工具　44
5．10　信号链设计　46
第6章　反馈与稳定性理论　47
6．1　反馈理论导论　47
6．2　框图的运算与变换　47
6．3　反馈方程与稳定性　51
6．4　反馈电路的伯德分析　52
6．5　伯德分析在运放上的应用　55
6．6　环路增益图是理解稳定性的关键工具　57
6．7　二阶方程与振铃/过冲预测　59
6．8　参考文献　60
第7章　非理想运放方程的推导　61
7．1　引言　61
7．2　标准形式方程的回顾　62
7．3　同相放大电路　63
7．4　反相放大电路　65
7．5　差分放大电路　66
7．6　你是否比运放更聪明　67
第8章　电压反馈运放的补偿　70
8．1　引言　70
8．2　内部补偿　71
8．3　外部补偿、稳定性与性能　75
8．4　主极点补偿　75
8．5　增益补偿　78
8．6　超前补偿　79
8．7　在运放电路中应用的补偿衰减器　81
8．8　超前-滞后补偿　83
8．9　补偿方案的比较　85
8．10　小结　86
第9章　电流反馈运放　87
9．1　引言　87
9．2　电流反馈运放的模型　88
9．3　稳定性方程的推导　88
9．4　电流反馈同相放大电路　89
9．5　电流反馈反相放大电路　90
9．6　稳定性分析　92
9．7　反馈电阻的选择　93
9．8　稳定性与输入电容　95
9．9　稳定性与反馈电容　96
9．10　CF和CG的补偿　97
9．11　小结　97
第　10章 电压反馈运放与电流反馈运放的比较　99
10．1　引言　99
10．2　精度　99
10．3　带宽　101
10．4　稳定性　103
10．5　阻抗　104
10．6　公式的比较　105
第　11章 全差分运放　107
11．1　引言　107
11．2　“全差分”意味着什么　107
11．3　第二个输出端如何使用　108
11．4　差分放大级　108
11．5　单端到差分的转换　109
11．6　一项新功能　110
11．7　理解VOCM输入　110
11．8　仪表放大器　112
11．9　滤波器电路　113
11．9．1　单极点滤波器　113
11．9．2　双极点滤波器　114
11．9．3　多重反馈滤波器　114
11．9．4　双二阶滤波器　116
第　12章 不同类型的运放　118
12．1　引言　118
12．2　无补偿和欠补偿的电压反馈运放　118
12．3　仪表放大器　119
12．4　差动放大器　120
12．5　缓冲放大器　122
第　13章 电路故障诊断　125
13．1　引言　125
13．2　排除最简单的问题：检查电源　125
13．3　不要忘记“使能”引脚　125
13．4　检查直流工作点　126
13．5　增益错误　126
13．6　输出噪声大　126
13．6．1　传导发射与辐射发射噪声　127
13．6．2　辐射敏感噪声　129
13．6．3　传导敏感噪声　131
13．7　输出带有偏移量　133
13．8　小结　135
第　14章 传感器与模数转换器的接口电路　136
14．1　引言　136
14．2　系统的信息　137
14．3　电源的信息　138
14．4　输入信号的特性　139
14．5　模数转换器的特性　140
14．6　接口的特性　140
14．7　结构的确定　142
14．8　小结　143
第　15章 数模转换器与负载的接口电路　144
15．1　引言　144
15．2　负载的特性　144
15．2．1　直流负载　144
15．2．2　交流负载　144
15．3　理解数模转换器及其指标　145
15．3．1　数模转换器的种类　145
15．3．2　最简单的电阻阶梯式数模转换器　145
15．3．3　加权电阻式数模转换器　145
15．3．4　R/2R数模转换器　146
15．3．5　增量求和式数模转换器　148
15．4　数模转换器的误差预算　149
15．4．1　精度与分辨率　149
15．4．2　直流应用的误差预算　150
15．4．3　交流应用的误差预算　151
15．4．4　射频应用的误差预算　152
15．5　数模转换器的误差与参数　152
15．5．1　直流误差与参数　152
15．5．2　交流误差与参数　156
15．6　数模转换器电容的补偿　158
15．7　增加运放缓冲器电路的输出电流与电压　159
15．7．1　扩流电路　160
15．7．2　增压电路　161
15．7．3　功放电路　162
15．7．4　单电源工作与直流偏移　162
第　16章 有源滤波器的设计　164
16．1　引言　164
16．2　低通滤波器基础　165
16．2．1　巴特沃思低通滤波器　168
16．2．2　切比雪夫低通滤波器　169
16．2．3　贝塞尔低通滤波器　169
16．2．4　品质因数Q　171
16．2．5　小结　172
16．3　低通滤波器设计　172
16．3．1　一阶低通滤波器　173
16．3．2　二阶低通滤波器　175
16．3．3　高阶低通滤波器　178
16．4　高通滤波器设计　180
16．4．1　一阶高通滤波器　181
16．4．2　二阶高通滤波器　183
16．4．3　高阶高通滤波器　184
16．5　带通滤波器设计　185
16．5．1　二阶带通滤波器　186
16．5．2　四阶带通滤波器（参差调谐）　189
16．6　带阻滤波器设计　192
16．6．1　有源双T滤波器　193
16．6．2　有源Wien-Robinson滤波器　195
16．7　全通滤波器设计　196
16．7．1　一阶全通滤波器　198
16．7．2　二阶全通滤波器　199
16．7．3　高阶全通滤波器　200
16．8　实际设计中需要注意的事项　201
16．8．1　滤波电路的偏置　201
16．8．2　电容的选择　203
16．8．3　元件的取值　205
16．8．4　运放的选择　205
16．9　滤波器系数表　207
16．10　延伸阅读　213
第　17章 设计滤波器的快速简便方法　214
17．1　引言　214
17．2　快速实用滤波器设计　214
17．3　设计滤波器　216
17．3．1　低通滤波器　216
17．3．2　高通滤波器　217
17．3．3　窄（单频点响应）带通滤波器　218
17．3．4　宽带通滤波器　218
17．3．5　陷波（单频点抑制）滤波器　219
17．4　使用一个运放完成尽可能多的工作　221
17．4．1　三极点低通滤波器　221
17．4．2　三极点高通滤波器　222
17．4．3　参差调谐与多谐振峰带通滤波器　222
17．4．4　单运放陷波与多频陷波滤波器　225
17．4．5　结合使用带通滤波器和陷波滤波器　227
17．5　设计辅助工具　228
17．5．1　低通、高通和带通滤波器设计辅助工具　228
17．5．2　陷波滤波器设计辅助工具　230
17．5．3　双T滤波器设计辅助工具　231
17．6　小结　232
第　18章 高速滤波器　233
18．1　引言　233
18．2　高速低通滤波器　233
18．3　高速高通滤波器　234
18．4　高速带通滤波器　234
18．5　高速陷波滤波器　235
18．6　10 kHz陷波滤波器的结果　236
18．7　小结　238
第　19章 运放在射频设计中的应用　239
19．1　引言　239
19．2　电压反馈还是电流反馈　239
19．3　射频放大器的电路结构　239
19．4　用于射频设计的运放参数　241
19．4．1　单级增益　241
19．4．2　相位线性度　242
19．4．3　频响峰值的调节　242
19．4．4　-1dB压缩点　243
19．4．5　噪声系数　244
19．5　无线系统　245
19．5．1　宽带放大器　246
19．5．2　中频放大器　247
19．6　高速模拟输入驱动电路　249
19．7　小结　249
第　20章 低压运放电路的设计　251
20．1　引言　251
20．2　关键的指标　251
20．2．1　输出电压摆幅　251
20．2．2　动态范围　252
20．2．3　输入共模电压范围　253
20．2．4　信噪比　254
20．3　小结　256
第　21章 极端环境下的应用　257
21．1　引言　257
21．2　温度　257
21．2．1　噪声　258
21．2．2　速度　258
21．2．3　输出驱动能力和输出级　258
21．2．4　直流参数　258
21．2．5　最重要的参数　259
21．2．6　极端环境下运放参数的最终注记　259
21．3　封装　259
21．3．1　集成电路本身　259
21．3．2　集成电路的封装　260
21．3．3　集成电路的互联　260
21．4　当失效不可接受时　262
21．5　当产品寿命要求很长时　263
21．6　小结　264
第　22章 稳压器　265
22．1　引言　265
22．2　稳压器的情形　265
22．2．1　虚地：b = 0　265
22．2．2　正电压和负电压稳压器：b > 0，b 22．3　自制还是购买　266
22．4　线性稳压器　266
22．5　开关稳压器　268
22．6　过压保护电路　269
22．7　有源负载电路　271
22．8　设计辅助工具　272
22．9　小结　273
第　23章 负电压开关稳压电路　274
23．1　引言　274
23．2　典型的降压开关稳压电路　274
23．3　电感的附加绕组　276
23．4　附加电感　277
23．5　用-VOUT而不是地作为稳压器的参考点　278
23．6　其他方案　279
23．7　负电压有源负载　279
23．8　小结　280
第　24章 其他应用　281
24．1　运放振荡器　281
24．2　组合运放与提高输出功率的方法　283
第　25章 常见的应用错误　287
25．1　引言　287
25．2　运放工作在小于单位增益（或规定增益）的情况　287
25．3　运放用作比较器　288
25．3．1　比较器　290
25．3．2　运放　290
25．4　未用运放的不恰当端接　291
25．5　直流增益　292
25．6　电流源　293
25．7　电流反馈运放：短路的反馈电阻　294
25．8　电流反馈运放：反馈环中的电容　295
25．9　全差分运放：错误的单端端接　295
25．10　全差分运放：错误的直流工作点　296
25．11　全差分运放：错误的共模电压范围　297
25．12　最普遍的应用错误：不恰当的退耦　299
25．13　小结　300
附录A　电路理论回顾　301
附录B　理解运放的参数　308
附录C　运放的噪声理论　333
附录D　印制电路板布图技术　346
附录E　单电源运放电路集锦　365
索引　374