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 < 0　265 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　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