活学活用 电子技术 OP放大电路 活用技巧PDF电子书下载

第1章 与纤细的模拟IC——OP放大器的连接方法 1

1.1 模拟与数字二位一体 1

1.1.1 敏感而微弱的模拟与迟钝而强实的数字 1

1.1.2 缺少模拟电路或缺少数字电路都得不到优良的产品 2

1.2 OP放大器的基本功能“信号放大”的益处 4

1.2.1 放大增强抗噪能力 4

1.2.2 A/D转换后信息损失少 6

1.2.3 理想放大器的输出波形和输入波形相似 7

1.3 OP放大器的分类 8

1.3.1 根据用途的分类 8

1.3.2 根据电源电压的分类 8

1.3.3 根据输入、输出电压范围的分类 12

1.4 充分认识OP放大器的不足 13

1.4.1 在性能指标数据表中，一些关键的事项并未列出 13

1.4.2 IC缺点的实验发现 16

1.4.3 要相信的不是性能指标数据表，而是实测数据 17

第2章 掌握放大技术的基础 19

2.1 相位虽然反转但精度高的反相放大电路 19

2.1.1 输入信号和输出信号的关系 19

2.1.2 两个外接电阻的阻值比决定增益 20

2.1.3 安装方法 22

2.1.4 典型应用电路 23

2.2 相位不反、使用方便但精度稍显不足的同相放大电路 24

2.2.1 不反相而放大 24

2.2.2 使用方便但增益误差大 27

2.2.3 安装方法 28

2.3 将能量加于微弱信号上以增强负载驱动能力的电压跟随器 28

2.3.1 输入阻抗大、输出阻抗小，增益1倍 28

2.3.2 应用举例 30

2.3.3 易发振荡是此种高性能电路的白玉之瑕 31

第3章 OP放大器周围外接元件的作用及取值理由 33

3.1 反馈部分 34

3.1.1 决定增益的反馈电阻R11和R10 34

3.1.2 抑制直流分量放大的电容C9 37

3.2 偏压部分 40

3.2.1 对电源分压获得基准电位的R3和R5 40

3.2.2 连接分压电路和OP放大器的R7 43

3.2.3 抑制偏压变动的C2 45

3.3 输入部分 47

3.3.1 抑制电路与外部设备连接时突跳的R8 47

3.3.2 不同基准电位下工作的电路之间的桥梁C8 48

3.4 输入部分的详细设计 50

3.4.1 阅读电路时省去影响小的元件 50

3.4.2 输入阻抗的频率特性 53

3.5 输出部分 56

3.5.1 实现与下一级稳定连接的R12 56

3.5.2 与不同基准电位下工作的下一级放大电路之间的桥梁C10 58

3.6 用实验来校核设计 58

3.6.1 正向幅度受到限制 58

3.6.2 如果调整偏压，负侧又会遭到限幅 60

3.6.3 输出端加接电阻后，失真减轻，输出电压范围扩大 60

第4章 掌握直流放大技术 67

4.1 直流放大器的必要性 67

4.1.1 直流放大器设计失败例 67

4.1.2 取出长周期信号也要用直流放大器 68

4.1.3 直流失调电压和温度漂移为零的放大器是理想的 69

4.2 双电源下放大器的性能易于获得 69

4.2.1 单电源工作的交流放大器的缺点 69

4.2.2 双电源型的优缺点 73

4.3 直流放大器电路 74

4.3.1 单电源工作的直流放大器 74

4.3.2 双电源工作的直流放大器 75

4.4 直流放大器的弱点——失调电压 76

4.4.1 直流放大器很难只放大直流信号 76

4.4.2 失调电压的危害 77

4.5 失调电压产生的原因 78

4.5.1 输出失调电压产生的原因 78

4.5.2 输入失调电压产生的原因 79

4.5.3 输入偏置电流产生的根据 80

4.6 输出失调电压产生的主要原因 80

4.6.1 输入偏置电流与输出失调电压的关系 81

4.6.2 输入失调电压与输出失调电压的关系 82

4.7 减小输出失调电压的方法 85

4.7.1 减小输入失调电压 85

4.7.2 减小±输入端的输入偏置电流的影响 86

4.7.3 输出失调电压修正方法 88

4.8 不做直流放大时直接做成交流放大器 92

4.8.1 典型的交流放大器 92

4.8.2 无需耦合电容的交流放大器 93

4.8.3 方波信号放大时应注意下倾与稳定 95

第5章 掌握低噪声放大技术 99

5.1 微小信号的放大 99

5.1.1 需要不使SN比恶化的放大器 99

5.1.2 确保动态范围也很重要 100

5.2 噪声的频率分布可按三个频带分类 100

5.2.1 噪声的频率分布 100

5.2.2 低频区起支配作用的1/f噪声 102

5.2.3 大小随设计变化的白噪声 102

5.2.4 高频下会成为问题的分配噪声 103

5.3 噪声的种类及其对策 103

5.3.1 除更换元件及IC外别无对策的噪声 103

5.3.2 大小随电阻值变化的热噪声的对策 104

5.3.3 雪崩噪声的应对 105

5.4 来自OP放大器自身的噪声 107

5.4.1 电压性噪声和电流性噪声 107

5.4.2 输入换算噪声电压 107

5.4.3 输入换算噪声电流 108

5.5 OP放大器电路的噪声电压的计算方法 108

5.5.1 噪声的定量化 108

5.5.2 OP放大器产生的噪声电压的计算 109

5.6 低噪声放大器的设计例 111

5.6.1 步骤1——确立设计目标 111

5.6.2 步骤2——选择低噪声OP放大器 112

5.6.3 步骤3——进行基本设计 112

5.6.4 步骤4——低噪声化 113

5.6.5 步骤5——预测最终电路的噪声特性 115

5.6.6 步骤6——试制并确认实际特性 116

附录A 从微小信号到大信号输入幅度大范围变化的应对——动态范围的扩展技术 120

附录B 噪声水平的计算技术——正态分布噪声的分布情况及合成方法 132

第6章 频率特性的控制 141

6.1 扩大带宽的方法 141

6.1.1 决定增益频率上限的增益带宽和反馈量β 141

6.1.2 选用GBW大的OP放大器 141

6.1.3 增大反馈量 144

6.1.4 实际OP放大器的GBW并非是不随频率变化的定值 145

6.2 用噪声增益分别控制上限频率和增益 146

6.2.1 用噪声增益控制噪声及频率特性 146

6.2.2 下降增益抑制上限频率的上升 149

6.3 抑制上限频率上升的方法 150

6.3.1 用反馈电路控制频率特性 150

6.3.2 GBW不能用于频率特性的设计 151

6.4 大振幅时转换速率会支配上限频率 152

6.4.1 输出振幅的最大倾斜度受转换速率限制 152

6.4.2 GBW大而转换速率小的OP放大器 153

6.4.3 如果需要高转换速率应使用电流反馈型 154

6.4.4 转换速率与上限频率的关系 154

附录 OP放大器输出电流的增强方法 156

第7章 振荡对策与周围元件的选择方法 163

7.1 难以发现的放大器的致命伤——振荡 163

7.1.1 振荡是致命的缺陷 163

7.1.2 振荡电路与放大器仅毫厘之差 163

7.1.3 认真检查有无振荡 164

7.1.4 放大器的周围存在很多引发振荡的因素 164

7.2 振荡的症状 164

7.2.1 脉冲响应波形混乱或有高频信号叠加 164

7.2.2 直流输出电压变动大至预计以上 165

7.2.3 OP放大器外壳烫得手不能触摸 166

7.2.4 放大器的线性坏到预计以上 166

7.3 稳定性设计 167

7.3.1 考察输入→放大→输出→反馈→输入—圈信号的变化 167

7.3.2 关注相位的移动与变化 167

7.3.3 根据A0（jω）β（jω）可知发生振荡的余裕度 168

7.4 提高稳定性，实现不易振荡的放大器 170

7.4.1 输出端接电容也不振荡的做法 170

7.4.2 输入端接电容也不振荡的做法 173

7.4.3 抗寄生L及C引发的高频振荡的做法 175

7.5 旁路电容的配置与选择方法 178

7.5.1 无旁路电容时的振荡的症状与对策 178

7.5.2 无旁路电容时的振荡机理 180

7.5.3 旁路电容的施加方法 181

7.5.4 接入电路模块的大容量电容器电容值的确定方法 183

7.6 振荡的检查方法 183

7.6.1 使用示波器的简易方法 183

7.6.2 使用谱分析仪严格检查 185

7.6.3 使用网络分析仪定量测量振荡余裕 185

7.6.4 冷却时易发生振荡 186

附录A 环路增益的测量方法 187

附录B OP放大器低温下也能不发生振荡 190

第8章 低失调OP放大器的使用方法及评价法 193

8.1 低失调OP放大器 193

8.1.1 在直流精度很必要之处发挥威力 193

8.1.2 实际器件 193

8.2 使用基础 195

8.2.1 增加失调调整用电阻的副作用 195

8.2.2 输入增加LPF去除OP放大器跟不上的信号 195

8.2.3 使用精度高于±1％的高精度电阻 197

8.2.4 OP放大器输入端周围的布线应尽可能短 197

8.3 在去除失调的同时放大的斩波稳定型 198

8.3.1 低失调中典型的“斩波稳定型” 198

8.3.2 增加输出滤波器去除特有的噪声 199

8.3.3 增加LPF后稳定建立时间的确认 199

8.4 重要的性能及其评价方法 199

8.4.1 确认测试系统的噪声水平 200

8.4.2 输入失调电压及其温度漂移特性 201

8.4.3 输入换算噪声电压 202

8.4.4 输入偏置电流 208

8.4.5 振荡余裕 210

第9章 低噪声OP放大器的使用方法及评价法 213

9.1 各种低噪声OP放大器 213

9.2 基本使用方法 215

9.2.1 用于反相放大器的场合 215

9.2.2 用于同相放大器的场合 217

9.2.3 用于差动放大器的场合 217

9.3 能正确测量低频噪声的锁定放大器 217

9.4 输入换算噪声电压密度的评价与分析 220

9.4.1 评价电路 220

9.4.2 测量结果与分析 221

9.5 输入换算噪声电流密度的评价与分析 223

9.5.1 评价电路 223

9.5.2 测量结果与分析 224

第10章 差动放大器的使用方法及评价法 227

10.1 差动放大器的功能与特性 228

10.1.1 关键是“能只抑制共模信号吗” 228

10.2 仪器放大器抗共模噪声强 231

10.2.1 所有的电子电路都工作在噪声的海洋上 231

10.2.2 共模噪声因引线阻抗的少许不平衡而突然变为恶性噪声 232

10.2.3 仪器放大器 233

10.3 高频区改善CMRR的方法 234

10.3.1 CMRR在高频区的劣化 234

10.3.2 增加共模去除滤波器 235

10.3.3 输入线缆的电容使CMRR恶化 236

10.3.4 使用浮动电源后CMRR立即上升 238

10.4 实际的差动放大器和仪器放大器 238

10.5 应评价的特性及评价结果分析 246

10.5.1 差动增益的频率特性 246

10.5.2 输出换算CMRR 248

10.5.3 输出换算PSRR 250

第11章 隔离器件的使用方法及评价法 255

11.1 任何两点间都要能安全测量 255

11.1.1 测试仪器坏了？触电了？ 255

11.1.2 用隔离器件绝缘 256

11.2 隔离放大器的使用方法及评价法 256

11.2.1 使用方法 258

11.2.2 简单模块型 260

11.2.3 低噪声、宽带宽型 262

11.2.4 应评价的特性及结果分析 265

11.3 数字隔离器的使用方法及评价法 270

11.3.1 数字地与模拟地在哪里连接才好 270

11.3.2 使数字和模拟电流流动顺畅 272

11.3.3 实际数字隔离器及其使用方法 272

11.3.4 应评价的特性及结果分析 273

第12章 高速OP放大器的使用方法及评价法 279

12.1 电流反馈型OP放大器攻略 279

12.1.1 放大高速信号应选用电流反馈型 279

12.1.2 电压反馈型提高增益时带宽会变窄 280

12.1.3 电流反馈型增益即使提高带宽也不变 281

12.1.4 对大敌“振荡”的对策 283

12.1.5 无旁路电容时高次谐波失真即会增大 284

12.2 OP放大器输入部分存在的寄生电容的补偿 285

12.2.1 寄生电容的真面目 285

12.2.2 两个对策 286

12.2.3 电压跟随器的补偿方法 287

12.3 负载电容引发振荡的对策 288

12.3.1 接输出电阻 288

12.3.2 用增益1倍下不能使用的OP放大器制作稳定工作的电压跟随器的方法 291

12.4 增益和相位的频率特性的测试方法 292

12.4.1 评价方法 292

12.4.2 结果与分析 292

12.5 失真的评价 297

12.5.1 非高次谐波失真而是用交叉调制失真评价 297

12.5.2 交叉调制失真评价法及分析 301

参考文献 307