运算放大器应用技术手册PDF电子书下载

第1章 运算放大器基础 1

1．1概述 2

1．1．1理想运放的特性 2

1．1．2标准运放反馈电路 4

1．1．3非理想运放——有限开环增益带来的静态误差 7

1．1．4运放的共模动态范围 10

1．1．5双端供电和单端供电的差别 12

1．1．6器件选型的准则 13

参考文献 14

1．2运放的拓扑 15

1．2．1电流反馈型运算放大器基础 15

1．2．2基于真空管的电流反馈 17

参考文献 19

1．3运放的结构 20

1．3．1单电源运放 20

1．3．2运放的输入级 21

1．3．3输出级 29

1．3．4运放的工艺技术 33

参考文献 34

1．4运放的规格 35

1．4．1输入失调电压 35

1．4．2输入偏置电流 39

1．4．3输入阻抗 41

1．4．4调节运放的噪声增益和信号增益 42

1．4．5开环电压增益及其非线性度 42

1．4．6运放的频率响应 45

1．4．7运放的噪声 51

1．4．8运放的失真 59

1．4．9共模抑制比和电源抑制比 59

参考文献 63

1．5精密运放 63

1．5．1精密运放的直流误差预算分析 64

1．5．2斩波稳零型运放 65

1．5．3斩波稳零型运放的噪声 68

参考文献 68

1．6高速运放 69

1．6．1概述 69

1．6．2电压反馈型运放 70

1．6．3基于互补双极型工艺设计电压反馈型运放 73

1．6．4具有“点播电流”及低功耗和高压摆率特性的新型电压反馈型运放结构 75

1．6．5电流反馈型运放 76

1．6．6运放反馈电容作用 80

1．6．7高速电流-电压转换器以及反相输入电容的影响 82

1．6．8电压反馈型运放与电流反馈型运放的噪声比较 84

1．6．9高速运放的直流特性 85

参考文献 85

第2章 特殊放大器 87

2．1仪表放大器 88

2．1．1运算放大器与仪表放大器的区别 88

2．1．2仪表放大器的定义 88

2．1．3差分放大器（减法器） 89

2．1．4仪表放大器的配置 91

2．1．5仪表放大器的直流误差源 98

2．1．6仪表放大器的噪声源 101

2．1．7仪表放大器桥式放大电路的误差预测分析 102

2．1．8仪表放大器性能一览表 103

2．1．9仪表放大器的过压保护 103

2．1．10仪表放大器应用 104

参考文献 107

2．2程控增益放大器 108

2．2．1PGA的设计问题 110

2．2．2PGA的应用 110

参考文献 116

2．3隔离放大器 116

2．3．1模拟隔离技术 116

2．3．2数字隔离技术 119

参考文献 122

第3章 运算放大器在数据转换系统中的应用 123

3．1概述 124

3．2ADC/DAC的指标 126

3．2．1ADC和DAC的静态传递函数及直流误差 126

3．2．2数据转换器中的量化噪声 129

3．2．3ADC的输入参考噪声 129

3．2．4计算运放的输出噪声并与ADC的输入参考噪声做比较 130

3．2．5量化和测量转换器的动态性能 132

3．2．6信纳比与信噪比及有效位数 132

3．2．7模拟带宽 133

3．2．8谐波失真、最大谐波、总谐波失真及总谐波失真加噪声 134

3．2．9无杂散动态范围 134

3．2．10双频交调失真 135

参考文献 136

3．3驱动ADC输入端 136

3．3．1概述 136

3．3．2与ADC应用相关的运放主要指标 137

3．3．3驱动高分辨率∑-Δ型测量ADC 139

3．3．4用于多通道数据采集系统的运放设计要点 140

3．3．5驱动带有可调输入增益的单电源型数据采集ADC 140

3．3．6驱动带有缓冲输入的ADC 141

3．3．7驱动带有缓冲的差分输入型ADC 142

3．3．8驱动开关电容输入型CMOSADC 143

3．3．9单端ADC的驱动电路 144

3．3．10直流耦合应用中的运放增益设定和电平平移 145

3．3．11驱动差分输入型ADC 146

3．3．12利用差分放大器驱动ADC 148

3．3．13过压保护设计 150

参考文献 151

3．4驱动ADC/DAC的参考输入 151

3．5缓冲DAC的输出 154

3．5．1通用准则 154

3．5．2差分至单端的转换技巧 154

3．5．3单端电流-电压转换器 156

3．5．4差分电流-差分电压的转换 157

3．5．5用于音频DAC的有源低通滤波器 158

参考文献 158

第4章 传感器信号调理 159

4．1概述 160

4．2电桥电路 162

4．2．1电桥电路概述 162

4．2．2放大和线性化电桥的输出 166

4．2．3驱动远程电桥 169

4．2．4系统失调最小化 172

参考文献 174

4．3应变、力、压力和流量的测量 174

4．3．1应变计 174

4．3．2电桥的信号调理电路 178

参考文献 181

4．4高阻抗传感器 181

4．4．1光电二极管前置放大器设计 182

4．4．2前置放大器的失调电压及漂移的分析 188

4．4．3热电电压对输入失调电压的影响 189

4．4．4前置放大器的交流设计、带宽和稳定性 189

4．4．5光电二极管前置放大器的噪声分析 191

4．4．6输入电压噪声 192

4．4．7光电二极管电路的折中 194

4．4．8高速光电二极管I/V转换器的校正设计 194

4．4．9宽带光电二极管I/V转换器中运放的选型 195

4．4．10高速光电二极管前置放大器设计 195

4．4．11高速光电二极管前置放大器的噪声分析 196

4．4．12高阻抗电荷输出传感器 197

4．4．13低噪声电荷放大电路 198

4．4．14为减小偏置电流而降压工作的40dB增益压电传感器放大电路 199

4．4．15水听器 199

4．4．16JFET型运放和双极型运放的性能对比 200

4．4．17pH值探测器的缓冲放大器 200

参考文献 201

4．5温度传感器 201

4．5．1热电偶原理和冷结点补偿 202

4．5．2单片热电偶信号调理器 207

4．5．3电阻温度检测器 208

4．5．4热敏电阻 210

4．5．5半导体温度传感器 212

参考文献 217

第5章 模拟滤波器 219

5．1概述 220

5．2传递函数 221

5．2．1s平面 221

5．2．2F0和Q 223

5．2．3相位响应 227

5．2．4非线性相位效应 229

5．3时域响应 230

5．3．1冲激响应 230

5．3．2阶跃响应 231

5．4标准响应 231

5．4．1巴特沃思滤波器 231

5．4．2切比雪夫滤波器 232

5．4．3贝塞尔滤波器 233

5．4．4等纹波误差线性相位滤波器 233

5．4．5过渡滤波器 233

5．4．6全极点滤波器响应比较 234

5．4．7椭圆滤波器 234

5．4．8切比雪夫阻带最大平坦延迟滤波器 235

5．4．9逆切比雪夫滤波器 235

5．4．10使用原型滤波器响应曲线 236

5．5频率变换 253

5．5．1低通—高通 253

5．5．2低通—带通 254

5．5．3低通—带阻（陷波滤波器） 256

5．5．4低通—全通 258

5．6滤波器实现 258

5．6．1单极点RC滤波电路 259

5．6．2无源LC滤波电路 259

5．6．3积分器滤波电路 261

5．6．4通用阻抗变换器滤波电路 261

5．6．5有源电感滤波电路 261

5．6．6频率相关负电阻滤波电路 262

5．6．7萨伦·基滤波电路 263

5．6．8多反馈滤波电路 265

5．6．9状态变量滤波电路 266

5．6．10四次幂滤波电路 267

5．6．11双放大器带通滤波电路 268

5．6．12双-T陷波电路 268

5．6．13Bainter陷波电路 269

5．6．14Boctor陷波电路 269

5．6．15“1-BP”陷波电路 270

5．6．16一阶全通滤波器 271

5．6．17二阶全通滤波器 271

5．7滤波器设计实践 291

5．7．1无源元件（电阻、电容、电感） 291

5．7．2滤波器有源元件（运放）局限性 294

5．8设计实例 298

5．8．1抗混叠滤波器 298

5．8．2变换过程 303

5．8．3CD重构滤波器 306

5．8．4数字编程状态变量滤波器 308

5．8．560Hz陷波器 311

参考文献 312

第6章 信号放大器 315

6．1音频放大器 316

6．1．1音频前置放大器 316

6．1．2麦克风前置放大器 316

6．1．3RIAA声音前置放大器 323

6．1．4音频线缆电路 336

6．2缓冲放大器及驱动电容负载 375

6．2．1缓冲放大器 375

6．2．2驱动电容负载 378

参考文献 384

6．3视频放大器 384

6．3．1视频信号及其规范 384

6．3．2差分增益与差分相位规格 386

6．3．3图形显示系统的视频格式 387

6．3．4视频应用中的带宽 387

6．3．5视频信号传输 390

6．3．6传输线缆驱动器测试 391

6．3．7视频线缆驱动器 394

6．3．8差分线缆驱动器/接收器 395

6．3．9高速钳位放大器 403

6．3．10高速视频复用 406

6．3．11集成视频复用器与交叉开关 409

6．3．12单电源视频应用 411

参考文献 416

6．4通信放大器 417

6．4．1通信专用指标 417

6．4．2失真指标 417

6．4．3噪声指标 421

6．4．4自动增益控制中的可变增益放大器 427

6．4．5压控放大器 428

6．4．6用于CATV上行数据线缆驱动器的数控可变增益放大器 430

6．4．7xDSL上行数据线缆驱动器 432

参考文献 434

6．5放大器创新应用 434

6．5．1高效线缆驱动器 434

6．5．2简单宽带噪声发生器 435

6．5．3单电源半波与全波整流器 437

6．5．4并联放大器稳定驱动负载 437

6．5．5多电源系统的掉电顺序电路 439

6．5．6基于AD8037钳位放大器的可编程脉冲发生器 440

6．5．7基于AD8037钳位放大器的全波整流器 441

6．5．8基于AD8037钳位放大器的幅度调制器 442

6．5．9基于AD8037钳位放大器的同步插入器 443

6．5．10基于AD8037钳位放大器的分段线性放大器 444

6．5．11基于AD830有源反馈放大器的积分器 445

6．5．12290MHz增益—带宽仪表放大器 446

6．5．13任意步进衰减量的可编程增益放大器 447

6．5．14宽带仪表放大器 448

6．5．15负阻抗缓冲器 449

6．5．16交叉耦合仪表放大器提供更强的CMR 450

参考文献 451

6．6复合放大器 451

6．6．1多运放复合放大器 452

6．6．2升压输出复合放大器 454

6．6．3增益提升型输入复合放大器 457

6．6．4Nostalgia复合运算放大器 465

参考文献 466

第7章 硬件和基本设计技术 467

7．1无源器件 468

7．1．1引言 468

7．1．2电容 468

7．1．3电阻和电位计 472

7．1．4电感 478

7．1．5不要忽视任何事情 481

参考文献 482

7．2PCB设计要点 482

7．2．1导体的电阻 483

7．2．2信号引线上的压降——“开尔文”反馈 484

7．2．3信号回路电流 485

7．2．4杂散电容 496

参考文献 499

7．3运放的电源系统 499

7．3．1线性集成稳压芯片 500

7．3．2关于线性稳压电源的基本知识 500

7．3．3无源器件 502

7．3．4基于可调型稳压芯片的±15V稳压器 502

7．3．5低压差型稳压器的结构 503

7．3．6电荷泵型电压转换器 506

7．3．7非稳压的反相器和倍增器型电荷泵 506

7．3．8输出稳压的电荷泵型电压转换器 507

7．3．9在开关电源后使用线性后稳压器 508

7．3．10电源降噪和滤波 509

7．3．11电容器 509

7．3．12铁氧体磁芯 511

参考文献 515

7．4运放的保护 515

7．4．1电路内过压保护 516

7．4．2钳位二极管的漏电流 517

7．4．3一种灵活的电压跟随保护电路 518

7．4．4运用CMOS型通道保护器实现共模过压保护 519

7．4．5反相放大电路的保护策略 520

7．4．6放大器输出电压的相位翻转 521

7．4．7限制输出相位翻转 522

7．4．8防止仪表放大器过压 524

7．4．9电路外过压保护 526

7．4．10ESD模型和测试 529

参考文献 531

7．5散热设计 532

7．5．1热学基础 533

7．5．2散热片 534

参考文献 537

7．6EMI/RFI设计 537

7．6．1EMI/RFI机理 538

7．6．2EMI噪声源 538

7．6．EMI耦合通道 538

7．6．近场干扰引起的噪声 540

7．6．5无源器件：应对EMI的技术 541

7．6．6屏蔽概念的回顾 542

7．6．7输入级RFI的整流灵敏度 546

7．6．8背景：运放和仪表放大器的RFI整流灵敏度测试 547

7．6．9一个分析方法：BJT的RFI整流 548

7．6．10减小运放和仪表放大器电路的RFI整流 549

7．6．11运放的输入端 549

7．6．12仪表放大器的输入端 550

7．6．13放大器的输出端和EMI/RFI 552

7．6．14PCB的EMI/RFI保护设计 552

7．6．15认真选择逻辑器件 553

7．6．16认真设计PCB 553

7．6．17设计阻抗受控的PCB导线 553

7．6．18微带型PCB传输线 554

7．6．19微带线的重要准则 554

7．6．20对称的带状PCB传输线 555

7．6．21嵌入式走线的优缺点 556

7．6．22传输线的端接准则 556

参考文献 557

7．7仿真、实验板测试和原型板测试 558

7．7．1模拟电路仿真 558

7．7．2宏模型和微模型 559

7．7．3ADSpice中运放的宏模型 559

7．7．4输入和增益/极点级 560

7．7．5频率整形级 561

7．7．6宏模型的输出级 561

7．7．7瞬态响应建模 562

7．7．8噪声模型 563

7．7．9电流反馈型放大器模型 564

7．7．10仿真不能取代实验板实验 565

7．7．11使用仿真工具是明智的选择 565

7．7．12认识模型 566

7．7．13理解PCB的寄生效应 566

7．7．14仿真可以加快设计周期 567

7．7．15SPICE的支持 567

7．7．16模型支持 567

7．7．17实验板和原型板测试技术 568

7．7．18死虫原型板 568

7．7．19焊接型原型板 569

7．7．20碾磨PCB型原型板 570

7．7．21插座的注意事项 571

7．7．22原型板的其他要点 572

7．7．23评估板 572

7．7．24通用的运放评估板 572

7．7．25专用的运放评估板 572

7．7．26总结 573

参考文献 573

第8章 运算放大器的发展历史 575

8．1概述 577

8．1．1为运算放大器搭建平台 577

8．1．2Black的反馈放大器 577

参考文献 579

8．2真空管运算放大器 580

8．2．1差分放大器技术的发展 580

8．2．2运算放大器和模拟计算的发展 583

8．2．3运算放大器命名 585

8．2．4真空管运算放大器的发展 586

参考文献 591

8．3固态模块和混合运算放大器 594

8．3．1晶体管的诞生 594

8．3．2集成电路的诞生 595

8．3．3平面工艺 595

8．3．4固态模块和混合运算放大器设计 696

参考文献 603

8．4集成电路运算放大器 605

8．4．1单片集成电路运算放大器的诞生 605

8．4．2超集成电路运算放大器——从LM108到OP97 610

8．4．3精密型双极性集成电路运算放大器——从μA725到OP07系列 613

8．4．4精密型JFET集成电路运算放大器——从AD503到AD820/AD822/AD824/AD823系列 617

参考文献 622

索引 627

ADI公司器件索引 677

标准器件索引 681