运算放大器权威指南(第5版) (美)布鲁斯·卡特,(美)罗恩·曼西尼 著 孙宗晓 译 人民邮电出版社

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　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 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　重要的参数　259

21.2.6　环境下运放参数的终注记　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

23.3　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　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