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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ADC139

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ADC140

3．3．6驱动带有缓冲输入的ADC141

3．3．7驱动带有缓冲的差分输入型ADC142

3．3．8驱动开关电容输入型CMOSADC143

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ADC146

3．3．12利用差分放大器驱动ADC148

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Q223

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CMR450

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/RFI552

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PCB553

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OP97610

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