運(yùn)算放大器應(yīng)用手冊(cè)

前言

　　做為TI中國(guó)大學(xué)計(jì)劃部的技術(shù)工程師，我經(jīng)常有機(jī)會(huì)到學(xué)校和老師同學(xué)們討論交流。有一次，當(dāng)我和幾位同學(xué)談到TI的DSP時(shí)，有一位同學(xué)很高興地對(duì)我說，他用過很多TI的數(shù)字信號(hào)處理器，并列舉了從C2000，C5000到C6000的多個(gè)型號(hào)，甚至包括最新的DaVinci，看來他對(duì)ARM也很在行。為了看看他對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的理解能力怎么樣，我問他，“你對(duì)模擬器件有什么看法？”不出我的意料，做為一位“固執(zhí)的”DSP愛好者，他開始抨擊模擬，并認(rèn)為模擬將最終消失在我們的生活中，在他看來，C語言，操作系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和各種高速數(shù)字接口才是電子界的最終方向。看他神采奕奕地論述著DSP在他的一個(gè)中頻數(shù)字接收機(jī)中的巨大作用，我覺得有必要把他拉回到現(xiàn)實(shí)世界，于是我問到，“你的DSP是怎么供電的？被DSP處理的數(shù)字信號(hào)又是怎么得到的呢？”這個(gè)聰明的小伙子馬上理解到我的意思：好像電源和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不能缺少吧？　　其實(shí)和這位同學(xué)一樣，我們都生活在一個(gè)數(shù)字信息飛速膨脹的時(shí)代里，從經(jīng)典的密紋唱片到現(xiàn)在的MP3，從堆得滿屋的錄像帶到現(xiàn)在薄薄的DVD，從磁帶存儲(chǔ)到機(jī)械硬盤再到固態(tài)硬盤，仿佛一切都能被數(shù)字壓縮、編碼和傳輸。比如在我們每天都離不開的Internet上，信息是以0，1電平傳遞的并處理的。的確，現(xiàn)在我們用模擬來進(jìn)行計(jì)算和處理的場(chǎng)合越來越少，但我們?nèi)砸吹剑F(xiàn)實(shí)世界還是模擬的，我們?nèi)梭w本身還是模擬的。在數(shù)字技術(shù)飛速發(fā)展的今天，模擬技術(shù)非但沒有萎縮，相反在系統(tǒng)中占據(jù)到越來越關(guān)鍵的位置：比如為了讓電池供電的產(chǎn)品待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)，我們一直在想方設(shè)法提高電源供電的效率并降低系統(tǒng)的功耗；現(xiàn)代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)使接收機(jī)越來越向天線端靠攏，這對(duì)我們的ADC和RF芯片的速度和靈敏度提出了越來越高的要求；而醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中為分析和處理細(xì)胞活動(dòng)所產(chǎn)生的微弱電流信號(hào)，即使現(xiàn)代的超低噪聲的運(yùn)放和超高精度的ADC也顯得力不從心?！　?shù)字技術(shù)在進(jìn)步，模擬技術(shù)也在不斷發(fā)展，如果我們?cè)讦蘓級(jí)電壓信號(hào)的放大中仍然使用諸如μA741這類老舊的運(yùn)放，我們很難獲得想要的結(jié)果；如果我們需要在5V滿量程輸入的信號(hào)中獲得100萬個(gè)讀數(shù)，ADC 0809只能滿足我們?nèi)f分之一的需求；如果我們要從3.3V電壓轉(zhuǎn)換到2.5V，UA7805這類老式的線性穩(wěn)壓器將不能工作。我們需要更新在大學(xué)課堂上學(xué)到的經(jīng)典模擬電路知識(shí)和相關(guān)的模擬器件，緊跟業(yè)界的先進(jìn)技術(shù)，利用一些高性能模擬器件來優(yōu)化我們的設(shè)計(jì)。　　TI，是一家有著75年歷史的世界領(lǐng)先半導(dǎo)體供應(yīng)商，不僅在其著名的DSP領(lǐng)域上擁有超過65%市場(chǎng)占有率的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；在模擬產(chǎn)品領(lǐng)域，TI 也一直占據(jù)出貨量世界第一的位置。在TI模擬技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，TI的眾多優(yōu)秀工程師寫出了一篇又一篇高質(zhì)量的應(yīng)用筆記，記錄了從基本的電路原理到TI芯片具體應(yīng)用的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。為了讓這些應(yīng)用筆記更易于讓中國(guó)學(xué)生和工程師參考，TI中國(guó)大學(xué)計(jì)劃開始整編和翻譯這些應(yīng)用筆記。本叢書計(jì)劃將出版信號(hào)鏈和電源兩個(gè)系列，每個(gè)系列又以基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用案例分為若干本。本書是信號(hào)鏈系列的一本，包括27篇TI信號(hào)鏈之放大器方面的應(yīng)用筆記，它們涵蓋了運(yùn)放的大量基礎(chǔ)知識(shí)，比如運(yùn)放的指標(biāo)和分類，電壓反饋和電流反饋運(yùn)放的異同點(diǎn)，運(yùn)放的負(fù)反饋和穩(wěn)定性等。　　本書能夠順利出版，要感謝電子科技大學(xué)、東南大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、深圳大學(xué)和西安電子科技大學(xué)TI聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的老師和同學(xué)們的辛勤勞動(dòng)，將原文翻譯為中文；感謝深圳大學(xué)的李琰老師和我一起對(duì)中文版的文章進(jìn)行仔細(xì)的校對(duì)和潤(rùn)色；感謝電子工業(yè)出版社的幫助和大力支持。鑒于編者和譯者的水平有限，并加之成稿時(shí)間倉促，書中將難免出現(xiàn)錯(cuò)漏，歡迎廣大讀者與TI中國(guó)大學(xué)計(jì)劃部聯(lián)系，幫助我們完善TI模擬技術(shù)系列叢書！

內(nèi)容概要

本叢書計(jì)劃將出版信號(hào)鏈和電源兩個(gè)系列，每個(gè)系列又以基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用案例分為若干本。本書是信號(hào)鏈系列的一本，包括27篇TI信號(hào)鏈之放大器方面的應(yīng)用筆記，它們涵蓋了運(yùn)放的大量基礎(chǔ)知識(shí)，比如運(yùn)放的指標(biāo)和分類，電壓反饋和電流反饋運(yùn)放的異同點(diǎn)，運(yùn)放的負(fù)反饋和穩(wěn)定性等，并專注于一些基礎(chǔ)理論知識(shí)和通用技術(shù)的介紹和分析。

書籍目錄

放大器基礎(chǔ) 　理解運(yùn)算放大器的規(guī)范 Jim Karki　運(yùn)算放大器電路的最壞情況設(shè)計(jì) Ron Mancini如何選擇放大器 　從眾多的放大器中選擇：讓放大器適合您的應(yīng)用 Ron Mancini　更好地選擇高速運(yùn)算放大器 Bruce Carter放大器中的反饋 　電壓反饋運(yùn)算放大器中的頻率響應(yīng)誤差 Ron Mancini　反饋放大器分析工具 放大器的穩(wěn)定性 　電壓反饋型運(yùn)算放大器的穩(wěn)定性分析及其補(bǔ)償 Ron Mancini　運(yùn)算放大器用作衰減器 Bruce Carter放大器中的噪聲 　運(yùn)算放大器中的噪聲分析 儀表放大器 　儀表放大器與差分放大器的交流耦合 軌到軌放大器 　簡(jiǎn)化高精度電路設(shè)計(jì)的自歸零（Auto-zero）放大器 Thomas Kugelstadt　軌到軌運(yùn)算放大器的應(yīng)用 Andreas Hahn音頻放大器 　音頻電路集(一)：?jiǎn)坞娫垂╇娕c濾波器 Bruce Carter　音頻電路集(二)：陷波器 Bruce Carter　音頻電路集(三)：仿真電感應(yīng)用電路 Bruce Carter　減少D類放大器的輸出濾波器* Mike Score　D類功率放大器的電源去耦以及音頻信號(hào)濾波 高速放大器 　運(yùn)算放大器用作射頻和中頻放大器 　采用高速運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)高性能的RF電路（1） Bruce Carter　采用高速運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)高性能的RF電路（2） Bruce Carter電流反饋放大器 　電壓反饋運(yùn)放和電流反饋運(yùn)放 　電流反饋運(yùn)算放大器應(yīng)用電路 Bruce Carter全差分放大器 　輕松使用全差分運(yùn)算放大器 Bruce Carter　高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中全差分放大器的設(shè)計(jì) James Karki放大器與濾波 　FilterPro：MBF 和Sallen-Key低通濾波設(shè)計(jì)工具 John Bishop, Bruce Trump, R. Mark Stitt　使用電流反饋放大器的有源濾波器 Randy Stephens印制板設(shè)計(jì) 　PCB設(shè)計(jì)：運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的組成部分 Bruce Carter　輕松設(shè)計(jì)高速運(yùn)算放大器的印制電路版 Andy Hahn

章節(jié)摘錄

　　1 簡(jiǎn)介分析工具從某種角度來說和藥物有幾分相似之處，令人厭煩，卻是必不可少。藥物通常味道很糟或者有副作用，而分析工具在能夠被應(yīng)用之前通常需要大量有相當(dāng)難度的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。藥物幫助機(jī)體對(duì)抗病魔，而分析工具則幫助大腦設(shè)計(jì)反饋電路。這里給出的是突出點(diǎn)的概要和總結(jié)，它們足夠詳細(xì)以至于能讓您不借助其他資料知道該往哪個(gè)方向前進(jìn)。當(dāng)然，如果您需要對(duì)這個(gè)領(lǐng)域做深入研究，請(qǐng)查閱相關(guān)參考資料。阿司匹林，一種家用藥物，能應(yīng)對(duì)大部分健康問題；同樣，我們的分析工具能解決大部分電路問題?！　? 方塊圖電子系統(tǒng)和電路通常由方塊圖來表示，方塊圖代表了數(shù)學(xué)公式和變換…，它能夠很簡(jiǎn)潔的描述實(shí)際系統(tǒng)中輸入和輸出的因果關(guān)系，方便地表征元素之間的函數(shù)關(guān)系。我們可以操縱方塊圖而不必理解方塊對(duì)應(yīng)的功能細(xì)節(jié)。為了排除額外負(fù)載的影響，所有方塊的輸入阻抗都假設(shè)為無窮大，同樣的，所有方塊的輸出阻抗都假設(shè)為零，以保證高扇出。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員設(shè)置了實(shí)際阻抗值，但扇出假設(shè)依然有效，因?yàn)槟K設(shè)計(jì)人員遵循系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。所有方塊都是輸入值與內(nèi)部值做乘法操作（見圖1），內(nèi)部數(shù)值可以是常數(shù)，如圖1（c），也可以是包含拉普拉斯變換的復(fù)函數(shù)。方塊可以實(shí)現(xiàn)時(shí)域操作，例如微分和積分。加法和減法操作由特定方塊實(shí)現(xiàn)，稱為合成點(diǎn)。圖2給出了一些合成點(diǎn)的例子。合成點(diǎn)可以有無約束的輸入，可加可減，可以在一個(gè)單獨(dú)的合成點(diǎn)通過混合符號(hào)同時(shí)實(shí)現(xiàn)加法和減法。圖3和圖4分別定義了典型控制系統(tǒng)和典型電子反饋系統(tǒng)的術(shù)語。單環(huán)反饋系統(tǒng)，如圖5所示。一種更簡(jiǎn)單的將多環(huán)反饋系統(tǒng)簡(jiǎn)化成單環(huán)反饋系統(tǒng)的方法是利用圖6給出的變換規(guī)則。

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