Операционные усилители для всех

СОДЕРЖАНИЕ......Page 6
Важные замечания......Page 20
Посвящение......Page 22
Сведения об авторах первого издания......Page 23
Предисловие к третьему изданию......Page 24
1.2. Решение......Page 25
1.3. Рождение операционных усилителей......Page 26
1.4. Эра электровакуумных ламп......Page 27
1.6. Эра интегральных микросхем......Page 28
Литература......Page 30
2.2. Физические законы......Page 31
2.3. Правило расчёта делителя напряжения......Page 33
2.4. Правило расчёта делителя тока......Page 34
2.5. Теорема Тевенина......Page 35
2.6. Суперпозиция......Page 37
2.7. Расчёт транзисторной схемы, работающей в ключевом режиме......Page 39
2.8. Транзисторный усилитель......Page 40
3.1. Понятие идеального ОУ......Page 42
3.2. Неинвертирующий усилитель......Page 43
3.3. Инвертирующий усилитель......Page 44
3.4. Сумматор......Page 45
3.5. Дифференциальный усилитель......Page 46
3.6. Схемы со сложными цепями ОС......Page 48
3.7. Видеоусилители......Page 49
3.8. Конденсаторы......Page 50
3.9. Почему идеальные ОУ разрушили бы Вселенную......Page 51
3.10. Заключение......Page 52
4.1. Одно напряжение питания или два?......Page 54
4.2. Анализ схем......Page 56
4.3. Системы уравнений......Page 60
4.3.1. Случай 1. Vout = +mVin + Ь......Page 61
4.3.2. Случай 2. Vout = +mVin - b......Page 65
4.3.3. Случай 3. Vout = -mVin + Ь......Page 67
4.3.4. Случай 4. Vout = -mVin - b......Page 70
4.4. Резюме......Page 72
5.1. Многообразие схем применения ОУ......Page 74
5.4. Неинвертирующий аттенюатор с отрицательным смещением нуля......Page 75
5.6. Инвертирующий аттенюатор с положительным смещением нуля......Page 76
5.8. Заключение......Page 77
6.2. Структурные схемы и математический анализ их работы......Page 78
6.3. Уравнения обратной связи и стабильность......Page 82
6.4. Анализ схем с ОС с помощью диаграмм Боде......Page 83
6.5. Диаграммы Боде и стабильность усилителей с ОС......Page 88
6.6. Уравнения второго порядка и предупреждение выбросов и звона......Page 91
Литература......Page 92
7.1. Введение......Page 93
7.2. Обзор канонических уравнений......Page 94
7.3. Неинвертирующий усилитель на ОУ......Page 96
7.4. Инвертирующий усилитель на ОУ......Page 98
7.5. Дифференциальный усилитель на ОУ......Page 99
8.1. Введение......Page 101
8.2. Встроенная компенсация......Page 102
8.3. Внешняя компенсация, стабильность и характеристики......Page 107
8.4. Компенсация с помощью доминантного полюса......Page 108
8.5. Компенсация путём изменения коэффициента усиления......Page 111
8.6. Компенсация с опережением по фазе......Page 112
8.7. Компенсация влияния паразитных ёмкостей......Page 115
8.8. Компенсация с опережением и задержкой......Page 117
8.9. Сравнение различных методов компенсации......Page 119
8.10. Заключение......Page 120
9.2. Модель ОУ с ОС по току......Page 121
9.3. Уравнения, описывающие стабильность......Page 122
9.4. Неинвертирующий усилитель на ОУ с ОС по току......Page 123
9.5. Инвертирующий усилитель на ОУ с ОС по току......Page 125
9.6. Анализ стабильности......Page 126
9.7. Выбор резистора в цепи ОС......Page 129
9.8. Стабильность и входная ёмкость......Page 131
9.9. Стабильность и ёмкость в цепи ОС......Page 132
9.11. Резюме......Page 133
10.2. Точность......Page 135
10.3. Диапазон рабочих частот......Page 137
10.4. Стабильность......Page 139
10.5. Импеданс......Page 141
10.6. Сравнение уравнений......Page 142
11.2. Что значит полностью дифференциальный ОУ?......Page 144
11.4. Полностью дифференциальный каскад......Page 145
11.5. Преобразование несимметричных сигналов в дифференциальные......Page 146
11.6. Работа с несимметричными входными сигналами......Page 147
11.7. Новые функции......Page 148
11.8. Использование вывода Vocm в качестве входа управления смещением выходов......Page 149
11.9. Инструментальные усилители......Page 150
11.10.2. Двухполюсные фильтры......Page 151
11.10.3. Фильтры с несколькими цепями ОС......Page 153
11.10.4. Биквадратный фильтр......Page 155
12.2.1. Среднеквадратичное и пиковое значения напряжения шумов......Page 156
12.2.2. Уровень собственных шумов......Page 157
12.2.5. Единицы измерения......Page 158
12.3.1. Дробовые шумы......Page 159
12.3.2. Тепловые шумы......Page 161
12.3.4. Импульсные шумы......Page 163
12.4. Цвета шумов......Page 164
12.4.1. Белый шум......Page 165
12.5.1. Частота излома шумовой характеристики и суммарные шумы......Page 166
12.5.2. Частота излома шумовой характеристики......Page 167
12.5.3. Шумовая модель ОУ......Page 168
12.5.4. Шумы в инвертирующем усилителе на ОУ......Page 169
12.5.6. Шумы в дифференциальном усилителе на ОУ......Page 171
12.6. Реальные схемы......Page 172
Литература......Page 176
13.1. Введение......Page 177
13.2. Температурный коэффициент входного тока......Page 180
13.5. Запас устойчивости по коэффициенту усиления......Page 181
13.6. Коэффициент усиления с разомкнутой цепью ОС......Page 182
13.8. Дифференциальный коэффициент усиления при большом сигнале......Page 183
13.11. Полоса частот......Page 184
13.13. Входная ёмкость для синфазных сигналов......Page 185
13.16. Коэффициент влияния напряжения питания......Page 186
13.19. Произведение коэффициента усиления на полосу частот......Page 187
13.23. Входной ток......Page 188
13.25. Спектральная плотность приведённого ко входу шумового тока......Page 189
13.30. Коэффициент подавления пульсаций напряжения питания......Page 190
13.31. Тепловое сопротивление кристалл — окружающая среда......Page 191
13.36. Сопротивление Rnull......Page 193
13.39. Скорость нарастания напряжения......Page 194
13.44. Коэффициент нелинейных искажений......Page 196
13.45. Коэффициент нелинейных искажений плюс шумы......Page 197
13.48. Время установления......Page 199
13.52. Входное синфазное напряжение......Page 200
13.54. Входное дифференциальное напряжение......Page 201
13.59. Напряжение смещения на входе......Page 202
13.60. Спектральная плотность приведённого ко входу напряжения шумов......Page 203
13.62. Выходное напряжение высокого уровня......Page 204
13.64. Максимальный размах выходного напряжения......Page 205
13.68. Выходной импеданс......Page 206
13.69. Трансимпеданс при разомкнутой ОС......Page 207
13.72. Запас устойчивости по фазе......Page 208
13.76. Долговременный дрейф входного напряжения смещения......Page 209
13.77. Температура выводов в течение 10 или 60 с......Page 210
14.1. Введение......Page 211
14.2. Типы датчиков......Page 216
14.3. Выполнение разработки......Page 221
14.4. Обзор спецификаций системы (пример)......Page 222
14.6. Характеристики датчика......Page 223
14.7. Характеристики АЦП......Page 225
14.9. Разработка схемы усилителя......Page 226
14.10. Испытания......Page 232
Литература......Page 233
15.2. Информация о системе......Page 234
15.3. Информация об источниках питания......Page 235
15.4. Информация об источнике входного сигнала......Page 236
15.5. Информация о параметрах и характеристиках АЦП......Page 238
15.7. Архитектурные решения......Page 239
16.2. Системы радиосвязи......Page 243
16.3. Выбор АЦП и ЦАП......Page 247
16.4. Факторы, влияющие на выбор ОУ......Page 251
16.5. Сглаживающие фильтры......Page 253
16.6. Восстанавливающие фильтры для коммуникационных ЦАП......Page 254
16.7. Цепи внешних источников опорного напряжения для АЦП и ЦАП......Page 257
16.8. Высокоскоростные схемы управления аналоговыми сигналами......Page 259
Литература......Page 262
17.1. Введение......Page 263
17.4. ОС по напряжению или по току?......Page 264
17.5. Обзор традиционных ВЧ усилителей......Page 265
17.6. Коэффициенты усиления по напряжению и по мощности......Page 268
17.7. Параметры рассеяния......Page 269
17.7.2. Потери на отражение......Page 270
17.7.3. Прямой коэффициент передачи (S21)......Page 271
17.7.4. Обратный коэффициент передачи......Page 272
17.9. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики......Page 274
17.10. Точка компрессии -1 дБ......Page 275
17.11. Точка пересечения третьего порядка при двухчастотном сигнале......Page 276
17.12. Коэффициент шума......Page 277
17.13. Заключение......Page 279
18.1. Введение......Page 280
18.3.2. Простейший ЦАП на основе цепочки резисторов......Page 281
18.3.3. ЦАП с формированием весовых токов резистивными цепями......Page 282
18.3.4. ЦАП типа R/2R......Page 283
18.3.5. Сигма-дельта ЦАП......Page 285
18.4.2. Расчёт погрешностей по постоянному току......Page 286
18.4.3. Расчёт погрешностей по переменному току......Page 288
18.4.4. Расчёт погрешностей при использовании ЦАП в диапазоне радиочастот......Page 289
18.5.1. Параметры и погрешности ЦАП на постоянном токе......Page 290
18.5.2. Параметры и погрешности ЦАП на переменном токе......Page 294
18.6. Компенсация паразитных ёмкостей ЦАП......Page 297
18.7. Увеличение выходного тока и напряжения буфера......Page 298
18.7.1. Усилитель тока......Page 299
18.7.2. Усилитель напряжения......Page 300
18.7.4. Однополярное питание и напряжение смещения......Page 301
19.1. Что такое генератор синусоидальных сигналов......Page 303
19.2. Условия возбуждения автоколебаний......Page 304
19.3. Сдвиг фаз в генераторах......Page 305
19.4. Коэффициент усиления......Page 306
19.5. Влияние активных элементов (ОУ) на генератор......Page 307
19.6. Анализ схем и работы генераторов......Page 309
19.7.1. Генератор с мостом Вина......Page 311
19.7.2. Генератор на фазосдвигающей цепочке с одним усилителем......Page 317
19.7.3. Генератор на фазосдвигающих цепочках с буферами......Page 319
19.7.4. Генератор Бубба......Page 320
19.7.5. Квадратурный генератор......Page 321
Литература......Page 323
20.1. Введение......Page 324
20.2. Основы фильтров нижних частот......Page 325
20.2.1. ФНЧ Баттерворта......Page 328
20.2.2. ФНЧ Чебышева......Page 329
20.2.3. ФНЧ Бесселя......Page 330
20.2.4. Добротность......Page 332
20.3. Конструирование фильтров нижних частот (ФНЧ)......Page 333
20.3.1. ФНЧ первого порядка......Page 334
20.3.2. ФНЧ второго порядка......Page 336
20.3.3. ФНЧ высокого порядка......Page 340
20.4. Разработка фильтров верхних частот (ФВЧ)......Page 342
20.4.1. ФВЧ первого порядка......Page 343
20.4.2. ФВЧ второго порядка......Page 344
20.4.3. ФВЧ высокого порядка......Page 347
20.5. Конструирование полосовых фильтров......Page 348
20.5.1. Полосовой фильтр второго порядка......Page 349
20.5.2. Полосовой фильтр четвёртого порядка с взаимной расстройкой связанных контуров......Page 352
20.6. Режекторные фильтры......Page 355
20.6.1. Активный фильтр с двойным Т-мостом......Page 356
20.6.2. Активный фильтр Вина — Робинсона......Page 357
20.7. Разработка фазовых фильтров......Page 359
20.7.1. Фазовый фильтр первого порядка......Page 361
20.7.2. Фазовые фильтры второго порядка......Page 362
20.7.3. Фазовые фильтры высокого порядка......Page 363
20.8.1. Цепи смещения......Page 364
20.8.2. Выбор конденсаторов......Page 367
20.8.4. Выбор ОУ......Page 369
20.9. Таблицы коэффициентов фильтров......Page 371
Литература......Page 378
21.2. Выбор АЧХ......Page 379
21.3. ФНЧ......Page 381
21.4. ФВЧ......Page 382
21.5. Узкополосный полосовой фильтр......Page 383
21.6. Широкополосные фильтры......Page 385
21.7. Узкополосный режекторный фильтр......Page 386
21.8. Широкополосный режекторный фильтр......Page 388
21.9. Обзор характеристик фильтров......Page 389
22.3. Высокочастотный ФВЧ......Page 390
22.4. Высокочастотные полосовые фильтры......Page 391
22.4.1. Изменённая схема Дельянна......Page 392
22.4.2. Изменённая схема фильтра Дельянна и многопетлевая схема......Page 394
22.4.3. Результаты лабораторных испытаний......Page 396
22.5. Высокочастотные режекторные фильтры......Page 398
22.5.1. Моделирование......Page 399
22.5.2. Результаты лабораторных испытаний......Page 401
22.5.4. Результаты испытаний фильтра с центральной частотой 100 кГц......Page 402
22.5.5. Результаты испытаний фильтра с центральной частотой 10 кГц......Page 404
22.6. Заключение......Page 406
23.1.2. Опытный образец!......Page 407
23.1.3. Источники шумов......Page 408
23.2.1. Правильный выбор материала......Page 409
23.2.2. Сколько слоев лучше?......Page 410
23.2.3. Расположение слоев в печатной плате......Page 413
23.3.2. Другие правила выполнения заземлений......Page 414
23.3.3. Хороший пример......Page 416
23.3.4. Характерные исключения......Page 417
23.4.1. Резисторы......Page 418
23.4.2. Конденсаторы......Page 419
23.4.3. Индуктивности......Page 420
23.4.4. Пассивные компоненты, создаваемые печатной платой......Page 421
23.5.1. Цифровые схемы — основной враг аналоговых схем......Page 428
23.5.2. Правильный выбор блокировочного конденсатора......Page 429
23.5.3. Развязка питания микросхем......Page 430
23.7. Корпуса......Page 431
23.7.1. Монтаж в отверстия......Page 434
23.8. Резюме......Page 435
Литература......Page 437
24.1. Введение......Page 438
24.2. Динамический диапазон......Page 440
24.3. Отношение сигнал/шум......Page 442
24.4. Диапазон входных синфазных напряжений......Page 443
24.5. Размах выходного напряжения......Page 447
24.6. Блокировка и малый ток потребления......Page 449
24.8. Интерфейс между датчиком и АЦП......Page 450
24.9. Интерфейс между ЦАП и исполнительным механизмом......Page 453
24.10. Сравнение ОУ......Page 457
24.11. Резюме......Page 459
25.2. Работа ОУ при коэффициенте усиления меньше единицы или оговоренного в спецификации значения......Page 461
25.3. Применение ОУ в качестве компаратора......Page 463
25.3.2. Операционный усилитель......Page 465
25.3.3. Неправильное подключение неиспользуемых ОУ......Page 466
25.6. Источник тока......Page 468
25.7. ОУ с ОС по току: замыкание резистора в цепи ОС......Page 469
25.9. Полностью дифференциальный ОУ: неправильное подключение к однополярному источнику сигналов......Page 471
25.10. Полностью дифференциальный ОУ: неверный выбор рабочей точки по постоянному току......Page 472
25.11. Полностью дифференциальный ОУ: неверный выбор синфазного диапазона......Page 474
25.12. Ошибка разработчика номер 1......Page 475
А.2. Инструментальный усилитель......Page 478
А.З. Упрощённый инструментальный усилитель......Page 479
А.4. Т-образная схема в цепи ОС......Page 480
А.5. Инвертирующий интегратор......Page 481
А.6. Инвертирующий интегратор с компенсацией входного тока......Page 482
А.8. Инвертирующий интегратор с механическим сбросом......Page 483
А.9. Инвертирующий интегратор с электронным сбросом......Page 484
А.10. Инвертирующий интегратор с резистивным сбросом......Page 485
А.12. Неинвертирующий интегратор на одном ОУ......Page 486
А.13. Двойной интегратор......Page 487
А.15. Интегратор переменных сигналов......Page 488
А.17. Инвертирующий дифференциатор......Page 489
А.18. Инвертирующий дифференциатор с фильтром шумов......Page 490
А.20. Базовая схема генератора Вина......Page 491
А.21. Генератор с мостом Вина и нелинейной ОС......Page 492
А.22. Генератор с мостом Вина и АРУ......Page 493
А.23. Квадратурный генератор......Page 494
А.24. Классический генератор на фазосдвигающих цепочках......Page 495
А.25. Генератор с фазосдвигающими цепями и буферами......Page 496
А.26. Генератор Бубба......Page 497
А.28. Аттенюаторы......Page 498
А.29. Модель индуктивности......Page 500
А.ЗО. Полосовые и режекторные фильтры на ОУ с Т-образными цепями......Page 502
А.32. Инвертор опорного напряжения......Page 504
А.ЗЗ. Усилитель мощности......Page 505
А.35. Пиковый детектор......Page 506
А.37. Преобразователь переменного напряжения в постоянное......Page 507
А,39. Регулятор тембра......Page 508
А.40. Фильтры для подбора АЧХ......Page 510
Литература......Page 512
Б.1. Введение......Page 513
Б.2. Согласование дифференциального усилителя......Page 515
Б.З. Инвертирующий канал......Page 516
Б.4. Неинвертирующий канал......Page 517
Б.5. Дифференциальное выходное напряжение......Page 518
Б.6.1. Коэффициент усиления 0.5......Page 519
Б.6.2. Коэффициент усиления 1......Page 520
Предметный указатель......Page 521