Книга написана группой сотрудников компании Texas Instruments Incorporated - одного из ведущих мировых изготовителей операционных усилителей (ОУ). Изложенный материал включает как основы электротехники и вводные понятия об ОУ, так и рассмотрение различных областей применения ОУ, начиная от элементарных схем инвертирующих и неинвертирующих усилителей и сумматоров и до разнообразных генераторов, активных фильтров (включая простые практические методы их расчётов), интерфейсов для АЦП и ЦАП и пр. В книге используется минимум математики, зато много внимания уделено практическим аспектам использования ОУ, включая методы компенсации АЧХ для обеспечения стабильности ОУ, шумы ОУ, особенности применения ОУ в схемах с однополярным питанием и в низковольтных схемах, конструирование печатных плат с ОУ и наиболее распространённые ошибки применения ОУ. Большой интерес представляют главы, в которых рассмотрены ОУ с обратной связью по току, сначала самостоятельно, а затем в сопоставлении с ОУ с ОС по напряжению, а также полностью дифференциальные ОУ. В приложении приведена полезная коллекция схем, иллюстрирующая возможности, реализуемые при использовании ОУ. Книга предназначена для широкого круга специалистов: от студентов, начинающих инженеров и техников в области аналоговой электроники до опытных разработчиков.
Название: Операционные усилители для всех Автор: Брюс Картер и Рон Манчини Издательство: Додэка-ХХI Год: 2011 Страниц: 530 Формат: DJVU Размер: 10,5 МБ ISBN: 978-5-94120-242-3 Качество: Отличное Серия или Выпуск: Схемотехника
Содержание:
Содержание Важные замечания Посвящение Предисловие Сведения об авторах первого издания Предисловие к третьему изданию Глава 1. Место операционных усилителей в мире электроники 1.1. Суть проблемы 1.2. Решение 1.3. Рождение операционных усилителей 1.4. Эра электровакуумных ламп 1.5. Эра транзисторов 1.6. Эра интегральных микросхем Литература Глава 2. Введение в теорию электрических цепей 2.1. Введение 2.2. Физические законы 2.3. Правило расчёта делителя напряжения 2.4. Правило расчёта делителя тока 2.5. Теорема Тевенина 2.6. Суперпозиция 2.7. Расчёт транзисторной схемы, работающей в ключевом режиме 2.8. Транзисторный усилитель Глава 3. Идеальный ОУ и уравнения, описывающие его работу 3.1. Понятие идеального ОУ 3.2. Неинвертирующий усилитель 3.3. Инвертирующий усилитель 3.4. Сумматор 3.5. Дифференциальный усилитель 3.6. Схемы со сложными цепями ОС 3.7. Видеоусилители 3.8. Конденсаторы 3.9. Почему идеальные ОУ разрушили бы Вселенную 3.10. Заключение Глава 4. Конструирование схем на ОУ с однополярным питанием 4.1. Одно напряжение питания или два? 4.2. Анализ схем 4.3. Системы уравнений 4.3.1. Случай 1. VOUT = +mVIN + b 4.3.2. Случай 2. VOUT = +mVIN - b 4.3.3. Случай 3. VOUT = -mVIN + b 4.3.4. Случай 4. VOUT = -mVIN - b 4.4. Резюме Глава 5. Простейшие схемы на ОУ 5.1. Многообразие схем применения ОУ 5.2. Неинвертирующий аттенюатор без смещения нуля 5.3. Неинвертирующий аттенюатор с положительным смещением нуля 5.4. Неинвертирующий аттенюатор с отрицательным смещением нуля 5.5. Инвертирующий аттенюатор без смещения нуля 5.6. Инвертирующий аттенюатор с положительным смещением нуля 5.7. Инвертирующий аттенюатор с отрицательным смещением нуля 5.8. Заключение Глава 6. Теория обратной связи и обеспечение стабильности 6.1. Зачем изучать теорию обратной связи? 6.2. Структурные схемы и математический анализ их работы 6.3. Уравнения обратной связи и стабильность 6.4. Анализ схем с ОС с помощью диаграмм Боде 6.5. Диаграммы Боде и стабильность усилителей с ОС 6.6. Уравнения второго порядка и предупреждение выбросов и звона Литература Глава 7. Неидеальные ОУ и как с ними обращаться 7.1. Введение 7.2. Обзор канонических уравнений 7.3. Неинвертирующий усилитель на ОУ 7.4. Инвертирующий усилитель на ОУ 7.5. Дифференциальный усилитель на ОУ Глава 8. Методы компенсации ОУ с ос по напряжению 8.1. Введение 8.2. Встроенная компенсация 8.3. Внешняя компенсация, стабильность и характеристики 8.4. Компенсация с помощью доминантного полюса 8.5. Компенсация путём изменения коэффициента усиления 8.6. Компенсация с опережением по фазе 8.7. Компенсация влияния паразитных ёмкостей 8.8. Компенсация с опережением и задержкой 8.9. Сравнение различных методов компенсации 8.10. Заключение Глава 9. Применение ОУ с ос по току 9.1. Введение 9.2. Модель ОУ с ОС по току 9.3. Уравнения, описывающие стабильность 9.4. Неинвертирующий усилитель на ОУ с ОС по току 9.5. Инвертирующий усилитель на ОУ с ОС по току 9.6. Анализ стабильности 9.7. Выбор резистора в цепи ОС 9.8. Стабильность и входная ёмкость 9.9. Стабильность и ёмкость в цепи ОС 9.19. Компенсация влияния CF и CG 9.11. Резюме Глава 10. Сравнение ОУ с ос по напряжению и по току 10.1. Введение 10.2. Точность 10.3. Диапазон рабочих частот 10.4. Стабильность 10.5. Импеданс 10.6. Сравнение уравнений Глава 11. Полностью дифференциальные ОУ 11.1. Введение 11.2. Что значит полностью дифференциальный ОУ? 11.3. Как используется второй выход? 11.4. Полностью дифференциальный каскад 11.5. Преобразование несимметричных сигналов в дифференциальные 11.6. Работа с несимметричными входными сигналами 11.7. Новые функции 11.8. Использование вывода VOCM в качестве входа управления смещением выходов 11.9. Инструментальные усилители 11.10. Схемы фильтров 11.10.1. Однополюсный фильтр 11.10.2. Двухполюсные фильтры 11.10.3. Фильтры с несколькими цепями ОС 11.10.4. Биквадратный фильтр Глава 12. Шумы в ОУ. Теория и практика 12.1. Введение 12.2. Определения 12.2.1. Среднеквадратичное и пиковое значения напряжения шумов 12.2.2. Уровень собственных шумов 12.2.3. Отношение сигнал/шум 12.2.4. Суммирование шумов от различных источников 12.2.5. Единицы измерения 12.3. Типы шумов 12.3.1. Дробовые шумы 12.3.2. Тепловые шумы 12.3.3. Фликкер-шум 12.3.4. Импульсные шумы 12.3.5. Шумы лавинного пробоя 12.4. Цвета шумов 12.4.1. Белый шум 12.4.2. Розовый шум 12.4.3. Красный и коричневый шумы 12.5. Шумы операционных усилителей 12.5.1. Частота излома шумовой характеристики и суммарные шумы 12.5.2. Частота излома шумовой характеристики 12.5.3. Шумовая модель ОУ 12.5.4. Шумы в инвертирующем усилителе на ОУ 12.5.5. Шумы в неинвертирующем усилителе на ОУ 12.5.6. Шумы в дифференциальном усилителе на ОУ 12.5.7. Резюме 12.6. Реальные схемы Литература Глава 13. Параметры ОУ 13.1. Введение 13.2. Температурный коэффициент входного тока 13.3. Температурный коэффициент напряжения смещения 13.4. Погрешность дифференциального коэффициента усиления 13.5. Запас устойчивости по коэффициенту усиления 13.6. Коэффициент усиления с разомкнутой цепью ОС 13.7. Коэффициент усиления при большом сигнале 13.8. Дифференциальный коэффициент усиления при большом сигнале 13.9. Частота единичного усиления 13.10. Ширина полосы пропускания по заданному уровню 13.11. Полоса частот 13.12. Входная ёмкость 13.13. Входная ёмкость для синфазных сигналов 13.14. Дифференциальная входная ёмкость 13.15. Ёмкость нагрузки 13.16. Коэффициент влияния напряжения питания 13.17. Коэффициент ослабления синфазного сигнала 13.18. Частота 13.19. Произведение коэффициента усиления на полосу частот 13.20. Ток потребления в режиме блокировки 13.21. Ток потребления 13.22. Диапазон входных токов 13.23. Входной ток 13.24. Разность входных токов 13.25. Спектральная плотность приведённого ко входу шумового тока 13.26. Выходной ток 13.27. Выходной ток низкого уровня 13.28. Выходной ток короткого замыкания 13.29. Рассеиваемая мощность 13.30. Коэффициент подавления пульсаций напряжения питания 13.31. Тепловое сопротивление кристалл - окружающая среда 13.32. Тепловое сопротивление кристалл - корпус 13.33. Входное сопротивление 13.34. Дифференциальное входное сопротивление 13.35. Сопротивление нагрузки 13.36. Сопротивление Rnull 13.37. Выходное сопротивление 13.38. Сопротивление источника сигналов 13.39. Скорость нарастания напряжения 13.40. Рабочая температура 13.41. Время выключения (переход в режим блокировки) 13.42. Время включения (выход из режима блокировки) 13.43. Время спада 13.44. Коэффициент нелинейных искажений 13.45. Коэффициент нелинейных искажений плюс шумы 13.46. Максимально допустимая температура кристалла 13.47. Время нарастания 13.48. Время установления 13.49. Температура хранения 13.50. Напряжение питания 13.51. Диапазон входных напряжений 13.52. Входное синфазное напряжение 13.53. Диапазон входных синфазных напряжений 13.54. Входное дифференциальное напряжение 13.55. Диапазон входных дифференциальных напряжений 13.56. Напряжение включения (при выходе из режима блокировки) 13.57. Напряжение выключения (при переходе в режим блокировки) 13.58. Входное напряжение 13.59. Напряжение смещения на входе 13.60. Спектральная плотность приведённого ко входу напряжения шумов 13.61. Напряжение шумов в полосе частот 13.62. Выходное напряжение высокого уровня 13.63. Выходное напряжение низкого уровня 13.64. Максимальный размах выходного напряжения 13.65. Размах выходного напряжения 13.66. Размах напряжения прямоугольных импульсов 13.67. Перекрёстные искажения 13.68. Выходной импеданс 13.69. Трансимпеданс при разомкнутой ОС 13.70. Ширина полосы при неравномерности АЧХ 0.1 дБ 13.71. Дифференциальная фазовая погрешность 13.72. Запас устойчивости по фазе 13.73. Температура корпуса в течение 60 с 13.74. Постоянная рассеиваемая мощность 13.75. Продолжительность короткого замыкания выхода 13.76. Долговременный дрейф входного напряжения смещения 13.77. Температура выводов в течение 10 или 60 с Глава 14. Обработка сигналов: датчики и АЦП Глава 15. Использование ОУ в качестве интерфейса к АЦП Глава 16. Обработка сигналов в трактах ПЧ Глава 17. Применение ОУ в ВЧ узлах Глава 18. Использование ОУ совместно с ЦАП Глава 19. Генераторы синусоидальных сигналов Глава 20. Активные фильтры Глава 21. Конструирование фильтров для начинающих Глава 22. Конструирование высокочастотных фильтров Глава 23. Разработка топологий печатных плат Глава 24. Конструирование низковольтных схем с ОУ Глава 25. Наиболее распространённые ошибки при использовании ОУ Приложение А. Коллекция схем применения ОУ с однополярным питанием А.1. Введение А.2. Инструментальный усилитель А.3. Упрощённый инструментальный усилитель А.4. Т-образная схема в цепи ОС А.5. Инвертирующий интегратор А.6. Инвертирующий интегратор с компенсацией входного тока А.7. Инвертирующий интегратор с компенсацией дрейфа А.8. Инвертирующий интегратор с механическим сбросом А.9. Инвертирующий интегратор с электронным сбросом А.10. Инвертирующий интегратор с резистивным сбросом А.11. Неинвертирующий интегратор с инвертирующим буфером А.12. Неинвертирующий интегратор на одном ОУ А.13. Двойной интегратор А.14. Дифференциальный интегратор А.15. Интегратор переменных сигналов А.16. Суммирующий интегратор А.17. Инвертирующий дифференциатор А.18. Инвертирующий дифференциатор с фильтром шумов А.19. Суммирующий дифференциатор А.20. Базовая схема генератора Вина А.21. Генератор с мостом Вина и нелинейной ОС А.22. Генератор с мостом Вина и АРУ А.23. Квадратурный генератор А.24. Классический генератор на фазосдвигающих цепочках А.25. Генератор с фазосдвигающими цепями и буферами А.26. Генератор Бубба А.27. Генераторы треугольных импульсов А.28. Аттенюаторы А.29. Модель индуктивности А.30. Полосовые и режекторные фильтры на ОУ с Т-образными цепями А.31. Генератор постоянного тока А.32. Инвертор опорного напряжения А.33. Усилитель мощности А.34. Схема получения абсолютного значения сигнала А.35. Пиковый детектор А.36. Прецизионный выпрямитель А.37. Преобразователь переменного напряжения в постоянное А.38. Двухполупериодный выпрямитель А.39. Регулятор тембра А.40. Фильтры для подбора АЧХ Литература Приложение Б. Согласование дифференциальных усилителей по входу Б.1. Введение Б.2. Согласование дифференциального усилителя Б.3. Инвертирующий канал Б.4. Неинвертирующий канал Б.5. Дифференциальное выходное напряжение Б.6. Результаты испытаний Б.6.1. Коэффициент усиления 0.5 Б.6.2. Коэффициент усиления 1 Предметный указатель
