電子元器件應(yīng)用技術(shù):基于OP放大器與晶體管的放大電路設(shè)計

第1章 通過親手制作晶體管電路學習運算放大器

1.1 運算放大器的概述

1.1.1 運算放大器具備的五個基本端子

1.1.2 兩個輸入端子與一個輸出端子

1.1.3 運算放大器的放大倍數(shù)--差動電壓增益Avd

1.1.4 運算放大器的電源電壓

1.1.5 理想運算放大器

1.2 五晶體管運算放大器的實驗

1.2.1 運算放大器的內(nèi)含--由晶體管組成的放大電路

1.2.2 制作五晶體管運算放大器

1.2.3 五晶體管運算放大器的電路制作

1.2.4 作為正向放大器的實驗

1.2.5 電壓跟隨器電路的實驗

1.2.6 反向放大器的實驗

1.3 運算放大器的交流(Ac)特性

1.3.1 最大輸出電壓振幅相對頻率的特性

1.3.2 轉(zhuǎn)換速率(S1ew Rate)

1.3.3 其他的交流特性

1.4 運算放大器的直流(Dc)特性

1.4.1 輸入偏置電流IB與失調(diào)(Offset)電流IIO

1.4.2 輸入失調(diào)電壓VIO

1.4.3 最大輸出電壓相對負載電阻的特性

1.4.4 共模輸入電壓范圍

1.5 運算放大器以負反饋使用時的穩(wěn)定性

1.5.1 放大器與振蕩器本質(zhì)相同

1.5.2 增益用復(fù)數(shù)表示

1.5.3 表示頻率特性的伯德圖

1.5.4 開環(huán)增益的伯德圖

1.5.5 伯德的穩(wěn)定辨別法

【專欄】 與模擬IC設(shè)計有關(guān)的參考文獻介紹

第2章 通用運算放大器IC 4558的分析

2.1 4558的基本電路分析

2.1.1 原型名為RC4558

2.1.2 電流鏡像(Current Miirror)電路的基本原理

2.1.3 插入發(fā)射極電阻的電流鏡像電路

2.1.4 RC4558內(nèi)部的電流鏡像電路

2.1.5 把電流鏡像當成負載的差動放大電路

【專欄】 插入發(fā)射極電阻的電流鏡像的分析

2.1.6 達林頓連接電路

2.1.7 互補發(fā)射極跟隨器(Complernentary Emitter Follower)

2.1.8 輸出級的工作等級

2.1.9 輸出級偏壓的溫度補償

2.2 4558的等效電路與電氣特性

2.2.1 晶體管的小信號等效電路

2.2.2 局部的h參數(shù)從略的小信號等效電路

2.2.3 電流鏡像負載差動放大電路的小信號等效電路

2.2.4 發(fā)射極跟隨器的小信號等效電路

2.2.5 RC4558的開環(huán)增益相對于頻率的特性

2.2.6 轉(zhuǎn)換速率與相位補償電容的關(guān)系

2.2.7 轉(zhuǎn)換速率與增益帶寬的關(guān)系

2.2.8 4558的噪聲一失真率特性

2.2.9 4558的DC特性

第3章 用電路模擬器制作的正規(guī)運算放大器

3.1 使用SPICE模擬分析模擬電路

3.1.1 為何要使用電路模擬器

3.1.2 什么是SPICE

3.1.3 SPICE的電路文件(File)

3.1.4 仍須模型參數(shù)(Model Parameter)

第4章 基于晶體管優(yōu)于IC的運算放大器設(shè)計

第5章 通用運算放大IC的分析

第6章 高精度、低噪音運算放大器IC的分析

第7章 高速寬頻帶運算放大器的分析

第8章 CMOS型運算放大器IC的分析

參考文獻

《電子元器件應(yīng)用技術(shù):基于OP放大器與晶體管的放大電路設(shè)計》內(nèi)容難易適中、圖文并茂，可供從事運算放大器內(nèi)部電路設(shè)計的讀者使用，也可作為電子、信息工程等專業(yè)師生和相關(guān)專業(yè)科研人員的參考用書。

作者:(日本)黑田徹 譯者:何中庸

黑田徹 1945年生于日本兵庫縣，1970年日本神戶大學經(jīng)濟學部(系)畢業(yè)，1971年進入日本電音(株)公司技術(shù)部工作，1972年辭職，現(xiàn)任黑田電子技術(shù)研究所所長。

按照集成運算放大器的參數(shù)來分，集成運算放大器可分為如下幾類。

通用型運算放大器就是以通用為目的而設(shè)計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標能適合于一般性使用。例μA741(單運放)、LM358(雙運放)、LM324(四運放)及以場效應(yīng)管為輸入級的LF356都屬于此種。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運算放大器。

這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，一般rid>1GΩ~1TΩ，IB為幾皮安到幾十皮安。實現(xiàn)這些指標的主要措施是利用場效應(yīng)管高輸入阻抗的特點，用場效應(yīng)管組成運算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級，不僅輸入阻抗高，輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點，但輸入失調(diào)電壓較大。常見的集成器件有LF355、LF347(四運放)及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。

在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中，總是希望運算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運算放大器就是為此而設(shè)計的。當前常用的高精度、低溫漂運算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等。

在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成運算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要高，單位增益帶寬BWG一定要足夠大，像通用型集成運放是不能適合于高速應(yīng)用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。常見的運放有LM318、μA715等，其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。

由于電子電路集成化的最大優(yōu)點是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。常用的運算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作電壓為±2V~±18V，消耗電流為50~250μA。目前有的產(chǎn)品功耗已達μW級，例如ICL7600的供電電源為1.5V，功耗為10mW，可采用單節(jié)電池供電。

運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運算放大器中，輸出電壓的最大值一般僅幾十伏，輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。例如D41集成運放的電源電壓可達±150V，μA791集成運放的輸出電流可達1A。

在儀器儀表得使用過程中都會涉及到量程得問題.為了得到固定電壓得輸出，就必須改變運算放大器得放大倍數(shù).例如:有一運算放大器得放大倍數(shù)為10倍，輸入信號為1mv時，輸出電壓為10mv,當輸入電壓為0.1mv時，輸出就只有1mv，為了得到10mv就必須改變放大倍數(shù)為100。程控運放就是為了解決這一問題而產(chǎn)生的。例如PGA103A，通過控制1,2腳的電平來改變放大的倍數(shù)。

第1章 op放大器應(yīng)用技巧須知1.

1 op放大器的應(yīng)用范圍1

2 op放大器電源電壓2

3 通用op放大器6

4 溫度范圍越寬的op放大器其價格越高9

5 一個封裝內(nèi)可含有1個、2個、4個電路10

6 單路op放大器的補償電壓較小11

7 當驅(qū)動負載時使用容性負載強的op放大器13

8 輸出電流為數(shù)十毫安以上的op放大器16

9 當輸入可能過大時輸入保護電路是必要的17

10 op放大器對外輸出時的保護電路20

第2章 單電源/低功率op放大器應(yīng)用技巧23

11 如何使用單電源op放大器23

12 通用op放大器不能在單電源下工作嗎25

13 通用op放大器與單電源op放大器在結(jié)構(gòu)上的差異26

14 共模輸入輸出的op放大器是如何構(gòu)成的28

15 保證輸出電平不跳躍的單電源op放大器29

16 單電源工作中不能完全0v輸出時可采用電平移動30

17 coms型單電源op放大器帶容性負載的能力較弱32

18 設(shè)定工作電流實現(xiàn)低功耗的op放大器33

.19 通過外部連接設(shè)定工作電流的低功耗的op放大器35

20 改善dc特性的低功耗op放大器36

21 高速用途的低功耗op放大器37第3章高精度op放大器的應(yīng)用技巧39

22 低補償電壓op放大器的微調(diào)技術(shù)39

23 使用雙極輸入型的高精度op放大器比較容易些41

24 減小雙極輸入型op放大器的偏置電流的技術(shù)43

25 coms斬波op放大器的低頻噪聲要大45

26 高精度mv級的dc放大器必須具備輸入濾波器48

27 補償調(diào)整范圍狹窄的高精度op放大器50

28 高精度電路應(yīng)縮小調(diào)整范圍52

29 采用更換固定電阻的方法來增大調(diào)整范圍54

30 同相放大器也可應(yīng)用于高精度電路中--op放大器的cmrr要大55

31 高精度op放大器應(yīng)選cmrr大的56

32 op放大電路的模擬接地應(yīng)采用一點接地的方式58

33 不能一點接地時的對策59

34 高精度mv級放大器旁邊不能放置發(fā)熱器件60

35 微弱信號的op放大電路特別要注意電源去耦61

第4章 微小電流op放大器的應(yīng)用技巧65

36 mos fet輸入型是微小電流op放大器的主流65

37 使用微小電流op放大器的技術(shù)66

38 微小電流op放大器實現(xiàn)了fa級信號的放大68

39 微小輸入偏置電流的測定方法70

40 微小電流電路中防止漏電流的技巧71

41 要注意光電傳感器的i-v轉(zhuǎn)換電路容易引起振蕩72

42 i-v轉(zhuǎn)換電路中用相位補償來防止振蕩是必要的74

43 i-v轉(zhuǎn)換電路的輸入保護電路75

44 用低噪聲同軸導(dǎo)線作為i-v轉(zhuǎn)換電路的信號線77

45 i-v轉(zhuǎn)換電路的噪聲電壓的計算方法78

46 在i-v轉(zhuǎn)換電路中反饋電阻rf應(yīng)盡可能的大80

47 使用高精度op放大器的i-v轉(zhuǎn)換電路81

48 對于微小電流電路要注意并消除靜電噪聲83

第5章 低噪聲op放大器的應(yīng)用技巧87..

49 低噪聲電路應(yīng)注意噪聲頻率特性87

50 噪聲電壓的計算重點是決定阻值的參量90

51 通過阻抗中的電阻成分來計算并聯(lián)rc電路的噪聲92

52 用并聯(lián)接法來減小噪聲94

53 在低噪聲電路中低噪聲器件是很有用的96

【專欄】噪聲的res與峰值的關(guān)系98

第6章 高速op放大器的應(yīng)用技巧101

54 高速op放大器的結(jié)構(gòu)101

55 高速電流反饋型op放大器103

56 電流反饋型op放大器的互補阻抗越大則精度越高105

57 高速電路中信號的振幅應(yīng)盡量小107

58 電流反饋型op放大器的注意事項108

59 高速a-d轉(zhuǎn)換器的輸入采用低失真高速op放大器110

【專欄】所謂sfdr(spurious free dynamic range)112

60 高速op放大器帶容性負載能力弱(也有帶容性負載強的op放大器)113

61 高速op放大器裝配時注意寄生電容116

62 每個高速op放大器的電源管腳上附加旁路電容117

第7章 op放大器的穩(wěn)定性及其避免自激振蕩的應(yīng)用技巧119

63 從噪聲增益可知反相與同相電路的穩(wěn)定度是不同的119

64 輸入電容引起op放大器的振蕩121

65 容性負載引起op放大器的振蕩122

66 通過相位補償來消除振蕩123

67 相位裕度的簡單的測量方法126

68 對于相位滯后小的高增益的op放大器應(yīng)采用多級串聯(lián)的方法127

第8章 op放大器放大電路的應(yīng)用技巧131

69 交流輸入高阻抗的緩沖電路應(yīng)注意其輸入電容131

70 單電源為差動放大器供電的方法133

71 擴大差動放大器共模電壓范圍的方法136

72 確保高增益放大器的頻率特性的方法137

73 低噪聲op放大器應(yīng)用于可程控增益的放大電路139

74 要求低噪聲的電荷放大器電路141

75 在大功率mos驅(qū)動器中應(yīng)使用帶容性負載強的op放大器143

76 用單電源op放大器制作加速度傳感器電源的電路(3v/1.25a)145

77 使用低功耗op放大器的高穩(wěn)壓源電路146

78 信號隔離時可使用隔離放大器148

79 使用低功耗op放大器和光耦器件的電流耦合隔離放大器150

第9章 阻抗匹配和濾波電路的應(yīng)用技巧153

80 交流輸入時通過阻抗匹配進行頻率補償是不可缺少的153

81 通過反相放大器構(gòu)成阻抗匹配器155

82 用固定阻抗來設(shè)計高頻匹配器157

83 使用正反饋電路進行動態(tài)高通濾波159

84 多重反饋型帶通濾波器的q值不能太大161

85 當q值較大時，帶通濾波器使用雙重截止型濾波器163

86 可變狀態(tài)型濾波器與雙重截止型濾波器的區(qū)別165

87 噪聲分析中使用1/3通頻帶濾波電路167

88 高次濾波采用模擬lc型是有效的171

89 無需調(diào)整的1/3通頻帶濾波電路172

第10章 非線性op放大器的應(yīng)用技巧177

90 通過齊納二極管限制輸出177

91 在電壓輸出端正確使用限幅器179

92 高速限幅電路使用具有限幅功能的高速op放大器181

93 增大絕對值放大器的動態(tài)范圍的方法184

94 有效地使用單電源op放大器的絕對值放大器186

95 乘法器ic構(gòu)成低成本的rms-dc變換電路188

96 峰值保持電路的必要小技巧191

第11章 實踐應(yīng)用技巧193

97 對于視頻范圍內(nèi)采用視頻專用放大器也是有效的193

98 即使切換視頻信號也可用通用的模擬開關(guān)195

99 對于10mhz以上的模擬開關(guān)用pin二極管是有效的197

100 制作基準電壓時要注意的事項--tl431的自激振蕩198

附錄 本書引用的op放大器的引腳排列圖201

參考文獻...

該參數(shù)表示運算放大器工作在線性區(qū)時，輸入共模電壓范圍與該范圍內(nèi)偏置電流的變化量之比。

該參數(shù)用于衡量運算放大器對作用在兩個輸入端的相同直流信號的抑制能力。

CMRAC用于衡量運算放大器對作用在兩個輸入端的相同交流信號的抑制能力，是差模開環(huán)增益除以共模開環(huán)增益的函數(shù)。

增益帶寬積是一個常量，定義在開環(huán)增益隨頻率變化的特性曲線中以-20dB/十倍頻程滾降的區(qū)域。

該參數(shù)指運算放大器工作在線性區(qū)時流入輸入端的平均電流。

該參數(shù)代表輸入偏置電流在溫度變化時產(chǎn)生的變化量。TCIB通常以pA/°C為單位表示。

該參數(shù)是指流入兩個輸入端的電流之差。

該參數(shù)代表輸入失調(diào)電流在溫度變化時產(chǎn)生的變化量。TCIOS通常以pA/°C為單位表示。

該參數(shù)表示輸入電壓的變化量與相應(yīng)的輸入電流變化量之比，電壓的變化導(dǎo)致電流的變化。在一個輸入端測量時，另一輸入端接固定的共模電壓。

該參數(shù)是指運算放大器工作在線性區(qū)時，輸出端的內(nèi)部等效小信號阻抗。

該參數(shù)是指輸出信號不發(fā)生箝位的條件下能夠達到的最大電壓擺幅的峰峰值，VO一般定義在特定的負載電阻和電源電壓下。

表示器件在給定電源電壓下所消耗的靜態(tài)功率，Pd通常定義在空載情況下。

該參數(shù)用來衡量在電源電壓變化時運算放大器保持其輸出不變的能力，PSRR通常用電源電壓變化時所導(dǎo)致的輸入失調(diào)電壓的變化量表示。

該參數(shù)是指輸出電壓的變化量與發(fā)生這個變化所需時間之比的最大值。SR通常以V/µs為單位表示，有時也分別表示成正向變化和負向變化。

該參數(shù)是在指定電源電壓下器件消耗的靜態(tài)電流，這些參數(shù)通常定義在空載情況下。

該參數(shù)指開環(huán)增益大于1時運算放大器的最大工作頻率。

該參數(shù)表示使輸出電壓為零時需要在輸入端作用的電壓差。

輸入失調(diào)電壓溫漂(TCVOS)

該參數(shù)指溫度變化引起的輸入失調(diào)電壓的變化，通常以µV/°C為單位表示。

CIN表示運算放大器工作在線性區(qū)時任何一個輸入端的等效電容(另一輸入端接地)。

該參數(shù)指運算放大器正常工作(可獲得預(yù)期結(jié)果)時，所允許的輸入電壓的范圍，VIN通常定義在指定的電源電壓下。

對于運算放大器，輸入電壓噪聲可以看作是連接到任意一個輸入端的串聯(lián)噪聲電壓源，eN通常以 nV / 根號Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

對于運算放大器，輸入電流噪聲可以看作是兩個噪聲電流源，連接到每個輸入端和公共端，通常以 pA / 根號Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

理想運算放大器參數(shù):差模放大倍數(shù)、差模輸入電阻、共模抑制比、上限頻率均無窮大;輸入失調(diào)電壓及其溫漂、輸入失調(diào)電流及其溫漂，以及噪聲均為零。