书籍详情
电子元器件应用技术（基于OP放大器与晶体管的放大电路设计）
作者：（日）黑田彻 著，何中庸 译；何中庸译
出版社：科学出版社
出版时间：2006-01-01
ISBN：9787030165299
定价：¥28.00
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内容简介
本书是“图解实用电子技术丛书”之一，本书详细介绍了运算放大器的内部特性与工作原理，由浅入深、循序渐进。全书共分八章：第1章介绍利用晶体管制作简单的运算放大器；第2章则对通用型运算放大器与简单型运算放大器进行了比较；第3章和第4章介绍利用SPICE改善运算放大器的特性以及减少晶体管的失真；第5章和第6章分析三种运算放大器的电路结构与设计技巧；第7章介绍高速宽频带运算放大器；第8章则介绍低功耗、高性能CMOS型运算放大器。. 本书内容难易适中、图文并茂，可供从事运算放大器内部电路设计的读者使用，也可作为电子、信息工程等专业师生与相关专业科研人员的参考用书。...
作者简介
1945年 生于日本兵库县1970年 日本神户大学经济学部（系）毕业1971年 进入日本电音（株）公司技术部工作1972年 辞职现任 黑田电子技术研究所所长
目录
第1章通过亲手制作晶体管电路学习运算放大器1
1.1运算放大器的概述1
1.1.1 运算放大器具备的五个基本端子1
1.1.2两个输入端子与一个输出端子1
1.1.3运算放大器的放大倍数——差动电压增益AVD2
1.1.4运算放大器的电源电压2
1.1.5理想运算放大器2
1.2五晶体管运算放大器的实验3
1.2.1运算放大器的内含——由晶体管组成的放大电路3
1.2.2制作五晶体管运算放大器4
1.2.3五晶体管运算放大器的电路制作5
1.2.4作为正向放大器的实验8
1.2.5电压跟随器电路的实验11
1.2.6反向放大器的实验12
1.3运算放大器的交流(AC)特性13
1.3.1最大输出电压振幅相对频率的特性13
1.3.2转换速率(Slew Rate) 13
1.3.3其他的交流特性14
1.4运算放大器的直流(DC)特性15
1.4.1输入偏置电流IB与失调 (Offset) 电流IIO15
1.4.2输入失调电压VIO15
1.4.3最大输出电压相对负载电阻的特性16
1.4.4共模输入电压范围17
1.5运算放大器以负反馈使用时的稳定性17
1.5.1放大器与振荡器本质相同17
1.5.2增益用复数表示18
1.5.3表示频率特性的伯德图19
1.5.4开环增益的伯德图20
1.5.5伯德的稳定辨别法20
【专栏】与模拟IC设计有关的参考文献介绍22
第2章通用运算放大器IC 4558的分析25
2.1 4558的基本电路分析25
2.1.1原型名为RC4558 25
2.1.2电流镜像(Current Mirror)电路的基本原理26
2.1.3插入发射极电阻的电流镜像电路27
2.1.4 RC4558内部的电流镜像电路28
2.1.5把电流镜像当成负载的差动放大电路29
【专栏】插入发射极电阻的电流镜像的分析30
2.1.6达林顿连接电路32
2.1.7互补发射极跟随器(Complementary Emitter Follower) 33
2.1.8输出级的工作等级35
2.1.9输出级偏压的温度补偿36
2.2 4558的等效电路与电气特性36
2.2.1晶体管的小信号等效电路37
2.2.2局部的h参数从略的小信号等效电路37
2.2.3电流镜像负载差动放大电路的小信号等效电路38
2.2.4发射极跟随器的小信号等效电路39
2.2.5 RC4558的开环增益相对于频率的特性39
2.2.6转换速率与相位补偿电容的关系42
2.2.7转换速率与增益带宽的关系44
2.2.8
4558的噪声-失真率特性44
2.2.9
4558的DC特性44
第3章用电路模拟器制作的正规运算放大器49
3.1使用SPICE模拟分析模拟电路49
3.1.1为何要使用电路模拟器49
3.1.2什么是SPICE49
3.1.3 SPICE的电路文件(File)51
3.1.4仍须模型参数(Model Parameter)51
3.1.5借助SPICE的模拟种类52
3.1.6五晶体管运算放大器的模拟53
3.2改进五晶体管运算放大器58
3.2.1为增加最大输出电流的改进58
3.2.2为增加开环增益的改进60
3.2.3输入失调电压最小化63
3.2.4输入失调电压增加的原因64
3.2.5削减输入失调电压的简单方法66
3.2.6利用电流镜像电路与达林顿电路削减输入失调电压67
3.2.7挑选初级差动晶体管的重要性69
3.2.8饱和防止电路70
3.2.9十晶体管正向放大器的频率特性74
3.2.10电源电压抑制比(Supply Voltage Rejection Ratio)的分析78
3.2.11十晶体管运算放大器的转换速率80
附录A供理解SPICE模型的晶体管的等效电路81
A.1对I -V 特性的计算有帮助的Ebers-Moll模型81
A.2活性领域82
A.3反接领域(又叫逆向活性状态)83
A.4饱和领域(又叫饱和状态)84
A.5有助于频率特性计算的Hybrid π 型模式84
A.6基极-有效基极间电导gx85
A.7互导gm85
A.8有效基极-发射极间电导gπ85
A.9 Early电压85
A.10结电容87
A.11转移时间与扩散电容87
A.12fT与τF的关系89
【专栏】测试正向转移时间τF92
附录B频率特性的改善和对基极接地电路的复习93
B.1基极接地电路的特征93
B.2基极接地电路的输出静特性94
B.3基极接地电路的小信号等效电路94
B.4基极接地电路的输入电阻95
B.5基极接地电路的输出电阻rob96
B.6基极接地放大电路的电压增益96
B.7基极接地放大电路的高频带频率特性97
B.8被电流源驱动的基极接地电路97
第4章基于晶体管优于IC的运算放大器设计99
4.1为何必须用单个半导体放大器99
4.1.1运算放大器集成电路固有的弱点99
4.1.2基于单个半导体——晶体管的
运算放大器电路100
4.2基于晶体管的运算放大器电路概述100
4.2.1所要设计的运算放大器电路的架构101
4.2.2采用Folded Cascode电路101
4.3设计初级FET差动电路须知103
4.3.1结型FET的基本特性103
4.3.2 Cascode电路的电压增益与频率特性105
4.3.3初级FET的选择106
4.3.4第二级晶体管Tr1、Tr2与输出级Tr5、Tr6107
4.4应对基本电路充实内容108
4.4.1初级应做成Cascode Bootstrap108
4.4.2计算第二级输出电压的失真率112
4.4.3利用Cob消除电路促使失真率锐减115
4.4.4第二级的实际电路设计116
4.4.5抵消输出级晶体管的Cob117
4.4.6 A级互补的Cob抵消电路119
4.5模拟、制作及实验119
4.5.1求相位补偿电容的最合适值119
4.5.2确认转换速率124
4.5.3制作所使用的零件127
4.5.4印制电路基板127
4.5.5电气特性的测试129
附录C对由Cob的电压依存性导致的失真进行分析计算132
第5章通用运算放大器IC的分析137
5.1 Bi-FET型运算放大器TL07x系列的分析138
5.1.1 Bi-FET制造过程(Process)138
5.1.2两种电流镜像(Current Mirror)139
5.1.3 RC4558的初级电流镜像(图(a))139
5.1.4 TL07x的初级电流镜像(图(b))141
5.1.5 TL07x与TL08x的噪声特性141
5.2 Bi-FET型运算放大器LF353的分析143
5.2.1 Widler型电流镜像与Wilson型电流镜像143
5.2.2 LF353的初级共源极电流146
5.2.3转换速率的计算146
5.2.4输出电流的限制电路146
5.2.5输出阻抗相对频率的特性147
5.2.6防止Q5饱和的电路148
5.2.7失真率特性与频率特性148
5.3 Bipolar 运算放大器NE5532的分析150
5.3.1输入端子间二极管的任务150
5.3.2电流镜像与饱和防止电路151
5.3.3橫向(Lateral)PNP晶体管152
5.3.4前馈(Feed-forward)相位补偿153
5.3.5非对称AB级工作的输出级155
第6章高精度、低噪声运算放大器IC的分析157
6.1高精度运算放大器的构成与OP07157
6.1.1高精度运算放大器157
6.1.2输入偏置电流抵消电路158
6.1.3减小输入失调电压的窍门160
6.1.4 OP07的AC特性与噪声特性160
6.1.5高精度运算放大器使用于DC伺服电路161
6.2低噪声运算放大器与噪声分析的基础163
6.2.1噪声波的大小以乘方平均值表示163
【专栏】总体均值(Ensemble average)163
6.2.2由电阻产生的热噪声164
6.2.3理想双极性晶体管的散粒噪声165
6.2.4理想双极性晶体管的噪声等效电路166
6.2.5差动放大电路的噪声等效电路167
6.2.6运算放大器的噪声等效电路167
6.2.7运算放大器的输入换算噪声电压密度168
6.2.8运算放大器的输入噪声电流密度169
6.2.9信号源电阻的影响169
6.2.10运算放大器的总输入噪声电压密度170
6.2.11反馈率的倒数——噪声增益(Noise gain)172
6.3低噪声运算放大器 AD797的构成172
6.3.1 AD797的开环增益172
6.3.2 AD797的相位补偿电容175
6.3.3输出级的失真消除电路175
第7章高速宽频带运算放大器的分析179
7.1普通的高速宽频带运算放大器179
7.1.1高速宽频带运算放大器有两种类型179
7.1.2形成高速PNP晶体管的VIP Process的LM61系列179
7.1.3 LM6361/6364以局部电流反馈稳定化181
【专栏】有关局部电流反馈182
7.1.4确认开环增益的结果182
7.1.5负载电容大，仍不致振荡的结构183
7.1.6 LM6361系列的其他特性183
7.1.7 LM6361系列上位依赖CB Process的AD847系列184
7.1.8达林顿输出级仍具强而有力的电容负载结构185
7.1.9JFET源极跟随器输入的OPA655(DG与DP小)186
7.2截止频率不变化的电流反馈型运算放大器187
7.2.1普通的运算放大器与电压反馈型运算放大器的缺点187
7.2.2电流反馈型运算放大器的工作原理188
7.2.3转移阻抗(Trans-impedance)的概念190
7.2.4以反向放大器使用时的闭环增益193
7.2.5如何看待电流反馈型运算放大器的输出阻抗194
7.2.6转换速率受限制的原因194
7.2.7容许差动输入电压低，需加注意195
7.2.8宽频带AC-DC变换器上的应用195
7.3 JFET输入高速宽频带运算放大器196
7.3.1基于CB Process的AD845198
7.3.2基于Difet Process的OPA627/637199
7.3.3显示高速性的重要参数——上升时间200
7.3.4 OPA627在宽频带平衡放大器方面的应用201
7.3.5什么是平衡放大器上的共模抑制比202
7.3.6改善CMRR的同相负反馈技术203
第8章CMOS型运算放大器 IC的分析205
8.1 CMOS 运算放大器的出现与高性能化205
8.1.1低功耗化与Rail-to-Rail动作205
8.1.2CMOS Rail-to-Rail 运算放大器 AD8532206
8.1.3低失真的运算放大器 OPA340/350/2340/2350208
8.1.4R-R输入特有的中间摆动失真，需加注意210
8.1.5避免中间摆动失真的方法210
8.1.6CMOS的低噪声运算放大器 LMV751212
8.2更进一步发展的CMOS 运算放大器族群214
8.2.1自行补正输入失调电压的CMOS 运算放大器TLC4501/4502214
8.2.2消除失调电压的结构215
8.2.3使用TLC4501的高精度电压源217
8.2.4在2 V以下工作的CMOS 运算放大器NJU7096218
8.2.5在低电源电压稳定振荡的正弦波振荡器方面的应用219
参考文献223
1.1运算放大器的概述1
1.1.1 运算放大器具备的五个基本端子1
1.1.2两个输入端子与一个输出端子1
1.1.3运算放大器的放大倍数——差动电压增益AVD2
1.1.4运算放大器的电源电压2
1.1.5理想运算放大器2
1.2五晶体管运算放大器的实验3
1.2.1运算放大器的内含——由晶体管组成的放大电路3
1.2.2制作五晶体管运算放大器4
1.2.3五晶体管运算放大器的电路制作5
1.2.4作为正向放大器的实验8
1.2.5电压跟随器电路的实验11
1.2.6反向放大器的实验12
1.3运算放大器的交流(AC)特性13
1.3.1最大输出电压振幅相对频率的特性13
1.3.2转换速率(Slew Rate) 13
1.3.3其他的交流特性14
1.4运算放大器的直流(DC)特性15
1.4.1输入偏置电流IB与失调 (Offset) 电流IIO15
1.4.2输入失调电压VIO15
1.4.3最大输出电压相对负载电阻的特性16
1.4.4共模输入电压范围17
1.5运算放大器以负反馈使用时的稳定性17
1.5.1放大器与振荡器本质相同17
1.5.2增益用复数表示18
1.5.3表示频率特性的伯德图19
1.5.4开环增益的伯德图20
1.5.5伯德的稳定辨别法20
【专栏】与模拟IC设计有关的参考文献介绍22
第2章通用运算放大器IC 4558的分析25
2.1 4558的基本电路分析25
2.1.1原型名为RC4558 25
2.1.2电流镜像(Current Mirror)电路的基本原理26
2.1.3插入发射极电阻的电流镜像电路27
2.1.4 RC4558内部的电流镜像电路28
2.1.5把电流镜像当成负载的差动放大电路29
【专栏】插入发射极电阻的电流镜像的分析30
2.1.6达林顿连接电路32
2.1.7互补发射极跟随器(Complementary Emitter Follower) 33
2.1.8输出级的工作等级35
2.1.9输出级偏压的温度补偿36
2.2 4558的等效电路与电气特性36
2.2.1晶体管的小信号等效电路37
2.2.2局部的h参数从略的小信号等效电路37
2.2.3电流镜像负载差动放大电路的小信号等效电路38
2.2.4发射极跟随器的小信号等效电路39
2.2.5 RC4558的开环增益相对于频率的特性39
2.2.6转换速率与相位补偿电容的关系42
2.2.7转换速率与增益带宽的关系44
2.2.8
4558的噪声-失真率特性44
2.2.9
4558的DC特性44
第3章用电路模拟器制作的正规运算放大器49
3.1使用SPICE模拟分析模拟电路49
3.1.1为何要使用电路模拟器49
3.1.2什么是SPICE49
3.1.3 SPICE的电路文件(File)51
3.1.4仍须模型参数(Model Parameter)51
3.1.5借助SPICE的模拟种类52
3.1.6五晶体管运算放大器的模拟53
3.2改进五晶体管运算放大器58
3.2.1为增加最大输出电流的改进58
3.2.2为增加开环增益的改进60
3.2.3输入失调电压最小化63
3.2.4输入失调电压增加的原因64
3.2.5削减输入失调电压的简单方法66
3.2.6利用电流镜像电路与达林顿电路削减输入失调电压67
3.2.7挑选初级差动晶体管的重要性69
3.2.8饱和防止电路70
3.2.9十晶体管正向放大器的频率特性74
3.2.10电源电压抑制比(Supply Voltage Rejection Ratio)的分析78
3.2.11十晶体管运算放大器的转换速率80
附录A供理解SPICE模型的晶体管的等效电路81
A.1对I -V 特性的计算有帮助的Ebers-Moll模型81
A.2活性领域82
A.3反接领域(又叫逆向活性状态)83
A.4饱和领域(又叫饱和状态)84
A.5有助于频率特性计算的Hybrid π 型模式84
A.6基极-有效基极间电导gx85
A.7互导gm85
A.8有效基极-发射极间电导gπ85
A.9 Early电压85
A.10结电容87
A.11转移时间与扩散电容87
A.12fT与τF的关系89
【专栏】测试正向转移时间τF92
附录B频率特性的改善和对基极接地电路的复习93
B.1基极接地电路的特征93
B.2基极接地电路的输出静特性94
B.3基极接地电路的小信号等效电路94
B.4基极接地电路的输入电阻95
B.5基极接地电路的输出电阻rob96
B.6基极接地放大电路的电压增益96
B.7基极接地放大电路的高频带频率特性97
B.8被电流源驱动的基极接地电路97
第4章基于晶体管优于IC的运算放大器设计99
4.1为何必须用单个半导体放大器99
4.1.1运算放大器集成电路固有的弱点99
4.1.2基于单个半导体——晶体管的
运算放大器电路100
4.2基于晶体管的运算放大器电路概述100
4.2.1所要设计的运算放大器电路的架构101
4.2.2采用Folded Cascode电路101
4.3设计初级FET差动电路须知103
4.3.1结型FET的基本特性103
4.3.2 Cascode电路的电压增益与频率特性105
4.3.3初级FET的选择106
4.3.4第二级晶体管Tr1、Tr2与输出级Tr5、Tr6107
4.4应对基本电路充实内容108
4.4.1初级应做成Cascode Bootstrap108
4.4.2计算第二级输出电压的失真率112
4.4.3利用Cob消除电路促使失真率锐减115
4.4.4第二级的实际电路设计116
4.4.5抵消输出级晶体管的Cob117
4.4.6 A级互补的Cob抵消电路119
4.5模拟、制作及实验119
4.5.1求相位补偿电容的最合适值119
4.5.2确认转换速率124
4.5.3制作所使用的零件127
4.5.4印制电路基板127
4.5.5电气特性的测试129
附录C对由Cob的电压依存性导致的失真进行分析计算132
第5章通用运算放大器IC的分析137
5.1 Bi-FET型运算放大器TL07x系列的分析138
5.1.1 Bi-FET制造过程(Process)138
5.1.2两种电流镜像(Current Mirror)139
5.1.3 RC4558的初级电流镜像(图(a))139
5.1.4 TL07x的初级电流镜像(图(b))141
5.1.5 TL07x与TL08x的噪声特性141
5.2 Bi-FET型运算放大器LF353的分析143
5.2.1 Widler型电流镜像与Wilson型电流镜像143
5.2.2 LF353的初级共源极电流146
5.2.3转换速率的计算146
5.2.4输出电流的限制电路146
5.2.5输出阻抗相对频率的特性147
5.2.6防止Q5饱和的电路148
5.2.7失真率特性与频率特性148
5.3 Bipolar 运算放大器NE5532的分析150
5.3.1输入端子间二极管的任务150
5.3.2电流镜像与饱和防止电路151
5.3.3橫向(Lateral)PNP晶体管152
5.3.4前馈(Feed-forward)相位补偿153
5.3.5非对称AB级工作的输出级155
第6章高精度、低噪声运算放大器IC的分析157
6.1高精度运算放大器的构成与OP07157
6.1.1高精度运算放大器157
6.1.2输入偏置电流抵消电路158
6.1.3减小输入失调电压的窍门160
6.1.4 OP07的AC特性与噪声特性160
6.1.5高精度运算放大器使用于DC伺服电路161
6.2低噪声运算放大器与噪声分析的基础163
6.2.1噪声波的大小以乘方平均值表示163
【专栏】总体均值(Ensemble average)163
6.2.2由电阻产生的热噪声164
6.2.3理想双极性晶体管的散粒噪声165
6.2.4理想双极性晶体管的噪声等效电路166
6.2.5差动放大电路的噪声等效电路167
6.2.6运算放大器的噪声等效电路167
6.2.7运算放大器的输入换算噪声电压密度168
6.2.8运算放大器的输入噪声电流密度169
6.2.9信号源电阻的影响169
6.2.10运算放大器的总输入噪声电压密度170
6.2.11反馈率的倒数——噪声增益(Noise gain)172
6.3低噪声运算放大器 AD797的构成172
6.3.1 AD797的开环增益172
6.3.2 AD797的相位补偿电容175
6.3.3输出级的失真消除电路175
第7章高速宽频带运算放大器的分析179
7.1普通的高速宽频带运算放大器179
7.1.1高速宽频带运算放大器有两种类型179
7.1.2形成高速PNP晶体管的VIP Process的LM61系列179
7.1.3 LM6361/6364以局部电流反馈稳定化181
【专栏】有关局部电流反馈182
7.1.4确认开环增益的结果182
7.1.5负载电容大，仍不致振荡的结构183
7.1.6 LM6361系列的其他特性183
7.1.7 LM6361系列上位依赖CB Process的AD847系列184
7.1.8达林顿输出级仍具强而有力的电容负载结构185
7.1.9JFET源极跟随器输入的OPA655(DG与DP小)186
7.2截止频率不变化的电流反馈型运算放大器187
7.2.1普通的运算放大器与电压反馈型运算放大器的缺点187
7.2.2电流反馈型运算放大器的工作原理188
7.2.3转移阻抗(Trans-impedance)的概念190
7.2.4以反向放大器使用时的闭环增益193
7.2.5如何看待电流反馈型运算放大器的输出阻抗194
7.2.6转换速率受限制的原因194
7.2.7容许差动输入电压低，需加注意195
7.2.8宽频带AC-DC变换器上的应用195
7.3 JFET输入高速宽频带运算放大器196
7.3.1基于CB Process的AD845198
7.3.2基于Difet Process的OPA627/637199
7.3.3显示高速性的重要参数——上升时间200
7.3.4 OPA627在宽频带平衡放大器方面的应用201
7.3.5什么是平衡放大器上的共模抑制比202
7.3.6改善CMRR的同相负反馈技术203
第8章CMOS型运算放大器 IC的分析205
8.1 CMOS 运算放大器的出现与高性能化205
8.1.1低功耗化与Rail-to-Rail动作205
8.1.2CMOS Rail-to-Rail 运算放大器 AD8532206
8.1.3低失真的运算放大器 OPA340/350/2340/2350208
8.1.4R-R输入特有的中间摆动失真，需加注意210
8.1.5避免中间摆动失真的方法210
8.1.6CMOS的低噪声运算放大器 LMV751212
8.2更进一步发展的CMOS 运算放大器族群214
8.2.1自行补正输入失调电压的CMOS 运算放大器TLC4501/4502214
8.2.2消除失调电压的结构215
8.2.3使用TLC4501的高精度电压源217
8.2.4在2 V以下工作的CMOS 运算放大器NJU7096218
8.2.5在低电源电压稳定振荡的正弦波振荡器方面的应用219
参考文献223
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