运放电路环路稳定性设计：原理分析、仿真计算、样机测试

　　本书利用“原理分析、仿真计算、样机测试”三步学习法对运放电路环路进行稳定性设计，使读者能够对已有电路彻底理解，并且通过计算和仿真分析对原有电路进行改进，以便设计出符合实际要求的运放电路，达到实际应用的目的。首先，进行简单运放电路分析，运用反馈控制理论和稳定性判定准则进行时域/频域计算和仿真，当计算结果和仿真结果一致时再进行实际电路测试，使三者有机统一；然后，改变主要元器件参数，使电路工作于振荡或超调状态，此时测试稳定裕度，应该与稳定判据相符合；之后，设计反馈补偿网络使电路重新工作于稳定状态，通过这整个过程帮助读者透彻理解运放电路环路控制分析与设计方法。 本书适合运放电路设计人员使用和参考，同时也可供模拟电路和电力电子相关专业高年级本科生和研究生阅读学习。

　　张东辉，男，毕业于中国科学院电工研究所，能够对电力电子电路和模拟电路进行系统的分析和设计，能够独立的设计线性电源和开关电源，对模拟电路的反馈、信号调理和隔离有深入的研究；精通pspice电路仿真软件，能够熟练使用DXP PROTELL制板软件，能够使用数学分析软件Mathcad2001、Origin、Maple、Mathematica 5对复杂函数进行计算、分析，对复杂的模拟电路进行微分方程的求解以及产品的概率统计。

前言
致谢
第1章运放电路环路稳定性判定准则1
1.1稳定性概述1
1.1.1同相放大电路稳定性测试1
1.1.2增益裕度和相位裕度7
1.1.3增益峰值与超调量11
1.1.4劳斯稳定判据19
1.2环路测试27
1.2.1输入网络ZI与反馈网络ZF27
1.2.2闭环增益与1/β38
1.2.3Aol与1/β闭合速度41
1.2.4双注入法测试环路增益与相位47
1.3运放及RLC模型50
1.3.1运放传递函数模型建立50
1.3.2实际电阻模型53
1.3.3实际电解电容模型56
1.3.4实际电感模型57
1.4运放输出阻抗RO与ROUT58
1.4.1RO与ROUT的定义与推导58
1.4.2根据运放数据手册求解RO62
1.4.3RO负载测量法65
1.4.4RO激励测量法68
第2章运放电路单反馈补偿设计70
2.1容性负载稳定性分析70
2.1.1Aol修正模型频域测试70
2.1.2Aol修正模型时域测试72
2.2隔离电阻补偿75
2.2.1隔离电阻补偿原理75
2.2.2隔离电阻补偿参数计算与频域测试75
2.2.3隔离电阻补偿电路实例测试77
2.3反馈电容补偿80
2.3.1反馈电容补偿原理与参数计算80
2.3.2反馈电容补偿电路仿真测试82
2.3.3反馈电容补偿设计实例86
2.4噪声增益补偿95
2.4.1反相放大电路噪声增益补偿100
2.4.2同相放大电路噪声增益补偿101
2.4.3噪声增益补偿实例测试103
第3章运放电路Riso双反馈补偿设计113
3.1Riso双反馈补偿原理113
3.2OPA177双极型运放双反馈控制115
3.2.1OPA177双极型运放模型测试115
3.2.2OPA177容性负载Riso双反馈测试125
3.3CMOS运放容性负载双反馈控制148
3.3.1OPA734 CMOS运放模型建立149
3.3.2OPA734 CMOS运放电路双反馈测试155
3.3.3OPA734运放电路双反馈频域与时域对比158
第4章运放电路设计实例172
4.1热电偶变送器172
4.1.1热电偶变送器工作原理分析172
4.1.2热电偶变送器双反馈补偿设计173
4.1.3热电偶变送器频域稳定性测试173
4.1.4热电偶变送器时域稳定性测试180
4.1.5供电保护电路分析182
4.2复合放大电路186
4.2.1复合放大电路工作特性186
4.2.2复合放大电路反馈超前补偿设计188
4.2.3第2级运放OA2反馈补偿设计193
4.2.4复合运放设计实例198
4.3运放OPAX192模型建立及性能测试206
4.3.1OPAX192模型建立206
4.3.2OPAX192性能测试211
4.3.3OPAX192精密参考源缓冲电路227
第5章运放电路扩展设计233
5.1单电源供电缓冲电源设计233
5.1.1缓冲电源工作原理分析233
5.1.2缓冲电源开环测试234
5.1.3缓冲电源闭环测试235
5.1.410V/100mA缓冲电源设计239
5.2BJT线性电源设计246
5.2.1BJT线性电源开环频域测试246
5.2.2BJT线性电源瞬态测试246
5.3MOSFET线性电源设计255
5.3.1MOSFET线性电源开环频域测试256
5.3.2MOSFET线性电源瞬态测试257
5.436W线性电源分析264
5.4.1恒压控制264
5.4.2恒压串联控制270
5.4.3恒流控制273
5.4.4恒压与恒流联合控制277
5.4.5常规并联控制277
5.4.6自动并联控制279
5.4.7恒压环路稳定性分析286
5.4.8恒流环路稳定性分析289
5.4.9远程控制292
第6章运放电路稳定性实际测试296
附录重要元器件的PSpice模型313
参考文献328
致谢
作者简介
第1部分初级电子学
第1章引言3
本书目标3
第2章元器件和原理图5
2.1导线5
2.2导线工具6
2.3电池7
2.3.1电池“首次解密”9
2.3.2串联电路和电池座10
2.3.3“第二次解密”：提高LED钥匙扣灯电池寿命12
2.3.4“第三次解密”：将AA电池装进笔形电筒13
2.3.5手电筒制作13
2.4电压、电流、电阻和功率15
2.5电阻17
2.6电容20
2.7电感和线圈22
2.8半导体25
2.8.1二极管和整流器25
2.8.2放大器26
2.8.3双极型晶体管27
2.8.4真空管29
2.9放大器和逻辑门集成电路31
2.10电路图32
参考文献35
第3章组装工艺和简单测试设备36
3.1无焊电路组装工艺36
3.1.1利用双绞线组装电路36
3.1.2自制实验板38
3.2面包板39
3.3焊接工具41
3.4电线或连接器预镀锡43
3.5各种接头焊接实例44
3.6面包板焊接44
3.7矢量和穿孔板46
3.8矢量板焊接——LM386音频放大器47
3.9简单测试设备——电池测试仪49
3.10万用表用作电池测试仪51
3.11元件清单53
参考文献54
第4章光发射器和接收器55
4.1白炽灯55
4.2＃222手电筒灯泡实验56
4.3LED58
4.4LED驱动60
4.5LED输出参数61
4.6LED与白炽灯对比62
4.7LED实验测试62
4.7.1LED实验162
4.7.2LED实验263
4.8光接收器64
4.9光敏二极管实验66
4.10遥控信号接收实验68
参考文献70
第5章二极管、整流器及相关电路71
5.1二极管和整流器工作特性71
5.2电源交流-直流转换电路73
5.3直流分压电路和电压乘法器77
5.4二极管开关和增益控制81
5.5测量电池组直流电阻实验82
5.6二极管增益控制电路83
5.7二极管混合射频电路85
5.8二极管逻辑电路86
5.9变容二极管87
5.10电压调节齐纳二极管87
参考文献89
第6章晶体管、场效应晶体管和真空管90
6.1电流源和电压控制电流源器件90
6.2利用JFET构建恒流“二极管”91
6.3利用双极型晶体管构建电流源93
6.4输入信号变化时集电极电流和电压增益变化值测量95
6.5利用LED建立基准电压97
6.6利用恒流源提供低纹波输出电源99
6.7利用JFET、MOSFET和真空管建立电流源102
6.8利用晶体管放大器和LED构建低功耗夜明灯107
6.9运算放大器快速浏览109
6.10利用JFET和双极型晶体管建立电压控制电阻114
参考文献114
第2部分中级电子学
第7章放大器和反馈117
7.1什么是负反馈系统117
7.2同相增益运算放大器119
7.3反相增益配置121
7.4实验：光敏二极管传感器和自动电平控制放大器123
7.4.1光传感器123
7.4.2音频信号电平控制125
7.5电压控制放大电路127
7.6电压控制共发射极放大器128
7.7利用负反馈稳定和调节自偏置集电极电流129
7.8功率输出级和VBE乘法器电路132
7.9正反馈缺点134
7.10运算放大器选型136
参考文献137
第8章音频信号和电路138
8.1传声器、留声机、线路输入和扬声器信号电平138
8.2用于广播和录音室的平衡或差分模式音频信号140
8.3传声器前置放大器电路143
8.4利用附加晶体管增加增益带宽积和实现低噪声148
8.5利用移动磁体磁性建立高输出唱机盒前置放大器149
8.6用于录制和播放记录的频率响应和相位150
8.7RIAA均衡前置放大器实验151
8.7.1RIAA唱机前置放大器实验1151
8.7.2RIAA唱机前置放大器实验2153
8.7.3RIAA唱机前置放大器实验3：少即是多？156
8.7.4低电压真空管放大器制作158
8.8前置放大器电路供电电源160
8.9音响设备标准失真测试162
参考文献166
第9章振荡器167
9.1振荡器系统简要概述167
9.2张弛振荡器工作原理169
9.3相移振荡器170
9.4自动增益控制无削波正弦波文氏桥振荡器173
9.5通用文氏桥振荡器175
9.6张弛振荡器设计实例176
9.7利用双路比较器、场效应晶体管和触发器建立555定时器179
9.8利用单片74HC14或74AC14建立张弛振荡器181
9.9射频振荡器182
参考文献186
第3部分高级电子学
第10章调幅信号和电路189
10.1AM信号定义189
10.2AM信号类型192
10.3载波抑制调幅信号194
10.4I通道和Q通道197
10.5基本收音机电路199
10.6收听无线电广播实验202
10.6.1TRF收音机204
10.6.2固态再生收音机206
10.6.3再生收音机和TRF收音机对比207
10.6.4信号混合207
10.6.5双联可变电容器208
10.6.6振荡线圈209
10.6.7中频变压器209
10.7利用MK484/ TA7642芯片的超外差收音机213
10.8共射放大器测试215
参考文献215
第11章调频信号和电路216
11.1调频信号定义216
11.2实验1：采用压控变容二极管建立调频振荡器实验218
11.2.1利用预加重和去加重发射与接收均衡曲线220
11.2.2观察预加重和去加重影响222
11.2.3调频和预加重网络223
11.2.4调频收音机225
11.3利用陶瓷滤波器和谐振器建立FM调谐器231
11.4Silicon Labs公司调频收音机实验235
11.5调频探测器238
参考文献245
第12章视频基础知识——包括视频信号246
12.1通过对比度、亮度、分辨率和锐度检查静物照片246
12.2电视画面分辨率和品质250
12.3宽高比253
12.4Kell系数255
12.5宽高比、Kell系数、帧速率和带宽决定扫描行数256
12.6锐度和频率响应259
12.7蝙蝠侠耳朵式图像增强恢复259
12.8彩电基础知识262
参考文献264
第13章视频电路与系统265
13.1视频电路亮度和对比度265
13.2锐度电路269
13.3亮度、对比度和锐度视频处理器271
参考文献282
第14章高等电子数学283
14.1线性方程283
14.2偏置电压285
14.3线性方程在FM立体声系统中的应用288
14.4线性方程在颜色编码中的应用289
14.5多项式291
14.6一阶多项式负反馈系统296
14.7多项式在放大器负反馈失真效果计算中的应用298
14.8本章总结303
参考文献303
第15章基本电路分析技术304
15.1基尔霍夫定律在环路和节点电路方程分析中的局限性304
15.2环路方程305
15.2.1输入零电压源305
15.2.2定义电流和电压方向306
15.2.3使用正电荷电流推导电压分压器公式306
15.2.4使用节点方程求解并联电阻307
15.3戴维南等效电路309
15.3.1通过戴维南等效电路分析实际电路311
15.4交流电路分析313
15.5RC低通和高通滤波器简单瞬态或脉冲响应319
参考文献322
第16章回顾与分析323
16.1文氏桥振荡器RC反馈网络323
16.2唱机前置放大器327
16.3射极跟随电路330
16.4利用发射极输出阻抗决定共射放大器特性335
16.5反相增益视频放大器分析338
16.6以前项目的改进或变化340
16.7利用60W灯泡实现文氏桥振荡器342
16.8谐波失真分析初探344
16.9利用差分增益求解谐波失真346
参考文献348
第17章半导体开关器件349
17.1电路破解349
17.2发明和专利354
17.2.1应用于宽频移相陶瓷滤波振荡器355
17.2.2非变容式电子可调电容器359
17.2.3伺服控制静态偏置AB放大器 364
17.3其他设计实例368
17.3.1振荡器电源频率调制368
17.3.2LC射频匹配网络369
参考文献371
第18章故障排除与思考372
18.1电路组装372
18.2电路完成与测试372
18.3直流偏置条件373
18.4正确选择运算放大器374
18.5高速和大电流逻辑门电路374
18.6去耦电容374
18.7如何消除放大器振荡375
18.8低频振荡375
18.9在电源端注入噪声实现电源去耦378
18.10振荡器失振379
18.11减少外部噪声380
18.12实例分析381
18.13利用AM / FM收音机测试振荡器是否工作381
18.14低压差稳压器382
18.15测试设备回顾382
18.16疑难解答总结383
18.17本书思考383ⅩⅩⅩⅡ