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(jì)）

第1章通過(guò)親手制作晶體管電路學(xué)習(xí)運(yùn)算放大器1
1.1運(yùn)算放大器的概述1
1.1.1 運(yùn)算放大器具備的五個(gè)基本端子1
1.1.2兩個(gè)輸入端子與一個(gè)輸出端子1
1.1.3運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)——差動(dòng)電壓增益AVD2
1.1.4運(yùn)算放大器的電源電壓2
1.1.5理想運(yùn)算放大器2
1.2五晶體管運(yùn)算放大器的實(shí)驗(yàn)3
1.2.1運(yùn)算放大器的內(nèi)含——由晶體管組成的放大電路3
1.2.2制作五晶體管運(yùn)算放大器4
1.2.3五晶體管運(yùn)算放大器的電路制作5
1.2.4作為正向放大器的實(shí)驗(yàn)8
1.2.5電壓跟隨器電路的實(shí)驗(yàn)11
1.2.6反向放大器的實(shí)驗(yàn)12
1.3運(yùn)算放大器的交流(AC)特性13
1.3.1最大輸出電壓振幅相對(duì)頻率的特性13
1.3.2轉(zhuǎn)換速率(Slew Rate) 13
1.3.3其他的交流特性14
1.4運(yùn)算放大器的直流(DC)特性15
1.4.1輸入偏置電流IB與失調(diào) (Offset) 電流IIO15
1.4.2輸入失調(diào)電壓VIO15
1.4.3最大輸出電壓相對(duì)負(fù)載電阻的特性16
1.4.4共模輸入電壓范圍17
1.5運(yùn)算放大器以負(fù)反饋使用時(shí)的穩(wěn)定性17
1.5.1放大器與振蕩器本質(zhì)相同17
1.5.2增益用復(fù)數(shù)表示18
1.5.3表示頻率特性的伯德圖19
1.5.4開(kāi)環(huán)增益的伯德圖20
1.5.5伯德的穩(wěn)定辨別法20
【專欄】與模擬IC設(shè)計(jì)有關(guān)的參考文獻(xiàn)介紹22
第2章通用運(yùn)算放大器IC 4558的分析25
2.1 4558的基本電路分析25
2.1.1原型名為RC4558 25
2.1.2電流鏡像(Current Mirror)電路的基本原理26
2.1.3插入發(fā)射極電阻的電流鏡像電路27
2.1.4 RC4558內(nèi)部的電流鏡像電路28
2.1.5把電流鏡像當(dāng)成負(fù)載的差動(dòng)放大電路29
【專欄】插入發(fā)射極電阻的電流鏡像的分析30
2.1.6達(dá)林頓連接電路32
2.1.7互補(bǔ)發(fā)射極跟隨器(Complementary Emitter Follower) 33
2.1.8輸出級(jí)的工作等級(jí)35
2.1.9輸出級(jí)偏壓的溫度補(bǔ)償36
2.2 4558的等效電路與電氣特性36
2.2.1晶體管的小信號(hào)等效電路37
2.2.2局部的h參數(shù)從略的小信號(hào)等效電路37
2.2.3電流鏡像負(fù)載差動(dòng)放大電路的小信號(hào)等效電路38
2.2.4發(fā)射極跟隨器的小信號(hào)等效電路39
2.2.5 RC4558的開(kāi)環(huán)增益相對(duì)于頻率的特性39
2.2.6轉(zhuǎn)換速率與相位補(bǔ)償電容的關(guān)系42
2.2.7轉(zhuǎn)換速率與增益帶寬的關(guān)系44
2.2.8
4558的噪聲-失真率特性44
2.2.9
4558的DC特性44
第3章用電路模擬器制作的正規(guī)運(yùn)算放大器49
3.1使用SPICE模擬分析模擬電路49
3.1.1為何要使用電路模擬器49
3.1.2什么是SPICE49
3.1.3 SPICE的電路文件(File)51
3.1.4仍須模型參數(shù)(Model Parameter)51
3.1.5借助SPICE的模擬種類52
3.1.6五晶體管運(yùn)算放大器的模擬53
3.2改進(jìn)五晶體管運(yùn)算放大器58
3.2.1為增加最大輸出電流的改進(jìn)58
3.2.2為增加開(kāi)環(huán)增益的改進(jìn)60
3.2.3輸入失調(diào)電壓最小化63
3.2.4輸入失調(diào)電壓增加的原因64
3.2.5削減輸入失調(diào)電壓的簡(jiǎn)單方法66
3.2.6利用電流鏡像電路與達(dá)林頓電路削減輸入失調(diào)電壓67
3.2.7挑選初級(jí)差動(dòng)晶體管的重要性69
3.2.8飽和防止電路70
3.2.9十晶體管正向放大器的頻率特性74
3.2.10電源電壓抑制比(Supply Voltage Rejection Ratio)的分析78
3.2.11十晶體管運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率80
附錄A供理解SPICE模型的晶體管的等效電路81
A.1對(duì)I -V 特性的計(jì)算有幫助的Ebers-Moll模型81
A.2活性領(lǐng)域82
A.3反接領(lǐng)域(又叫逆向活性狀態(tài))83
A.4飽和領(lǐng)域(又叫飽和狀態(tài))84
A.5有助于頻率特性計(jì)算的Hybrid π 型模式84
A.6基極-有效基極間電導(dǎo)gx85
A.7互導(dǎo)gm85
A.8有效基極-發(fā)射極間電導(dǎo)gπ85
A.9 Early電壓85
A.10結(jié)電容87
A.11轉(zhuǎn)移時(shí)間與擴(kuò)散電容87
A.12fT與τF的關(guān)系89
【專欄】測(cè)試正向轉(zhuǎn)移時(shí)間τF92
附錄B頻率特性的改善和對(duì)基極接地電路的復(fù)習(xí)93
B.1基極接地電路的特征93
B.2基極接地電路的輸出靜特性94
B.3基極接地電路的小信號(hào)等效電路94
B.4基極接地電路的輸入電阻95
B.5基極接地電路的輸出電阻rob96
B.6基極接地放大電路的電壓增益96
B.7基極接地放大電路的高頻帶頻率特性97
B.8被電流源驅(qū)動(dòng)的基極接地電路97
第4章基于晶體管優(yōu)于IC的運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)99
4.1為何必須用單個(gè)半導(dǎo)體放大器99
4.1.1運(yùn)算放大器集成電路固有的弱點(diǎn)99
4.1.2基于單個(gè)半導(dǎo)體——晶體管的
運(yùn)算放大器電路100
4.2基于晶體管的運(yùn)算放大器電路概述100
4.2.1所要設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器電路的架構(gòu)101
4.2.2采用Folded Cascode電路101
4.3設(shè)計(jì)初級(jí)FET差動(dòng)電路須知103
4.3.1結(jié)型FET的基本特性103
4.3.2 Cascode電路的電壓增益與頻率特性105
4.3.3初級(jí)FET的選擇106
4.3.4第二級(jí)晶體管Tr1、Tr2與輸出級(jí)Tr5、Tr6107
4.4應(yīng)對(duì)基本電路充實(shí)內(nèi)容108
4.4.1初級(jí)應(yīng)做成Cascode Bootstrap108
4.4.2計(jì)算第二級(jí)輸出電壓的失真率112
4.4.3利用Cob消除電路促使失真率銳減115
4.4.4第二級(jí)的實(shí)際電路設(shè)計(jì)116
4.4.5抵消輸出級(jí)晶體管的Cob117
4.4.6 A級(jí)互補(bǔ)的Cob抵消電路119
4.5模擬、制作及實(shí)驗(yàn)119
4.5.1求相位補(bǔ)償電容的最合適值119
4.5.2確認(rèn)轉(zhuǎn)換速率124
4.5.3制作所使用的零件127
4.5.4印制電路基板127
4.5.5電氣特性的測(cè)試129
附錄C對(duì)由Cob的電壓依存性導(dǎo)致的失真進(jìn)行分析計(jì)算132
第5章通用運(yùn)算放大器IC的分析137
5.1 Bi-FET型運(yùn)算放大器TL07x系列的分析138
5.1.1 Bi-FET制造過(guò)程(Process)138
5.1.2兩種電流鏡像(Current Mirror)139
5.1.3 RC4558的初級(jí)電流鏡像(圖(a))139
5.1.4 TL07x的初級(jí)電流鏡像(圖(b))141
5.1.5 TL07x與TL08x的噪聲特性141
5.2 Bi-FET型運(yùn)算放大器LF353的分析143
5.2.1 Widler型電流鏡像與Wilson型電流鏡像143
5.2.2 LF353的初級(jí)共源極電流146
5.2.3轉(zhuǎn)換速率的計(jì)算146
5.2.4輸出電流的限制電路146
5.2.5輸出阻抗相對(duì)頻率的特性147
5.2.6防止Q5飽和的電路148
5.2.7失真率特性與頻率特性148
5.3 Bipolar 運(yùn)算放大器NE5532的分析150
5.3.1輸入端子間二極管的任務(wù)150
5.3.2電流鏡像與飽和防止電路151
5.3.3橫向(Lateral)PNP晶體管152
5.3.4前饋(Feed-forward)相位補(bǔ)償153
5.3.5非對(duì)稱AB級(jí)工作的輸出級(jí)155
第6章高精度、低噪聲運(yùn)算放大器IC的分析157
6.1高精度運(yùn)算放大器的構(gòu)成與OP07157
6.1.1高精度運(yùn)算放大器157
6.1.2輸入偏置電流抵消電路158
6.1.3減小輸入失調(diào)電壓的竅門160
6.1.4 OP07的AC特性與噪聲特性160
6.1.5高精度運(yùn)算放大器使用于DC伺服電路161
6.2低噪聲運(yùn)算放大器與噪聲分析的基礎(chǔ)163
6.2.1噪聲波的大小以乘方平均值表示163
【專欄】總體均值(Ensemble average)163
6.2.2由電阻產(chǎn)生的熱噪聲164
6.2.3理想雙極性晶體管的散粒噪聲165
6.2.4理想雙極性晶體管的噪聲等效電路166
6.2.5差動(dòng)放大電路的噪聲等效電路167
6.2.6運(yùn)算放大器的噪聲等效電路167
6.2.7運(yùn)算放大器的輸入換算噪聲電壓密度168
6.2.8運(yùn)算放大器的輸入噪聲電流密度169
6.2.9信號(hào)源電阻的影響169
6.2.10運(yùn)算放大器的總輸入噪聲電壓密度170
6.2.11反饋率的倒數(shù)——噪聲增益(Noise gain)172
6.3低噪聲運(yùn)算放大器 AD797的構(gòu)成172
6.3.1 AD797的開(kāi)環(huán)增益172
6.3.2 AD797的相位補(bǔ)償電容175
6.3.3輸出級(jí)的失真消除電路175
第7章高速寬頻帶運(yùn)算放大器的分析179
7.1普通的高速寬頻帶運(yùn)算放大器179
7.1.1高速寬頻帶運(yùn)算放大器有兩種類型179
7.1.2形成高速PNP晶體管的VIP Process的LM61系列179
7.1.3 LM6361/6364以局部電流反饋穩(wěn)定化181
【專欄】有關(guān)局部電流反饋182
7.1.4確認(rèn)開(kāi)環(huán)增益的結(jié)果182
7.1.5負(fù)載電容大，仍不致振蕩的結(jié)構(gòu)183
7.1.6 LM6361系列的其他特性183
7.1.7 LM6361系列上位依賴CB Process的AD847系列184
7.1.8達(dá)林頓輸出級(jí)仍具強(qiáng)而有力的電容負(fù)載結(jié)構(gòu)185
7.1.9JFET源極跟隨器輸入的OPA655(DG與DP小)186
7.2截止頻率不變化的電流反饋型運(yùn)算放大器187
7.2.1普通的運(yùn)算放大器與電壓反饋型運(yùn)算放大器的缺點(diǎn)187
7.2.2電流反饋型運(yùn)算放大器的工作原理188
7.2.3轉(zhuǎn)移阻抗(Trans-impedance)的概念190
7.2.4以反向放大器使用時(shí)的閉環(huán)增益193
7.2.5如何看待電流反饋型運(yùn)算放大器的輸出阻抗194
7.2.6轉(zhuǎn)換速率受限制的原因194
7.2.7容許差動(dòng)輸入電壓低，需加注意195
7.2.8寬頻帶AC-DC變換器上的應(yīng)用195
7.3 JFET輸入高速寬頻帶運(yùn)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顯示高速性的重要參數(shù)——上升時(shí)間200
7.3.4 OPA627在寬頻帶平衡放大器方面的應(yīng)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的同相負(fù)反饋技術(shù)203
第8章CMOS型運(yùn)算放大器 IC的分析205
8.1 CMOS 運(yùn)算放大器的出現(xiàn)與高性能化205
8.1.1低功耗化與Rail-to-Rail動(dòng)作205
8.1.2CMOS Rail-to-Rail 運(yùn)算放大器 AD8532206
8.1.3低失真的運(yùn)算放大器 OPA340/350/2340/2350208
8.1.4R-R輸入特有的中間擺動(dòng)失真，需加注意210
8.1.5避免中間擺動(dòng)失真的方法210
8.1.6CMOS的低噪聲運(yùn)算放大器 LMV751212
8.2更進(jìn)一步發(fā)展的CMOS 運(yùn)算放大器族群214
8.2.1自行補(bǔ)正輸入失調(diào)電壓的CMOS 運(yùn)算放大器TLC4501/4502214
8.2.2消除失調(diào)電壓的結(jié)構(gòu)215
8.2.3使用TLC4501的高精度電壓源217
8.2.4在2 V以下工作的CMOS 運(yùn)算放大器NJU7096218
8.2.5在低電源電壓穩(wěn)定振蕩的正弦波振蕩器方面的應(yīng)用219
參考文獻(xiàn)223