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德州仪器高性能模拟器件高校应用指南-运算放大器

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  • 2021-05-29
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标签： 运算放大器

运算放大器

“运算放大器”这个词（简称为“运放”）起源于20世纪40年代，指一类专门通过改变外围器件可以实现不同算数运算的放大器。早起的运放由电子管组成，体积大而且耗电。后来由于分立式电子管的应用，体积小了很多。现在，运放是单片集成电路，即经济又高效。

在介绍运放之前，本章我们先来回顾一下运放的基本知识，为运放应用打下基础。本章内容包括放大器的基础知识、理想运算放大器的模型、虚断虚短的概念及基本放大电路。

前 言
½为世界领先的半导½产品供应商，TI 不仅在
DSP
的市场½额上有超过
65％占有率的
绝对优势；在模拟产品领域，TI 也一直占据出货量世界第一的½½。而本手册是针对中½大
学生创新活动的简化选型指南，帮助老师和同学们快速了解
TI
的模拟产品。 需要提醒大家
的是， 这本手册仅仅涵盖了
TI
模拟产品的一小部分， 如果您需要更为全面细致的选型帮助
和技术文档，请访问
www.ti.com/analog
以获取运算放大器，数据½换器，电源管理，时钟，
接口逻辑和
RF
等产品信息，访问
www.ti.com/mcu
以获得更多
MSP430,Tiva
和
C2000
的产品
信息。
众人拾柴火焰高，如果½读过本手册的前面几个版本，一定会对其中略去的几个章节耿
耿于怀，也会对其中草草结束的部分感到不满，今年在
TI
中½大学计划工程师团队的共同努
力下,我们基于
2012
年的版本将本手册进行了第一阶段的充实工½。比如我们加入了原理部
分，解读了放大器，数据½换器，电源的指标和选型方案；比如我们完善了应用技巧相关的
章节，突出了实际操½中需要注意的问题，比如噪声控制，PCB 设计，等等；比如我们开始
逐步强调模数混合系统设计的重要性，毕竟在现代的电子系统中，纯模拟的模块已经越来越
少了。诸如这些改进，½是为了把更多的业界先进技术带给高校学生，加强同学们的工程实
践½力，培养系统设计意识。
本手册将分为以下几部分介绍信号链和电源相关的知识及
TI
产品在大学生创新活动中的
应用：
第一部分：运算放大器的原理和设计，由王沁工程师整理和编写；
第二部分：数据½换器的原理和设计，由崔萌工程师整理和编写，钟舒阳和谢胜祥两½
工程师也参与了其中的部分章节；
第三部分：线性电源和开关电源的原理和设计，由胡½栋工程师整理和编写，汪帅工程
师也参与了其中的部分章节。
全书由黄争规划并进行了校对和修改。½是由于时间仓促，水平有限，手册中一定存在
不少错漏，请大家积极给予反馈，提出宝贵意见。欢迎大家发邮件给
frank-huang@ti.com
讨
论手册中的各种问题。
德州仪器中½大学计划
2013
年
8
月
目 ½
第一部分 运算放大器篇
前 言
................................................................................................................................................. 1
TI
概览
............................................................................................................................................... 1
第一章 运算放大器基础
................................................................................................................. 1
1.1
概述
.......................................................................................................................................1
1.2
放大器基础
...........................................................................................................................1
1.3
理想运放模型
.......................................................................................................................2
1.3.1
理想运算放大器特点
..................................................................................................2
1.3.2
“虚短”和“虚断”
..................................................................................................3
1.3.3
叠加定理
......................................................................................................................4
1.4
基本运算电路
......................................................................................................................4
1.4.1
同相放大器
.................................................................................................................4
1.4.2
反相放大器
..................................................................................................................5
1.4.3
加法器
..........................................................................................................................6
1.4.4
简化运算放大器电路图
..............................................................................................7
第二章 运算放大器的指标
............................................................................................................. 9
2.1
开环增益、闭环增益和环路增益
.......................................................................................9
2.2
放大器的直流精度
.............................................................................................................12
2.2.1
放大器输入端的直流指标
........................................................................................12
2.2.2
放大器输出端的直流参数指标
................................................................................18
2.3
放大器的交流精度
.............................................................................................................20
2.4
其他指标
.............................................................................................................................24
I
第三章 精密放大器选型
............................................................................................................... 33
3.1 TI
精密运算放大器.............................................................................................................
33
3.2
精密放大器选型步骤
.........................................................................................................36
3.3
TI
精密运算放大器列表
.....................................................................................................40
第四章 运放单电源供电
............................................................................................................... 42
4.1
单电源运放
.........................................................................................................................42
4.2
单电源运放电路的基本偏½方法
.....................................................................................42
4.3
其他一些基本的单电源供电电路
.....................................................................................46
第五章 各种差动放大器解析
....................................................................................................... 49
5.1
差分放大器基本概念
.........................................................................................................49
5.2
差分放大器
.........................................................................................................................50
5.3
仪表放大器
.........................................................................................................................52
5.4
电流检测放大器
.................................................................................................................58
5.5
全差分运算放大器
.............................................................................................................62
第六章 放大器的稳定性
............................................................................................................... 70
6.1
运算放大器为什么会不稳定？
.........................................................................................70
6.2
分析运算放大器的工具：波特图
.....................................................................................72
6.3
断开交流反馈环路以获得
Aol
和
1/β
的波特图的方法
..................................................76
6.4
½用
TINA-TI
判断运放的稳定性
....................................................................................79
6.5
修改
Aol
的补偿方法：添加
RISO
...................................................................................86
6.6
修改
1/β
的补偿方法：增大噪声增益和添加
CF
............................................................89
第七章 高速放大器的选型
........................................................................................................... 95
7.1
高速放大器的关键指标
.....................................................................................................95
7.2
Bipolar &
FET
输入的高速放大器
.....................................................................................97
7.3
电压反馈、电流反馈和去补偿型高速放大器
.................................................................98
II
7.3.1
什么是电压反馈，什么是电流反馈？
....................................................................98
7.3.2
电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：带½
vs
增益
...................................99
7.3.3
电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：反馈电阻的取值
...........................101
7.3.4
电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：压摆率
...........................................103
7.3.5
½时选用电压反馈放大器，½时选用电流反馈放大器？
..................................104
7.3.6
去补偿（Decompensate）电压反馈放大器
...........................................................104
7.4
可控增益放大器的应用
...................................................................................................108
7.5
高速放大器的布局布线
...................................................................................................112
7.5.1
什么时候需要高速印制电路版？
...........................................................................112
7.5.2
信号完整性基础
......................................................................................................113
7.5.3
正确的高速
PCB
设计指南
.....................................................................................116
第八章 有源滤波器设计
.............................................................................................................. 128
8.1
滤波器基本原理
...............................................................................................................128
8.2 Webench
和有源滤波器设计
...........................................................................................130
8.3 Filterpro
和有源滤波器设计
.............................................................................................136
8.4
运放的选择
.......................................................................................................................138
8.5
过采样简化模拟滤波器设计
...........................................................................................139
8.6
多阶滤波器如½增强过渡带的陡峭度
...........................................................................141
模拟设计小集锦
............................................................................................................................ 145
CMOS
运放的
THD+N
............................................................................................................145
单电源运放的½到½输入
...................................................................................................... 147
输出达不到½到½
.................................................................................................................. 151
放大器的输入偏½电流
.......................................................................................................... 156
Sallen-key
½通滤波器的高频馈通现象
................................................................................. 158
III
展开预览

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csulinx
多谢分享，学习了
2022-10-24 14:16:59
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