基於運算放大器和模擬集成電路的電路設計（原書第4版 精編版） 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

本書全麵闡述以運算放大器和模擬集成電路為主要器件的電路原理、設計方法和實際應用。詳細介紹瞭運算放大器的基本原理和應用、諸多工程實際問題，後介紹麵嚮各種應用的電路設計方法。本書作為第4版，更透徹地闡述瞭負反饋和電路設計布局，新增瞭電流反饋放大器、開關穩壓器和鎖相環的內容。

目錄

目　　錄
齣版者的話
譯者序
前言
第1章　運算放大器基礎1
　1.1　放大器基礎2
　1.2　運算放大器4
　1.3　基本運算放大器結構5
　1.4　理想運算放大器電路分析10
　1.5　負反饋15
　1.6　運算放大器電路中的反饋20
　1.7　環路增益和布萊剋曼公式25
　1.8　運算放大器的供電31
　習題35
　參考文獻42
　附錄42
第2章　電阻反饋電路44
　2.1　電流-電壓轉換器44
　2.2　電壓-電流轉換器46
　2.3　電流放大器51
　2.4　差分放大器52
　2.5　儀錶放大器56
　2.6　儀錶應用61
　2.7　傳感器橋式放大器64
　習題69
　參考文獻73
第3章　靜態運算放大器的限製74
　3.1　簡化運算放大器電路圖75
　3.2　輸入偏置電流和輸齣失調電流79
　3.3　低輸入偏置電流運放82
　3.4　輸入失調電壓85
　3.5　低輸入失調電壓89
　3.6　輸入失調誤差和補償技術92
　3.7　輸入電壓範圍和輸齣電壓擺動95
　3.8　最大額定值100
　習題101
　參考文獻104
　附錄105
第4章　動態運算放大器的限製113
　4.1　開環響應113
　4.2　閉環響應117
　4.3　輸入和輸齣阻抗122
　4.4　瞬態響應125
　4.5　有限增益帶寬積對積分電路的影響130
　4.6　有限GBP對濾波器的影響135
　4.7　電流反饋放大器139
　習題146
　參考文獻150
第5章　噪聲151
　5.1　噪聲特性152
　5.2　噪聲的動態分析155
　5.3　噪聲源158
　5.4　運算放大器中的噪聲162
　5.5　光敏二極管放大器中的噪聲167
　5.6　低噪聲運算放大器170
　習題172
　參考文獻175
第6章　穩定性176
　6.1　穩定性問題176
　6.2　相位裕度和增益裕度的測量183
　6.3　運算放大器的頻率補償188
　6.4　有反饋極點的運算放大器電路197
　6.5　輸入時延補償和超前反饋補償203
　6.6　電流反饋放大器電路的穩定性207
　6.7　復閤放大器209
　習題213
　參考文獻218
第7章　非綫性電路219
　7.1　電壓比較器219
　7.2　比較器應用224
　7.3　施密特觸發器230
　7.4　精密整流器234
　7.5　模擬開關238
　7.6　峰值檢測器242
　7.7　采樣-保持放大器245
　習題249
　參考文獻252
第8章　信號發生器253
　8.1　正弦波發生器254
　8.2　多諧振蕩器258
　8.3　單片定時器264
　8.4　三角波發生器268
　8.5　鋸齒波發生器272
　8.6　單片波形發生器273
　8.7　V-F轉換器和F-V轉換器279
　習題284
　參考文獻287
第9章　電壓基準與穩壓電源288
　9.1　性能要求289
　9.2　電壓基準293
　9.3　電壓基準應用297
　9.4　綫性穩壓電源300
　9.5　綫性穩壓電源應用304
　9.6　開關穩壓電源310
　9.7　誤差放大器317
　9.8　電壓模式控製318
　9.9　峰值電流模式控製（PCMC）322
　9.10　boost型變換器的PCMC330
　習題335
　參考文獻338

前言/序言

前　　言在近十多年中，由於數字電子技術的飛速發展，有很多關於幾乎不再需要模擬電路的預言。在遠沒有證實這種預言是否正確之前，這一論點已經挑起瞭相反的辯駁，可以概括為：“倘若你無法用數字的方法來實現設計的話，就可以用模擬的方式來完成。”更為甚者，一般都有這樣一種誤解，比起數字設計這種係統化的技術而言，似乎模擬設計是一種更為玄乎和捉摸不定的藝術。對於受睏惑的學生來說如何來理解這一爭論？繼續選修某些模擬電子學方麵的課程是否值得？抑或最好還是僅僅將精力集中在數字電路方麵？毋庸置疑，傳統上隸屬於模擬電子學領域的許多功能，今天都用數字形式實現瞭。其中最為常見的例子就是數字音響。在這個應用中，由拾音器和其他的聲音傳感器産生的模擬信號被一些放大器和濾波器進行適當的調整，然後轉換為數字形式做進一步處理，如混閤、編輯和産生某些特殊效果，以及更多的是為瞭進行傳輸、存儲和提取等瑣碎卻同樣重要的工作。最後，數字信號被轉換迴模擬信號並經由揚聲器播放齣來。之所以想用數字方法實現盡可能多的功能的主要理由之一是數字電路的高可靠性和高靈活性。然而，物理世界本來就是模擬的。這錶明，總是需要模擬電路去適應這些物理信號，像與傳感器相連的電路，以及把模擬信息轉換為數字信息，再從數字轉換到模擬以供物理世界進一步處理的模擬電路。再者，考慮到速度和功率的因素，采用模擬前端電路更具優勢。新的應用領域不斷齣現，無綫通信就是一個很好的例子。
的確如此，當今的許多應用是由混閤模式的集成電路（混閤模式IC）和係統組成的，它們依賴模擬電路來與物理世界對接，而數字電路則用作處理和控製。即便這個模擬電路或許僅占這塊芯片麵積的一小部分，但它往往卻是設計中極具挑戰性的部分，並且在整個係統的性能上起著關鍵作用。在這一方麵，通常所謂的模擬設計師就要用明確的數字工藝為實現模擬功能的任務構思齣獨創性的解決方案；濾波中的開關電容技術和數據轉換中的∑-D技術就是大傢所熟知的例子。齣於以上原因，企業對有能力的模擬設計師的需求仍然很強盛。即使是純數字電路，當將它們推嚮運算極限時，它們還是要呈現模擬的行為特性。因此，對模擬電路設計原理和技術的牢固掌握在任何IC（無論是數字或是純模擬的IC）設計中都是一筆寶貴的財富。
關於本書本書的目的是利用實際的元器件和應用說明一般的模擬原理和設計方法學。本書旨在作為本科生和研究生模擬集成電路（模擬IC）設計和應用方麵的教科書，以及為工程師們提供實際參考。讀者在電子學方麵應具有初步基礎，熟悉頻域分析方法，並會使用PSpice。盡管本書包括的內容足夠作為兩個學期的課程，但是經適當挑選之後也能作為一個學期的基礎課程。由於本書及其每一章一般都是按從簡到繁、先易後難的順序編寫的，所以挑選過程是極易完成的。
在舊金山州立大學（San Francisco State University），這本書可作為兩個一學期課程的係列課對待：一個是本科高年級，另一個是在研究生層次上。在本科高年級的課程中，可選第1～3章、第5章和第6章，以及第9章和第10章的大部分；在研究生的課程中，可選擇全部。作為本科高年級的課程，它是與模擬IC製造和設計課程並行的。為瞭更有效地使用模擬IC，用戶略知一點它們內部的工作原理（即便至少是定性的）是很重要的。為瞭滿足這種需要，本書在一種設計決策上給齣瞭工藝和電路因素的直觀說明。
第4版新增內容新版的主要特點是：①介紹瞭一個全新版本的負反饋，②增加瞭運算放大器動態和頻率概念的介紹，③擴展瞭開關調節器相關內容的覆蓋範圍，④對三極管和CMOS技術進行更平衡的介紹，⑤增加瞭使用PSpice的內容，以及⑥重新設計瞭例題和25%的章末習題，體現瞭版本更新。
此前版本對負反饋的闡述是從運算放大器使用者的特殊視角齣發，而第4版提供瞭更為寬廣的視角，這在其他諸如開關調節器和鎖相環的領域上是有用的。新版本提供瞭雙端口分析（two-port analysis）和反饋比分析（return-ratio analysis），在強調相似性的同時也強調區彆，嘗試消除這兩者之間的混淆（為瞭保證區分，環路增益和反饋係數在雙端口分析中使用L和b，而在反饋比分析中使用T和β）。
當然，新版本負反饋包含對運算放大器動態和頻率補償的擴展重寫。在這裏，第4版采用瞭由R.D.Middlebrook為環路測量提齣的電壓/電流注入技術。
考慮到當今模擬電子技術中便攜設備電源管理的重要性，第4版擴展瞭對開關調節器的覆蓋。對電流控製和斜坡補償，以及諸如右半平麵零點和誤差放大器設計等穩定性問題也給予瞭更多的關注。
本書采用瞭大量的SPICE仿真（使用電路圖代替瞭早先版本中的網錶），以便驗證對手工計算來說計算和研究太過復雜的高階效應。SPICE當今有多種可用的版本，所以，相對於指定某一特定的版本，對於本版選定的示例，學生能夠在選定的SPICE版本上快速重繪。
在之前的版本中，正文的內容通過仔細設置例題和章尾的習題得到強化，通過這些來強調工程師在日常工作中所需的直覺、物理洞察力和解決問題的方法學。
為瞭用一種超脫於最新工藝趨勢的方式來寫一般性和最基本的原理，第4版精選瞭已確立並廣泛形成文件的元器件和工藝作為載體來闡明這樣的原理。然而，隻要有必要，還是要讓讀者瞭解一些更為現代的替代方案，鼓勵讀者自行上網查找這些方案。
本書內容�　〈舜�介紹的是英文版原書的內容安排，本中文精編版的內容安排與此有不同，具體編排見正文內容。——編輯注�【」苊揮忻魅分賦觶�本書實際上是由三個部分組成的。第一部分（第1~4章）基於將運算放大器作為一種理想器件來介紹其基本概念和應用。我們覺得在學生著手處理並評價實際器件限製以前，需要對理想（或接近理想）運算放大器的學習樹立足夠的自信。各種運算放大器的限製是第二部分（第5~8章）的主要內容，在這一版中，這方麵的內容要比此前的版本更為係統和詳細。最後，第三部分（第9~13章）基於前兩部分介紹的基礎，緻力於講解麵嚮設計的各種應用。下麵是各章內容的簡要描述。
第1章復習基本放大器概念，包括負反饋概念。重點內容放在環路增益作為電路性能的一種度量標準上。環路增益的概念通過雙端口分析和反饋比分析來進行闡述，本章還講解瞭這兩種方法之間的相似和不同，嚮學生介紹簡化的PSpice模型，這一模型將隨著本書的進程逐漸復雜和精確。如果教師發現本書對環路增益的介紹過早，可以跳過這一章，而在稍後某個更為閤適的時機再重新迴到這一論題上來。由於各節和各章都盡量獨立編排，所以這類內容易於重新組織。另外，章末的習題也是按節組成的。
第2章介紹各種儀器儀錶和傳感放大器，以及I-V、V-I和I-I轉換器。這一章將重點放在各種反饋拓撲結構和環路增益T的作用上。
第3章包含一階濾波器、音頻濾波器和常用的二階濾波器，像KRC、多重反饋、狀態變量和雙二階拓撲結構等二階濾波器。本章重點是復平麵係統的概念，並以濾波器靈敏度的討論結束。（本中文版未收錄）想深入瞭解濾波器的讀者會發現第4章（本中文版未收錄）是有用的。這一章包括用級聯和直接的方法討論高階濾波器的綜閤。另外，這些方法既是針對有源RC濾波器，又是針對開關電容（SC）濾波器的情況提齣的。
第5章聚焦於由輸入端引起的運算放大器誤差，諸如VOS、IB、IOS、CMRR、PSRR和漂移，並與它們的極限情況一起討論。本章也嚮學生介紹技術指標和性能參數的說明、PSpice的宏模型，以及不同的工藝和拓撲。（本中文版第3章）第6章著重討論頻域和時域中的動態極限，並研究它們對電阻性電路和基於理想運算放大器模型的濾波器的影響。詳細地對電壓反饋和電流反饋進行比較，並廣泛應用PSpice對有代錶性的電路在頻率響應和暫態響應上做可視化展示。在已經掌握瞭理想或接近理想運算放大器的前4章內容之後，學生就可更加好地理解和評價由實際器件的限製造成的結果。（本中文版第4章）將第5、6章介紹的原理結閤起來，自然而然地就引入瞭第7章（本中文版第5章）有關交流噪聲的內容。噪聲計算和估計代錶著另一個領域，其中PSpice是一種非常有用的工具。
第二部分以第8章（本中文版第6章）的穩定性專題結束。通過負反饋來增強收斂性需要考慮額外頻率補償，也包含對運算放大器內部和外部的考慮。第4版采用瞭由R.D.Middlebrook為測量環路而提齣的電壓/電流注入技術。同樣，PSpice用來觀察已給齣的不同頻率補償技術的效果。
從第9章開始的第三部分涉及非綫性應用。這裏，非綫性特性要麼源自沒有反饋（電壓比較器），要麼是存在反饋但屬於正反饋類型（施密特觸發器），或有負反饋但是應用瞭像二極管和開關（精密整流器、峰值檢波器、跟蹤保持放大器）這樣一類非綫性元件。（本中文版第7章）第10章包含各種信號發生器，其中有文氏橋和正交振蕩器、多諧振蕩器、定時器、函數發生器，以及V-F和F-V轉換器。（本中文版第8章）第11章專注於調節器。由電壓基準開始，從綫性電壓調節器介紹到開關調節器。本章重點關注的問題包括電流控製和斜坡補償，以及誤差放大器設計的穩定性問題和boost變換器中右半平麵零點的影響問題。（本中文版第9章）第12章處理數據轉換。用係統的方式處理數據轉換器的技術要求，並給齣多種DAC的應用。本章以過采樣轉換原理和轉換器作為結束。關於這一專題也有大量相關專著，所以這一章僅是讓學生瞭解最基本的知識。（本中文版未收錄）第13章用各種非綫性電路作為結束，其中有對數/反對數放大器、模擬乘法器，以及用一種簡要接觸gm-C濾波器的方式構成的運算跨導放大器。這一章最後介紹鎖相環。另外，這一章還將前麵各章所涉及的重要內容組閤在一起介紹。（本中文版未收錄）網站本書的配套網站是http://www.mhhe.com/franco，其上有各種供教師和學生使用的資源。教師資源包含習題解答、一組PowerPoint課件和指嚮勘誤錶的鏈接。
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