你好，放大器

西安交通大学 | 杨建国
目录
前言 ... 8
1.        放大器定义、分类和选择使用....................... 9
1.1.        放大器定义 .................9
1.2.                放大器的全家谱..........9
晶体管 ............... 9
运算放大器...... 10
运放的渊源，以及必要的数学分析 .............. 10
全差分运放的诞生................. 13
功能放大器...... 14
仪表放大器 .... 15
差动放大器 .... 16
程控增益放大器..................... 17
压控增益放大器..................... 18
隔离放大器 .... 19
1.3.        选择放大器的原则....20
2.        运算放大器的关键指标详解. 21
2.1        输入失调电压（Offset Voltage,VOS） ......................21
2.2        失调电压漂移（Offset Voltage Drift) .......................22
2.3        输入偏置电流（Input bias current，IB） .................23
2.4        输入失调电流（Input offset current，IOS） .............24
2.5        关于失调和偏置的总结....................25
2.5.1        0 输入时怎么计算放大器的实际输出？ ....... 25
2.5.2        易受影响的电路 ..................... 27
2.5.3        如何克服它们的影响 ............. 28
2.6        噪声指标（Noise） ..29
2.6.1初识噪声......... 30
在时域构造一个看似混乱的波形.................. 30
构造一个真正的噪声 ............. 31
用傅里叶变换分析噪声 ......... 32
怎样衡量噪声的大小 ............. 33
噪声的电压密度曲线 ............. 36
2.6.2        最简单的运放的噪声模型 ..... 37
2.6.3        UN_I 的噪声密度及噪声有效值计算............... 38
1/f 噪声密度及噪声有效值计算..................... 39
白噪声密度及噪声有效值计算...................... 39
总噪声密度和总有效值计算.. 39
2.6.4        从噪声电压密度曲线中获得 C 和 K.............. 40
K 的确定 ........ 41
C 的确定 ........ 42
2.6.6        噪声的有效值和峰峰值关系.. 47
2.6.7OP27 噪声计算实例 ............... 48
看 OP27 数据手册，得到关键参数 ............... 48
在已有信息中，进行初步验证...................... 49
2.6.8完整运放电路的噪声计算 ..... 50
运放电路噪声全模型及其输出噪声计算方法....................... 50
电阻的热噪声  51
运放的等效输入电流噪声 ..... 52
独立噪声源的输出计算 ......... 54
2.6.9        多级放大电路的噪声计算 ..... 55
2.6.10        噪声计算总结 . 56
2.6.11        噪声计算中的一些有趣问题.. 57
2 个 1kΩ 电阻串联，与 1 个 2kΩ 电阻噪声一致吗 .............. 57
降低输出噪声的方法 ............. 58
先滤波还是先放大................. 59
低噪声设计中的技巧 ............. 60
2.7        输入电压范围（Input Voltage Range）....................61
2.8        输出电压范围（VOH/VOL 或者 Swing from rail）....62
2.9        共模抑制比（Common-mode rejection ratio，CMRR） .................63
2.10        开环电压增益（Open-loop gain，AVO）.................64
2.11        压摆率（Slew rate，SR） ................65
2.12        带宽指标 ...................66
单位增益带宽（Unity Gain-bandwidth，UGBW）—f1 ......... 66
增益带宽积（Gain Bandwidth Product，GBP 或者 GBW）—f2 ................... 66
-3dB 带宽—f3 . 66
满功率带宽(Full Power Bandwidth) —f0 ........ 66
大小关系 ........ 66
2.13        建立时间（Settling Time） ..............68
2.14        相位裕度（Phase margin，）和增益裕度 ........69
2.15        电源电压抑制比（PSRR-Power Supply Rejection Ratio） .............70
2.16        全谐波失真加噪声 THD+Noise .......71
2.17        热阻（Thermal resistance，θJA）和温度范围 .........72
3.        多种多样的运算放大器 ........ 73
3.1        精密运放和高速运放73
3.1.1        精密运放概述 . 73
OP07............... 73
低失调电压运放..................... 74
低噪声运放 .... 75
低供电电压运放..................... 76
低偏置电流运放..................... 77
低功耗运放 .... 78
3.2        电流反馈型运算放大器(CFA) ..........83
3.2.1        电流反馈型放大器的内核 ..... 83
3.2.2        基本分析方法 . 84
3.2.3        CFA 和 VFA 传函对比 ........... 85
3.2.4        优缺点总结..... 88
3.2.5        ADI 的电流反馈型放大器 ..... 89
3.3        全差分运算放大器....90
3.3.1        全差分运算放大器概述 ......... 90
优点................ 90
3.3.2常见电路分析方法 ................. 91
单端输入转差分输出 ............. 91
含阻抗匹配的单端输入转差分输出 .............. 93
全差分运放的其他电路形式.. 97
3.3.3        ADI 的全差分放大器 ........... 100
4.        使用放大器的共性问题 ...... 101
4.1        放大器的封装 .........101
4.1.1        关于封装的一些基本概念 ... 101
4.1.2        PDIP 封装 ..... 102
4.1.3        SOIC-N 封装  103
4.1.4        SOIC-W 封装 104
4.1.5        MSOP 封装 ... 105
4.1.6        TSSOP 封装.. 106
4.1.7        SOT-23 封装 . 107
4.1.8        SC70 封装..... 108
4.1.9        LFCSP 封装 .. 109
4.1.10        LCC 封装 ...... 110
4.1.11        WLCSP 封装 .111
4.1.12        常用管脚分布和例外 ........... 113
4.2        供电和电源去耦...... 114
4.2.1        给放大器供电的几项注意 ... 114
4.2.2 怎么给放大器电源配置电容？.................... 114
库电容 ...........114
旁路电容 .......114
4.2.3        配置旁路电容器的注意事项 116
4.3        不要忽视直流通路.. 117
4.3.1.        为什么要给放大器提供直流通路 ................ 117
几种常见的浮空源................117
4.3.1.        仪表放大器不接受浮空输入 118
4.3.2.        差动放大器可以接受浮空输入.................... 119
4.3.3.        全差分放大器可以接受浮空输入 ................ 119
4.4        自激振荡 .................120
4.5        驱动大电容负载......121
4.5.1.        能驱动大电容的运放 ........... 121
4.5.2.        驱动大电容的典型电路 ....... 122
4.6        注意输入端保护......123
4.6.1.        一个小故事... 123
4.6.2.        原因 .............. 124
4.6.3.        得出的结论... 125
4.7        带宽计算——最基本的计算 ..........126
4.7.1.        传统估算公式 ....................... 126
4.7.2.关于增益带宽积完整的要求 127
k 问题 ........... 127
k 问题变形 1. 127
4.7.3.        闭环增益表达式 ................... 128
4.7.4. k 问题的进一步变形和求解 . 129
可利用的规律 ...................... 129
基于上述规律的 k 问题求解 130
4.7.5.        带宽计算实例 ....................... 131
4.7.6.        奇怪的增益隆起 ................... 132
4.8        漂亮的布线是成败的关键..............134
4.8.1.        基础知识....... 134
英制单位 ...... 134
PCB 走线和铜导线的电阻... 134
PCB 走线的电感量 .............. 135
PCB 走线与地层的电容量... 135
4.8.2.        布局原则——近、顺 ........... 136
4.8.3.        走线原则——短、粗、远、滑.................... 136
4.8.4.        反馈支路——背面挖空 ....... 137
4.8.5.        尽量不要自动覆铜 ............... 137
4.8.6.        多看，多悟，少记 ............... 137
5.        典型放大电路分析 .............. 138
5.1        单电源线性变换电路......................138
5.1.1.交流耦合....... 138
同相电路一 .. 139
同相电路二 .. 140
同相电路三 .. 141
反相电路 ...... 142
5.1.2. 直接耦合....... 143
同相增益大于 0.5................. 143
同相增益小于 0.5................. 145
反相.............. 146
5.2        电流源电路 ............147
5.2.5.        以 RSENSE 为核心的电流源一  151
5.2.6.        以 RSENSE 为核心的电流源二  152
5.2.7.        用仪表放大器实现的电流源 153
5.2.8. 低压高效电流源 ................... 154
设计要求 ...... 154
方案一 .......... 154
方案二 .......... 156
5.3        电流检测 .................159
5.3.1.        检测电流的基本方法 ........... 159
5.3.2.        低侧还是高侧？ ................... 159
5.3.3.        分流电阻....... 160
5.3.4.        运放检测电流 ....................... 161
5.3.5.        差动放大器检测电流 ........... 163
差动放大器高侧电流检测电路一................ 163
AD628 可承载 110V ............ 164
AD629 可承载 280V，AD8479 可承载 600V ..................... 165
5.3.6.        电流检测放大器 ................... 166
AD8208 之架构猜想 ............ 166
AD8211 之架构猜想 ............ 168
ADI 的电流检测放大器 ....... 170
ADI 电流检测放大器的应用电路................ 171
5.4        单端转差分电路......172
5.4.1.        基本电路....... 173
5.4.2.        交叉反馈电路 ....................... 174
5.4.3.        全差分运放和变压器驱动 ... 175
5.5        复合放大电路 .........176
5.5.1.  串联型复合放大电路 ........... 176
题目要求 ...... 176
常规电路遇到的问题 ........... 176
串联型复合放大电路 ........... 178
5.5.2.并型复合放大电路 ............... 180
题目要求 ...... 180
并联型复合放大电路 ........... 180
并联型复合放大电路工作原理.................... 181
6.        仪器使用、焊接、调试和撰写报告........... 183
6.1        仪器使用基础 .........183
6.1.1.        正确连接仪器和电路板 ....... 183
构建正负电源输出............... 183
6.2        学会使用示波器......189
6.2.1.        示波器的重要性 ................... 189
6.2.2.        示波器能干的，以及不能干的.................... 189
6.2.3.        注意数字示波器的混叠现象 190
6.2.4.        利用示波器观察地线 ........... 191
6.2.5.                关于探头....... 191 多种探头的选择使用 ........... 191 注意探头的频率特性 ........... 192 保护探头 ...... 192
6.2.6.                灵活使用示波器的触发 ....... 193 数字示波器的触发显示原理 193 释抑.............. 194 功能强大的数字触发 ........... 195
6.2.7.        数字示波器的其它有用功能 198
中央扩展和底部扩展 ........... 198
6.2.8.        使用双通道同时测量 ........... 199
6.2.9.        数字示波器的自动功能 ....... 199
6.3        焊接基础 .................200
6.4        故障排查的基本技巧......................201
6.4.1.故障排查的基础 ................... 201
熟练使用常用仪器............... 201
熟悉目标电路 ...................... 201
良好的故障排查心态 ........... 201
正确的故障排查策略 ........... 201
6.4.2.        排查故障中合理使用仪器 ... 202
6.4.3.        故障出现后的关键几分钟 ... 202
6.4.4.        保护故障现场 ....................... 203
6.4.5.        故障定位——故障排查的核心.................... 203
6.4.6.故障定位的常见方法 ........... 204
顺序探测法 .. 204
关键点探测法 ...................... 204
分块定位法 .. 205
替换法 .......... 206
6.4.7.        故障排查次序 ....................... 207
6.4.8.        故障排查实例一：两片 ARM 烧毁的教训 . 207
6.4.9.        故障排查实例二：诡异的短路故障 ............ 209
6.5        撰写漂亮的报告...... 211
6.5.1.   态度端正....... 211
第一，写出来的都是真的 ....211
第二，存在的实验都是可重复的.................211
参考文献 ...... 214
6.5.3.        构建标题框架 ....................... 215
6.5.4.        图题、表题... 215
6.5.5.        公式 .............. 215
6.5.6.        制表技巧....... 216
6.5.7.        绘图技巧....... 217
6.5.8.  常见错误....... 218
常见的语法和文字错误 ....... 218
撰写禁忌 ...... 218
语气禁忌 ...... 218
后记 ....................... 220

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