Wykaz oznaczeń 17
Uwagi prawne 19
Dedykacja 20
Wstęp 21
Przedmowa 23
1. Miejsce wzmacniacza operacyjnego na świecie 25
1.1. Problem 25
1.2. Rozwiązanie 26
1.3. Narodziny wzmacniacza operacyjnego 27
1.4. Era lamp elektronowych 27
1.5. Era tranzystorów 28
1.6. Era układów scalonych 28
2. Przegląd teorii obwodów 31
2.1. Wprowadzenie 31
2.2. Prawa fizyki 32
2.3. Reguła dzielnika napięcia 33
2.4. Reguła dzielnika prądu 34
2.5. Twierdzenie Thevenina 35
2.6. Zasada superpozycji 38
2.7. Tranzystor w układzie nasyconym 39
2.8. Wzmacniacz tranzystorowy 40
3. Idealny wzmacniacz operacyjny 43
3.1. Założenia dla idealnego wzmacniacza operacyjnego 43
3.2. Wzmacniacz nieodwracający 45
3.3. Wzmacniacz odwracający 46
3.4. Sumator 47
3.5. Wzmacniacz różnicowy 48
3.6. Złożone obwody sprzężenia zwrotnego 49
3.7. Wzmacniacze wizyjne 50
3.8. Kondensatory 51
3.9. Dlaczego idealny wzmacniacz operacyjny mógłby zniszczyć świat 53
3.10. Podsumowanie 54
4. Projektowanie układów ze wzmacniaczami jednonapięciowymi 55
4.1. Porównanie pojedynczego i podwójnego zasilania 55
4.2. Analiza obwodu 58
4.3. Układ równań 62
4.3.1. Przypadek 1. UOUT = +mUIN + b 63
4.3.2. Przypadek 2. UOUT = +mUIN - b 67
4.3.3. Przypadek 3. UOUT = -mUIN + b 69
4.3.4. Przypadek 4. UOUT = -mUIN - b 71
4.4. Podsumowanie 74
5. Inne konfiguracje 75
5.1. Kontinuum zastosowań 75
5.2. Tłumik nieodwracający o zerowym przesunięciu poziomu 76
5.3. Tłumik nieodwracający z dodatnim przesunięciem poziomu 76
5.4. Tłumik nieodwracający z ujemnym przesunięciem poziomu 76
5.5. Tłumik odwracający bez przesunięcia poziomu 77
5.6. Tłumik odwracający z dodatnim przesunięciem poziomu 77
5.7. Tłumik odwracający z ujemnym przesunięciem poziomu 78
5.8. Wnioski 78
6. Teoria sprzężenia zwrotnego i stabilności 79
6.1. Po co studiować teorię sprzężenia zwrotnego? 79
6.2. Schematy blokowe i ich przekształcanie 80
6.3. Transmitancja i stabilność układu ze sprzężeniem zwrotnym 84
6.4. Analiza sprzężenia zwrotnego metodą Bodego 85
6.5. Wykresy wzmocnienia pętli stanowią klucz do zrozumienia stabilności 90
6.6. Równanie drugiego stopnia i prognoza przerzutu/dzwonienia 93
7. Nieidealny wzmacniacz operacyjny 95
7.1. Wprowadzenie 95
7.2. Przegląd wzorów w postaci kanonicznej 97
7.3. Wzmacniacz nieodwracający 99
7.4. Wzmacniacz odwracający 100
7.5. Wzmacniacz różnicowy 102
8. Kompensacja wzmacniacza z napięciowym sprzężeniem zwrotnym 103
8.1. Wprowadzenie 103
8.2. Kompensacja wewnętrzna 104
8.3. Zewnętrzna kompensacja, stabilność i wydajność 109
8.4. Kompensacja metodą bieguna dominujacego 110
8.5. Kompensacja metodą redukcji wmocnienia 113
8.6. Kompensacja typu lead 114
8.7. Zastosowanie dzielnika skompensowanego.. 118
8.8. Kompensacja typu lead/lag 120
8.9. Porównanie metod kompensacji 122
8.10. Wnioski 123
9. Analiza wzmacniacza z prądowym sprzężeniem zwrotnym 125
9.1. Wprowadzenie 125
9.2. Model wzmacniacza z prądowym sprzężeniem zwrotnym 126
9.3. Wzór określający stabilność 127
9.4. Nieodwracający CFA 128
9.5. Odwracający CFA 129
9.6. Analiza stabilności 131
9.7. Dobór oporu sprzężenia zwrotnego 133
9.8. Stabilność a pojemność wejściowa 135
9.9. Stabilność a pojemność w gałęzi sprzężenia zwrotnego 136
9.10. Kompensacja wpływu pojemności CF i CG 137
9.11. Podsumowanie 138
10. Porównanie wzmacniaczy z napięciowym i prądowym sprzężeniem zwrotnym . 139
10.1. Wprowadzenie 139
10.2. Precyzja 140
10.3. Pasmo przenoszenia 142
10.4. Stabilność 144
10.5. Impedancja wejściowa 146
10.6. Porównanie wzorów 147
11. Wzmacniacze operacyjne w pełni różnicowe.. 149
11.1. Wprowadzenie 149
11.2. Co to znaczy w pełni różnicowy? 149
11.3. Jak należy używać drugiego wyjścia? 150
11.4. Różnicowe stopnie wzmocnienia 150
11.5. Konwersja połączenia niesymetrycznego na różnicowe 151
11.6. Praca z sygnałami wymagającymi dopasowania 153
11.7. Nowa funkcja 154
11.8. Zasada działania wejścia UOCM 154
11.9. Wzmacniacz pomiarowy 156
11.10. Układy filtrów 157
11.10.1. Filtry jednobiegunowe 157
11.10.2. Filtry dwubiegunowe 158
11.10.3. Filtry z wielopętlowym sprzężeniem zwrotnym 158
11.10.4. Filtr bikwadratowy 160
12. Szumy we wzmacniaczach operacyjnych — teoria i praktyka 161
12.1. Wprowadzenie 161
12.2. Charakterystyka 161
12.2.1. Wartość skuteczna a międzyszczytowa szumu 162
12.2.2. Poziom szumu 163
12.2.3. Stosunek sygnał/szum 163
12.2.4. Wiele źródeł szumu 163
12.2.5. Jednostki miary szumu 164
12.3. Rodzaje szumów 164
12.3.1. Szum śrutowy 165
12.3.2. Szum cieplny 167
12.3.3. Szum migotania 169
12.3.4. Szum wybuchowy 169
12.3.5. Szum lawinowy 170
12.4. Kolory szumów 170
12.4.1. Szum biały 171
12.4.2. Szum różowy 172
12.4.3. Szum czerwony/brązowy.. 172
12.5. Szumy wzmacniaczy operacyjnych 172
12.5.1. Częstotliwość narożna szumów i szum całkowity 172
12.5.2. Częstotliwość narożna 173
12.5.3. Model szumowy wzmacniacza operacyjnego 175
12.5.4. Szumy wzmacniacza odwracającego 176
12.5.5. Szumy wzmacniacza nieodwracającego 177
12.5.6. Model szumowy wzmacniacza różnicowego 178
12.5.7. Podsumowanie 178
12.6. Kompletny przykład 178
13. Parametry wzmacniacza operacyjnego 183
13.1. Wprowadzenie 183
13.2. Współczynnik temperaturowy wejściowego prądu niezrównoważenia αIIO 186
13.3. Współczynnik temperaturowy wejściowego napięcia niezrównoważenia αVIO lub αV IO 186
13.4. Błąd wzmocnienia różnicowego AD 187
13.5. Margines wzmocnienia Am 187
13.6. Wzmocnienie napięciowe z otwartą pętlą AOL 187
13.7. Warunek wzmocnienia napięciowego dla dużych sygnałów AV 188
13.8. Wzmocnienie napięciowe różnicowe dla dużych sygnałów AVD 188
13.9. Pasmo wzmocnienia jednostkowego B1 189
13.10. Pasmo maksymalnego napięcia wyjściowego BOM 189
13.11. Pasmo BW 190
13.12. Pojemność wejściowa CI 190
13.13. Sumacyjna pojemność wejściowa Cic lub Ci (c) 191
13.14. Różnicowa pojemność wejściowa Cid 191
13.15. Pojemność obciążenia CL (warunek) 191
13.16. Tłumienie zmian napięcia zasilania &VDD±(lub CC±)/AVIO lub kSVR 192
13.17. Współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego CMRR lub kCMR 192
13.18. Częstotliwość f (warunek) 193
13.19. Iloczyn wzmocnienia i pasma GBW 193
13.20. Prąd zasilania (stan wyłączenia) ICC(SHDN), IDD(SHDN) 193
13.21. Prąd zasilania I CC lub IDD 194
13.22. Zakres prądu wejściowego II 194
13.23. Wejściowy prąd polaryzacji IIB 194
13.24. Wejściowy prąd niezrównoważenia IIO 195
13.25. Wejściowy prąd szumów In 195
13.26. Prąd wyjściowy IO 195
13.27. Prąd wyjściowy poziomu niskiego IOL (warunek) 196
13.28. Zwarciowy prąd wyjściowy I OS lub I SC 196
13.29. Współczynnik tłumienia zmian zasilania kSVR 196
13.30. Moc rozpraszana PD 197
13.31. Współczynnik tłumienia zmian zasilania PSRR 197
13.32. Rezystancja termiczna złącze-otoczenie ΘJA 197
13.33. Rezystancja termiczna złącze-obudowa ΘJC 199
13.34. Rezystancja wejściowa ri 200
13.35. Różnicowa impedancja wejściowa (rid lub ri ( d)) 201
13.36. Rezystancja obciążenia RL (warunek) 201
13.37. Rezystancja zera Rnull (warunek) 201
13.38. Rezystancja wyjściowa ro 202
13.39. Rezystancja źródła RS (warunek) 202
13.40. Transrezystancja z otwartą pętlą Rt 202
13.41. Szybkość zmian napięcia SR 202
13.42. Robocza temperatura otoczenia TA (warunek) 204
13.43. Czas wyłączenia tDIS lub t(off) 204
13.44. Czas włączenia tEN lub t(on) 204
13.45. Czas opadania tf 204
13.46. Współczynnik zniekształceń nieliniowych THD 205
13.47. Współczynnik zniekształceń nieliniowych plus szum THD+N 205
13.48. Maksymalna temperatura złacza TJ 207
13.49. Czas narastania tr 207
13.50. Czas ustalania ts 207
13.51. Temperatura przechowywania TS lub Tstg 208
13.52. Napięcie zasilania VCC lub VDD (warunek) 208
13.53. Zakres napięcia wejściowego VI (warunek lub parametr) 208
13.54. Wejściowe napięcie sumacyjne VIC (warunek) 209
13.55. Zakres wejściowego napięcia sumacyjnego VICR 209
13.56. Wejściowe napięcie różnicowe VID 210
13.57. Zakres wejściowego napięcia różnicowego VDIR 210
13.58. Napięcie włączenia VIH-SHDN lub V(ON) 210
13.59. Napięcie wyłączenia VIL-SHDN lub V(OFF) 210
13.60. Napięcie wejściowe VIN (warunek) 211
13.61. Wejściowe napięcie niezrównoważenia VIO lub VOS 211
13.62. Równoważne wejściowe napięcie szumów Vn 212
13.63. Szum szerokopasmowy (VN(PP)) 213
13.64. Napięcie wyjściowe poziomu wysokiego VOH (warunek lub parametr) . 213
13.65. Napięcie wyjściowe poziomu niskiego VOL (warunek lub parametr) ... 213
13.66. Maksymalne międzyszczytowe napięcie wyjściowe VOM± 214
13.67. Miedzyszczytowe napięcie wyjściowe VO(PP) (warunek lub parametr) . 215
13.68. Skok napięcia V(STEP)PP (warunek) 215
13.69. Przesłuch XT 215
13.70. Impedancja wyjściowa Zo 215
13.71. Transimpedancja z otwartą pętlą Zt 216
13.72. Błąd fazy różnicowej ΦD 217
13.73. Margines fazy Φm 217
13.74. Pasmo dla nierównomierności poziomu 0,1 dB 217
13.75. Temperatura obudowy w czasie 60 s 217
13.76. Ciągła moc rozpraszana 217
13.77. Czas trwania prądu zwarcia 218
13.78. Dryft długoterminowy wejściowego napięcia niezrównoważenia 218
13.79. Temperatura wyprowadzeń przez 10 lub 60 s 218
14. Aparatura: łączenie czujników z przetwornikami A/C 219
14.1. Wprowadzenie 219
14.2. Typy czujników 224
14.3. Procedura projektowania ... 229
14.4. Przegląd specyfikacji układu 230
14.5. Charakterystyka napięcia odniesienia 231
14.6. Charakterystyka czujnika 232
14.7. Charakterystyka przetwornika A/C 233
14.8. Selekcja wzmacniacza operacyjnego 234
14.9. Projekt układu wzmacniacza 235
14.10. Test 241
14.11. Podsumowanie 241
15. Łączenie wzmacniaczy operacyjnych z przetwornikami A/C 243
15.1. Wprowadzenie 243
15.2. Informacje o układzie 244
15.3. Informacje o zasilaniu 244
15.4. Parametry sygnału wejściowego 245
15.5. Parametry przetwornika analogowo-cyfrowego 246
15.6. Parametry wzmacniacza operacyjnego 247
15.7. Decyzje dotyczące architektury 248
16. Radiokomunikacja: przetwarzanie sygnału pośredniej częstotliwości 253
16.1. Wprowadzenie 253
16.2. Urządzenia komunikacji bezprzewodowej 253
16.3. Wybór przetworników A/C i C/A 258
16.4. Czynniki wpływające na wybór wzmacniaczy operacyjnych 263
16.5. Filtry antyaliasingowe 265
16.6. Filtr odtwarzający do przetwornika C/A 266
16.7. Układy zewnętrzych żródeł UREF do przetworników A/C i C/A 268
16.8. Szybki układ dopasowujący na wejściu analogowym 271
17. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych w zakresie wielkich częstotliwości.... 275
17.1. Wprowadzenie 275
17.2. Zalety wzmacniaczy operacyjnych 276
17.3. Wady wzmacniaczy operacyjnych 276
17.4. Napięciowe czy prądowe sprzężenie zwrotne? 276
17.5. Przegląd tradycyjnych wzmacniaczy w.cz. . 277
17.6. Wzmocnienie wzmacniacza 281
17.7. Parametry rozproszenia 281
17.8. Współczynnik fali stojącej na wejściu i wyjściu – S11 i S22 282
17.9. Współczynnik odbicia 283
17.10. Współczynnik transmisji z wejścia na wyjście S21 284
17.11. Współczynnik transmisji z wyjścia na wejście S12 286
17.12. Liniowość charakterystyki fazowej 287
17.13. Nierównomierność charakterystyki amplitudowej 287
17.14. Punkt kompresji –1 dB 288
17.15. Punkt przecięcia charakterystyk dla zniekształceń dwutonowych, trzeciego rzędu 289
17.16. Współczynnik szumów 290
17.17. Wnioski 292
18. Łączenie przetworników C/A z obciążeniem 293
18.1. Wprowadzenie 293
18.2. Charakterystyki obciążenia 294
18.2.1. Obciążenie stałoprądowe 294
18.2.2. Obciążenie zmiennoprądowe ... 294
18.3. Zasada działania przetwornika C/A i jego specyfikacje 294
18.3.1. Typy przetworników C/A — zrozumienie kompromisów 294
18.3.2. Przetwornik C/A z drabinką oporową 294
18.3.3. Przetwornik C/A z oporami ważonymi 295
18.3.4. Przetwornik C/A z drabinką R/2R 296
18.3.5. Przetwornik C/A typu sigma-delta 298
18.4. Analiza błędów przetwarzania C/A 299
18.4.1. Dokładność a rozdzielczość 299
18.4.2. Analiza błędów stałoprądowych 300
18.4.3. Analiza błędów zmiennoprądowych 301
18.4.4. Analiza błędów w.cz 303
18.5. Błędy i parametry przetwornika C/A 303
18.5.1. Błędy i parametry stałoprądowe 303
18.5.2. Błędy i parametry zmiennoprądowe 307
18.6. Kompensacja pojemności przetwornika C/A 310
18.7. Zwiększanie napięcia i prądu wyjściowego wzmacniacza buforowego .. 311
18.7.1. Wzmacniacze prądowe 312
18.7.2. Wzmacniacze napięciowe 313
18.7.3. Wzmacniacze mocy 315
18.7.4. Praca z pojedynczym zasilaniem i składowa stała 315
19. Generatory sinusoidalne 317
19.1. Co to jest generator sinusoidalny? 317
19.2. Warunki generacji 318
19.3. Warunek fazy 319
19.4. Warunek amplitudy 321
19.5. Wpływ parametrów elementu aktywnego (wzmacniacza operacyjnego) na generator 321
19.6. Analiza układu generatora 323
19.7. Układy generatorów sinusoidalnych 325
19.7.1. Generator z mostkiem Wiena 325
19.7.2. Generatory z przesuwnikami fazy i pojedynczym wzmacniaczem .. 331
19.7.3. Generatory z buforowanymi przesuwnikami fazy 332
19.7.4. Niezawodny generator 332
19.7.5. Generator kwadraturowy 335
19.8. Wnioski 336
20. Metody projektowania filtrów aktywnych 337
20.1. Wprowadzenie 337
20.2. Podstawowe filtry dolnoprzepustowe 338
20.2.1. Filtry dolnoprzepustowe Butterwortha 341
20.2.2. Filtry dolnoprzepustowe Czebyszewa 341
20.2.3. Filtry dolnoprzepustowe Bessela 343
20.2.4. Dobroć Q filtru 344
20.2.5. Podsumowanie 345
20.3. Projektowanie filtrów dolnoprzepustowych 346
20.3.1. Filtr dolnoprzepustowy pierwszego rzędu 346
20.3.2. Filtr dolnoprzepustowy drugiego rzędu 349
20.3.3. Filtry dolnoprzepustowe wyższego rzędu 353
20.4. Projektowanie filtrów górnoprzepustowych 355
20.4.1. Filtr górnoprzepustowy pierwszego rzędu 356
20.4.2. Filtr górnoprzepustowy drugiego rzędu 357
20.4.3. Filtry górnoprzepustowe wyższego rzędu 360
20.5. Projektowanie filtrów środkowoprzepustowych 361
20.5.1. Filtr środkowoprzepustowy drugiego rzędu 362
20.5.2. Filtr środkowoprzepustowy czwartego rzędu (rozstrojony) 365
20.6. Projektowanie filtrów środkowozaporowych.. 368
20.6.1. Filtr aktywny podwójne T 370
20.6.2. Filtr aktywny Wiena-Robinsona 371
20.7. Projektowanie filtrów wszechprzepustowych 373
20.7.1. Filtr wszechprzepustowy pierwszego rzędu 375
20.7.2. Filtr wszechprzepustowy drugiego rzędu 375
20.7.3. Filtry wszechprzepustowe wyższego rzędu 376
20.8. Praktyczne wskazówki projektowe 378
20.8.1. Polaryzacja układu filtru 378
20.8.2. Wybór kondensatorów 381
20.8.3. Wartości elementów 383
20.8.4. Wybór wzmacniacza operacyjnego 383
20.9. Tabele współczynników filtrów 385
21. Szybkie i praktyczne metody projektowania filtrów dla początkujących 393
21.1. Wprowadzenie 393
21.2. Wybór charakterystyki filtru 393
21.3. Filtr dolnoprzepustowy 395
21.4. Filtr górnoprzepustowy 396
21.5. Wąskopasmowy filtr środkowoprzepustowy (dla jednej częstotliwości) 397
21.6. Szerokopasmowy filtr środkowoprzepustowy 399
21.7. Filtr środkowozaporowy (tłumiący jedną częstotliwość) 400
21.8. Filtr środkowozaporowy 402
21.9. Podsumowanie charakterystyk filtrów 403
22. Projektowanie filtrów o dużej szybkości działania 405
22.1. Wprowadzenie 405
22.2. Szybkie filtry dolnoprzepustowe 405
22.3. Szybkie filtry górnoprzepustowe 406
22.4. Szybkie filtry środkowoprzepustowe 406
22.4.1. Modyfikacja struktury Deliyannisa 407
22.4.2. Porównanie zmodyfikowanej struktury Dliyannisa i struktury MFB 409
22.4.3. Wyniki badań laboratoryjnych 411
22.5. Szybkie filtry środkowozaporowe.. 413
22.5.1. Wyniki symulacji 414
22.5.2. Wyniki badań laboratoryjnych 416
22.5.3. Wyniki badań przy częstotliwości 1 MHz 416
22.5.4. Wyniki badań przy częstotliwości 100 kHz 418
22.5.5. Wyniki badań przy częstotliwości 10 kHz 419
22.6. Wnioski 420
23. Zasady projektowania obwodów drukowanych 423
23.1. Uwagi ogólne 423
23.1.1. Płytka drukowana jest komponentem projektu układu 423
23.1.2. Ważna rola prototypu 424
23.1.3. Źródła zakłóceń 424
23.2. Konstrukcja mechaniczna płytki drukowanej 425
23.2.1. Wybór materiału odpowiedniego do zastosowania 425
23.2.2. Ile warstw powinna mieć płytka? 427
23.2.3. Zestawianie obwodu: Kolejność warstw 429
23.3. Uziemienie 430
23.3.1. Najważniejsza zasada: Rozdzielaj masy 430
23.3.2. Inne zasady uziemiania 430
23.3.3. Dobry przykład 432
23.3.4. Ważny wyjątek 433
23.4. Charakterystyki częstotliwościowe elementów pasywnych 434
23.4.1. Oporniki 434
23.4.2. Kondensatory 435
23.4.3. Cewki 436
23.4.4. Niespodziewane elementy pasywne na płytce drukowanej 437
23.5. Odsprzęganie 444
23.5.1. Układy cyfrowe: Główny problem dla układów analogowych 444
23.5.2. Wybór odpowiedniego kondensatora 445
23.5.3. Odsprzęganie na poziomie układu scalonego 446
23.5.4. Odsprzęganie na poziomie płytki drukowanej 446
23.6. Izolacja wejść i wyjść 447
23.7. Obudowy 447
23.7.1. Montaż przewlekany 449
23.7.2. Montaż powierzchniowy 450
23.7.3. Niewykorzystane wzmacniacze 451
23.8. Podsumowanie 451
23.8.1. Ogólne 451
23.8.2. Struktura płytki 451
23.8.3. Elementy 452
23.9. Trasowanie ścieżek 452
23.10. Blokowanie 452
24. Projektowanie niskonapięciowych układów ze wzmacniaczami operacyjnymi... 453
24.1. Wprowadzenie 453
24.2. Zakres dynamiczny 455
24.3. Stosunek sygnał/szum 457
24.4. Zakres napięcia sumacyjnego 459
24.5. Zakres napięcia wyjściowego 463
24.6. Wyłączanie i mały pobór prądu zasilania 464
24.7. Projektowanie obwodów jednonapięciowych 465
24.8. Interfejs łączący czujnik z przetwornikiem A/C 466
24.9. Interfejs łączący przetwornik C/A z siłownikiem 468
24.10. Porównanie wzmacniaczy operacyjnych 472
24.11. Podsumowanie
