運放電路環路穩定性設計

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《運放電路環路穩定性設計》，副標題：原理分析、仿真計算、樣機測試，張東輝，王銀，潘興隆，張遠征 著，出版社： 機械工業出版社。

機械工業出版社成立於1950年，是建國後國家設立的第一家科技出版社，前身為科學技術出版社，1952年更名為機械工業出版社。機械工業出版社（以下簡稱機工社）由機械工業信息研究院作為主辦單位，目前隸屬於國務院國資委。

目錄

內容簡介

本書利用「原理分析、仿真計算、樣機測試」三步學習法對運放電路環路進行穩定性設計，使讀者能夠對已有電路徹底理解，並且通過計算和仿真分析對原有電路進行改進，以便設計出符合實際要求的運放電路，達到實際應用的目的。首先，進行簡單運放電路分析，運用反饋控制理論和穩定性判定準則進行時域/頻域計算和仿真，當計算結果和仿真結果一致時再進行實際電路測試，使三者有機統一；然後，改變主要元器件參數，使電路工作于振盪或超調狀態，此時測試穩定裕度，應該與穩定判據相符合；之後，設計反饋補償網絡使電路重新工作於穩定狀態，通過這整個過程幫助讀者透徹理解運放電路環路控制分析與設計方法。

本書適合運放電路設計人員使用和參考，同時也可供模擬電路和電力電子相關專業高年級本科生和研究生閱讀學習。

目錄

前言

致謝

第1章運放電路環路穩定性判定準則1

1.1穩定性概述1

1.1.1同相放大電路穩定性測試1

1.1.2增益裕度和相位裕度7

1.1.3增益峰值與超調量11

1.1.4勞斯穩定判據19

1.2環路測試27

1.2.1輸入網絡ZI與反饋網絡ZF27

1.2.2閉環增益與1/β38

1.2.3Aol與1/β閉合速度41

1.2.4雙注入法測試環路增益與相位47

1.3運放及RLC模型50

1.3.1運放傳遞函數模型建立50

1.3.2實際電阻模型53

1.3.3實際電解電容模型56

1.3.4實際電感模型57

1.4運放輸出阻抗RO與ROUT58

1.4.1RO與ROUT的定義與推導58

1.4.2根據運放數據手冊求解RO62

1.4.3RO負載測量法65

1.4.4RO激勵測量法68

第2章運放電路單反饋補償設計70

2.1容性負載穩定性分析70

2.1.1Aol修正模型頻域測試70

2.1.2Aol修正模型時域測試72

2.2隔離電阻補償75

2.2.1隔離電阻補償原理75

2.2.2隔離電阻補償參數計算與頻域測試75

2.2.3隔離電阻補償電路實例測試77

2.3反饋電容補償80

2.3.1反饋電容補償原理與參數計算80

2.3.2反饋電容補償電路仿真測試82

2.3.3反饋電容補償設計實例86

2.4噪聲增益補償95

2.4.1反相放大電路噪聲增益補償100

2.4.2同相放大電路噪聲增益補償101

2.4.3噪聲增益補償實例測試103

第3章運放電路Riso雙反饋補償設計113

3.1Riso雙反饋補償原理113

3.2OPA177雙極型運放雙反饋控制115

3.2.1OPA177雙極型運放模型測試115

3.2.2OPA177容性負載Riso雙反饋測試125

3.3CMOS運放容性負載雙反饋控制148

3.3.1OPA734 CMOS運放模型建立149

3.3.2OPA734 CMOS運放電路雙反饋測試155

3.3.3OPA734運放電路雙反饋頻域與時域對比158

第4章運放電路設計實例172

4.1熱電偶變送器172

4.1.1熱電偶變送器工作原理分析172

4.1.2熱電偶變送器雙反饋補償設計173

4.1.3熱電偶變送器頻域穩定性測試173

4.1.4熱電偶變送器時域穩定性測試180

4.1.5供電保護電路分析182

4.2複合放大電路186

4.2.1複合放大電路工作特性186

4.2.2複合放大電路反饋超前補償設計188

4.2.3第2級運放OA2反饋補償設計193

4.2.4複合運放設計實例198

4.3運放OPAX192模型建立及性能測試206

4.3.1OPAX192模型建立206

4.3.2OPAX192性能測試211

4.3.3OPAX192精密參考源緩衝電路227

第5章運放電路擴展設計233

5.1單電源供電緩衝電源設計233

5.1.1緩衝電源工作原理分析233

5.1.2緩衝電源開環測試234

5.1.3緩衝電源閉環測試235

5.1.410V/100mA緩衝電源設計239

5.2BJT線性電源設計246

5.2.1BJT線性電源開環頻域測試246

5.2.2BJT線性電源瞬態測試246

5.3MOSFET線性電源設計255

5.3.1MOSFET線性電源開環頻域測試256

5.3.2MOSFET線性電源瞬態測試257

5.436W線性電源分析264

5.4.1恆壓控制264

5.4.2恆壓串聯控制270

5.4.3恆流控制273

5.4.4恆壓與恆流聯合控制277

5.4.5常規並聯控制277

5.4.6自動並聯控制279

5.4.7恆壓環路穩定性分析286

5.4.8恆流環路穩定性分析289

5.4.9遠程控制292

第6章運放電路穩定性實際測試296

附錄重要元器件的PSpice模型313

參考文獻328

致謝

作者簡介

第1部分初級電子學

第1章引言3

本書目標3

第2章元器件和原理圖5

2.1導線5

2.2導線工具6

2.3電池7

2.3.1電池「首次解密」9

2.3.2串聯電路和電池座10

2.3.3「第二次解密」：提高LED鑰匙扣燈電池壽命12

2.3.4「第三次解密」：將AA電池裝進筆形電筒13

2.3.5手電筒製作13

2.4電壓、電流、電阻和功率15

2.5電阻17

2.6電容20

2.7電感和線圈22

2.8半導體25

2.8.1二極管和整流器25

2.8.2放大器26

2.8.3雙極型晶體管27

2.8.4真空管29

2.9放大器和邏輯門集成電路31

2.10電路圖32

參考文獻35

第3章組裝工藝和簡單測試設備36

3.1無焊電路組裝工藝36

3.1.1利用雙絞線組裝電路36

3.1.2自製實驗板38

3.2麵包板39

3.3焊接工具41

3.4電線或連接器預鍍錫43

3.5各種接頭焊接實例44

3.6麵包板焊接44

3.7矢量和穿孔板46

3.8矢量板焊接——LM386音頻放大器47

3.9簡單測試設備——電池測試儀49

3.10萬用表用作電池測試儀51

3.11元件清單53

參考文獻54

第4章光發射器和接收器55

4.1白熾燈55

4.2＃222手電筒燈泡實驗56

4.3LED58

4.4LED驅動60

4.5LED輸出參數61

4.6LED與白熾燈對比62

4.7LED實驗測試62

4.7.1LED實驗162

4.7.2LED實驗263

4.8光接收器64

4.9光敏二極管實驗66

4.10遙控信號接收實驗68

參考文獻70

第5章二極管、整流器及相關電路71

5.1二極管和整流器工作特性71

5.2電源交流-直流轉換電路73

5.3直流分壓電路和電壓乘法器77

5.4二極管開關和增益控制81

5.5測量電池組直流電阻實驗82

5.6二極管增益控制電路83

5.7二極管混合射頻電路85

5.8二極管邏輯電路86

5.9變容二極管87

5.10電壓調節齊納二極管87

參考文獻89

第6章晶體管、場效應晶體管和真空管90

6.1電流源和電壓控制電流源器件90

6.2利用JFET構建恆流「二極管」91

6.3利用雙極型晶體管構建電流源93

6.4輸入信號變化時集電極電流和電壓增益變化值測量95

6.5利用LED建立基準電壓97

6.6利用恆流源提供低紋波輸出電源99

6.7利用JFET、MOSFET和真空管建立電流源102

6.8利用晶體管放大器和LED構建低功耗夜明燈107

6.9運算放大器快速瀏覽109

6.10利用JFET和雙極型晶體管建立電壓控制電阻114

參考文獻114

第2部分中級電子學

第7章放大器和反饋117

7.1什麼是負反饋系統117

7.2同相增益運算放大器119

7.3反相增益配置121

7.4實驗：光敏二極管傳感器和自動電平控制放大器123

7.4.1光傳感器123

7.4.2音頻信號電平控制125

7.5電壓控制放大電路127

7.6電壓控制共發射極放大器128

7.7利用負反饋穩定和調節自偏置集電極電流129

7.8功率輸出級和VBE乘法器電路132

7.9正反饋缺點134

7.10運算放大器選型136

參考文獻137

第8章音頻信號和電路138

8.1傳聲器、留聲機、線路輸入和揚聲器信號電平138

8.2用於廣播和錄音室的平衡或差分模式音頻信號140

8.3傳聲器前置放大器電路143

8.4利用附加晶體管增加增益帶寬積和實現低噪聲148

8.5利用移動磁體磁性建立高輸出唱機盒前置放大器149

8.6用於錄製和播放記錄的頻率響應和相位150

8.7RIAA均衡前置放大器實驗151

8.7.1RIAA唱機前置放大器實驗1151

8.7.2RIAA唱機前置放大器實驗2153

8.7.3RIAA唱機前置放大器實驗3：少即是多？156

8.7.4低電壓真空管放大器製作158

8.8前置放大器電路供電電源160

8.9音響設備標準失真測試162

參考文獻166

第9章振盪器167

9.1振盪器系統簡要概述167

9.2張弛振盪器工作原理169

9.3相移振盪器170

9.4自動增益控制無削波正弦波文氏橋振盪器173

9.5通用文氏橋振盪器175

9.6張弛振盪器設計實例176

9.7利用雙路比較器、場效應晶體管和觸發器建立555定時器179

9.8利用單片74HC14或74AC14建立張弛振盪器181

9.9射頻振盪器182

參考文獻186

第3部分高級電子學

第10章調幅信號和電路189

10.1AM信號定義189

10.2AM信號類型192

10.3載波抑制調幅信號194

10.4I通道和Q通道197

10.5基本收音機電路199

10.6收聽無線電廣播實驗202

10.6.1TRF收音機204

10.6.2固態再生收音機206

10.6.3再生收音機和TRF收音機對比207

10.6.4信號混合207

10.6.5雙聯可變電容器208

10.6.6振盪線圈209

10.6.7中頻變壓器209

10.7利用MK484/ TA7642芯片的超外差收音機213

10.8共射放大器測試215

參考文獻215

第11章調頻信號和電路216

11.1調頻信號定義216

11.2實驗1：採用壓控變容二極管建立調頻振盪器實驗218

11.2.1利用預加重和去加重發射與接收均衡曲線220

11.2.2觀察預加重和去加重影響222

11.2.3調頻和預加重網絡223

11.2.4調頻收音機225

11.3利用陶瓷濾波器和諧振器建立FM調諧器231

11.4Silicon Labs公司調頻收音機實驗235

11.5調頻探測器238

參考文獻245

第12章視頻基礎知識——包括視頻信號246

12.1通過對比度、亮度、分辨率和銳度檢查靜物照片246

12.2電視畫面分辨率和品質250

12.3寬高比253

12.4Kell係數255

12.5寬高比、Kell係數、幀速率和帶寬決定掃描行數256

12.6銳度和頻率響應259

12.7蝙蝠俠耳朵式圖像增強恢復259

12.8彩電基礎知識262

參考文獻264

第13章視頻電路與系統265

13.1視頻電路亮度和對比度265

13.2銳度電路269

13.3亮度、對比度和銳度視頻處理器271

參考文獻282

第14章高等電子數學283

14.1線性方程283

14.2偏置電壓285

14.3線性方程在FM立體聲系統中的應用288

14.4線性方程在顏色編碼中的應用289

14.5多項式291

14.6一階多項式負反饋系統296

14.7多項式在放大器負反饋失真效果計算中的應用298

14.8本章總結303

參考文獻303

第15章基本電路分析技術304

15.1基爾霍夫定律在環路和節點電路方程分析中的局限性304

15.2環路方程305

15.2.1輸入零電壓源305

15.2.2定義電流和電壓方向306

15.2.3使用正電荷電流推導電壓分壓器公式306

15.2.4使用節點方程求解並聯電阻307

15.3戴維南等效電路309

15.3.1通過戴維南等效電路分析實際電路311

15.4交流電路分析313

15.5RC低通和高通濾波器簡單瞬態或脈衝響應319

參考文獻322

第16章回顧與分析323

16.1文氏橋振盪器RC反饋網絡323

16.2唱機前置放大器327

16.3射極跟隨電路330

16.4利用發射極輸出阻抗決定共射放大器特性335

16.5反相增益視頻放大器分析338

16.6以前項目的改進或變化340

16.7利用60W燈泡實現文氏橋振盪器342

16.8諧波失真分析初探344

16.9利用差分增益求解諧波失真346

參考文獻348

第17章半導體開關器件349

17.1電路破解349

17.2發明和專利354

17.2.1應用於寬頻移相陶瓷濾波振盪器355

17.2.2非變容式電子可調電容器359

17.2.3伺服控制靜態偏置AB放大器 364

17.3其他設計實例368

17.3.1振盪器電源頻率調製368

17.3.2LC射頻匹配網絡369

參考文獻371

第18章故障排除與思考372

18.1電路組裝372

18.2電路完成與測試372

18.3直流偏置條件373

18.4正確選擇運算放大器374

18.5高速和大電流邏輯門電路374

18.6去耦電容374

18.7如何消除放大器振盪375

18.8低頻振盪375

18.9在電源端注入噪聲實現電源去耦378

18.10振盪器失振379

18.11減少外部噪聲380

18.12實例分析381

18.13利用AM / FM收音機測試振盪器是否工作381

18.14低壓差穩壓器382

18.15測試設備回顧382

18.16疑難解答總結383

18.17本書思考383ⅩⅩⅩⅡ