Глава 1
МЕСТО ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В МИРЕ ЭЛЕКТРОНИКИ 6
1.1. Суть проблемы 6
1.2. Решение 6
1.3. Рождение операционных усилителей 7
1.4. Эра электровакуумных ламп 8
1.5. Эра транзисторов 9
1.6. Эра интегральных микросхем 9
Литература 11

Глава 2
ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 12
2.1. Введение 12
2.2. Физические законы 12
2.3. Правило расчёта делителя напряжения 14
2.4. Правило расчёта делителя тока 15
2.5. Теорема Тевенина 16
2.6. Суперпозиция 18
2.7. Расчёт транзисторной схемы, работающей в ключевом режиме 20
2.8. Транзисторный усилитель 21

Глава 3
ИДЕАЛЬНЫЙ ОУ И УРАВНЕНИЯ, ОПИСЫВАЮЩИЕ ЕГО РАБОТУ 23
3.1. Понятие идеального ОУ 23
3.2. Неинвертирующий усилитель 24
3.3. Инвертирующий усилитель 25
3.4. Сумматор 26
3.5. Дифференциальный усилитель 27
3.6. Схемы со сложными цепями ОС 29
3.7. Видеоусилители 30
3.8. Конденсаторы 31
3.9. Почему идеальные ОУ разрушили бы Вселенную 32
3.10. Заключение 33

Глава 4
КОНСТРУИРОВАНИЕ СХЕМ НА ОУ С ОДНОПОЛЯРНЫМ ПИТАНИЕМ 35
4.1. Одно напряжение питания или два? 35
4.2. Анализ схем 37
4.3. Системы уравнений 41
4.3.1. Случай 1. VOUT = +mVIN + b 42
4.3.2. Случай 2. VOUT = +mVIN – b 46
4.3.3. Случай 3. VOUT = –mVIN + b 48
4.3.4. Случай 4. VOUT = –mVIN – b 51
4.4. Резюме 53

Глава 5
ПРОСТЕЙШИЕ СХЕМЫ НА ОУ 55
5.1. Многообразие схем применения ОУ 55
5.2. Неинвертирующий аттенюатор без смещения нуля 56
5.3. Неинвертирующий аттенюатор с положительным смещением нуля 56
5.4. Неинвертирующий аттенюатор с отрицательным смещением нуля 56
5.5. Инвертирующий аттенюатор без смещения нуля 57
5.6. Инвертирующий аттенюатор с положительным смещением нуля 57
5.7. Инвертирующий аттенюатор с отрицательным смещением нуля 58
5.8. Заключение 58

Глава 6
ТЕОРИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ 59
6.1. Зачем изучать теорию обратной связи? 59
6.2. Структурные схемы и математический анализ их работы 59
6.3. Уравнения обратной связи и стабильность 63
6.4. Анализ схем с ОС с помощью диаграмм Боде 64
6.5. Диаграммы Боде и стабильность усилителей с ОС 69
6.6. Уравнения второго порядка и предупреждение выбросов и звона 72
Литература 73

Глава 7
НЕИДЕАЛЬНЫЕ ОУ И КАК С НИМИ ОБРАЩАТЬСЯ 74
7.1. Введение 74
7.2. Обзор канонических уравнений 75
7.3. Неинвертирующий усилитель на ОУ 77
7.4. Инвертирующий усилитель на ОУ 79
7.5. Дифференциальный усилитель на ОУ 80

Глава 8
МЕТОДЫ КОМПЕНСАЦИИ ОУ С ОС ПО НАПРЯЖЕНИЮ 82
8.1. Введение 82
8.2. Встроенная компенсация 83
8.3. Внешняя компенсация, стабильность и характеристики 88
8.4. Компенсация с помощью доминантного полюса 89
8.5. Компенсация путём изменения коэффициента усиления 92
8.6. Компенсация с опережением по фазе 93
8.7. Компенсация влияния паразитных ёмкостей 96
8.8. Компенсация с опережением и задержкой 98
8.9. Сравнение различных методов компенсации 100
8.10. Заключение 101

Глава 9
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ С ОС ПО ТОКУ 102
9.1. Введение 102
9.2. Модель ОУ с ОС по току 102
9.3. Уравнения, описывающие стабильность 103
9.4. Неинвертирующий усилитель на ОУ с ОС по току 104
9.5. Инвертирующий усилитель на ОУ с ОС по току 106
9.6. Анализ стабильности 107
9.7. Выбор резистора в цепи ОС 110
9.8. Стабильность и входная ёмкость 112
9.9. Стабильность и ёмкость в цепи ОС 113
9.19. Компенсация влияния CF и CG 114
9.11. Резюме 114

Глава 10
СРАВНЕНИЕ ОУ С ОС ПО НАПРЯЖЕНИЮ И ПО ТОКУ 116
10.1. Введение 116
10.2. Точность 116
10.3. Диапазон рабочих частот 118
10.4. Стабильность 120
10.5. Импеданс 122
10.6. Сравнение уравнений 123

Глава 11
ПОЛНОСТЬЮ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ОУ 125
11.1. Введение 125
11.2. Что значит полностью дифференциальный ОУ? 125
11.3. Как используется второй выход? 126
11.4. Полностью дифференциальный каскад 126
11.5. Преобразование несимметричных сигналов в дифференциальные 127
11.6. Работа с несимметричными входными сигналами 128
11.7. Новые функции 129
11.8. Использование вывода VOCM в качестве входа управления смещением выходов 130
11.9. Инструментальные усилители 131
11.10. Схемы фильтров 132
11.10.1. Однополюсный фильтр 132
11.10.2. Двухполюсные фильтры 132
11.10.3. Фильтры с несколькими цепями ОС 134
11.10.4. Биквадратный фильтр 136

Глава 12
ШУМЫ В ОУ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 137
12.1. Введение 137
12.2. Определения 137
12.2.1. Среднеквадратичное и пиковое значения напряжения шумов 137
12.2.2. Уровень собственных шумов 138
12.2.3. Отношение сигнал/шум 139
12.2.4. Суммирование шумов от различных источников 139
12.2.5. Единицы измерения 139
12.3. Типы шумов 140
12.3.1. Дробовые шумы 140
12.3.2. Тепловые шумы 142
12.3.3. Фликкер-шум 144
12.3.4. Импульсные шумы 144
12.3.5. Шумы лавинного пробоя 145
12.4. Цвета шумов 145
12.4.1. Белый шум 146
12.4.2. Розовый шум 147
12.4.3. Красный и коричневый шумы 147
12.5. Шумы операционных усилителей 147
12.5.1. Частота излома шумовой характеристики и суммарные шумы 147
12.5.2. Частота излома шумовой характеристики 148
12.5.3. Шумовая модель ОУ 149
12.5.4. Шумы в инвертирующем усилителе на ОУ 150
12.5.5. Шумы в неинвертирующем усилителе на ОУ 152
12.5.6. Шумы в дифференциальном усилителе на ОУ 152
12.5.7. Резюме 153
12.6. Реальные схемы 153
Литература 157

Глава 13
ПАРАМЕТРЫ ОУ 158
13.1. Введение 158
13.2. Температурный коэффициент входного тока 161
13.3. Температурный коэффициент напряжения смещения 162
13.4. Погрешность дифференциального коэффициента усиления 162
13.5. Запас устойчивости по коэффициенту усиления 162
13.6. Коэффициент усиления с разомкнутой цепью ОС 163
13.7. Коэффициент усиления при большом сигнале 164
13.8. Дифференциальный коэффициент усиления при большом сигнале 164
13.9. Частота единичного усиления 165
13.10. Ширина полосы пропускания по заданному уровню 165
13.11. Полоса частот 165
13.12. Входная ёмкость 166
13.13. Входная ёмкость для синфазных сигналов 166
13.14. Дифференциальная входная ёмкость 167
13.15. Ёмкость нагрузки 167
13.16. Коэффициент влияния напряжения питания 167
13.17. Коэффициент ослабления синфазного сигнала 168
13.18. Частота 168
13.19. Произведение коэффициента усиления на полосу частот 168
13.20. Ток потребления в режиме блокировки 169
13.21. Ток потребления 169
13.22. Диапазон входных токов 169
13.23. Входной ток 169
13.24. Разность входных токов 170
13.25. Спектральная плотность приведённого ко входу шумового тока 170
13.26. Выходной ток 171
13.27. Выходной ток низкого уровня 171
13.28. Выходной ток короткого замыкания 171
13.29. Рассеиваемая мощность 171
13.30. Коэффициент подавления пульсаций напряжения питания 171
13.31. Тепловое сопротивление кристалл — окружающая среда 172
13.32. Тепловое сопротивление кристалл — корпус 174
13.33. Входное сопротивление 174
13.34. Дифференциальное входное сопротивление 174
13.35. Сопротивление нагрузки 174
13.36. Сопротивление Rnull 174
13.37. Выходное сопротивление 175
13.38. Сопротивление источника сигналов 175
13.39. Скорость нарастания напряжения 175
13.40. Рабочая температура 177
13.41. Время выключения (переход в режим блокировки) 177
13.42. Время включения (выход из режима блокировки) 177
13.43. Время спада 177
13.44. Коэффициент нелинейных искажений 177
13.45. Коэффициент нелинейных искажений плюс шумы 178
13.46. Максимально допустимая температура кристалла 180
13.47. Время нарастания 180
13.48. Время установления 180
13.49. Температура хранения 181
13.50. Напряжение питания 181
13.51. Диапазон входных напряжений 181
13.52. Входное синфазное напряжение 181
13.53. Диапазон входных синфазных напряжений 182
13.54. Входное дифференциальное напряжение 182
13.55. Диапазон входных дифференциальных напряжений 183
13.56. Напряжение включения (при выходе из режима блокировки) 183
13.57. Напряжение выключения (при переходе в режим блокировки) 183
13.58. Входное напряжение 183
13.59. Напряжение смещения на входе 183
13.60. Спектральная плотность приведённого ко входу напряжения шумов 184
13.61. Напряжение шумов в полосе частот 185
13.62. Выходное напряжение высокого уровня 185
13.63. Выходное напряжение низкого уровня 186
13.64. Максимальный размах выходного напряжения 186
13.65. Размах выходного напряжения 187
13.66. Размах напряжения прямоугольных импульсов 187
13.67. Перекрёстные искажения 187
13.68. Выходной импеданс 187
13.69. Трансимпеданс при разомкнутой ОС 188
13.70. Ширина полосы при неравномерности АЧХ 0.1 дБ 189
13.71. Дифференциальная фазовая погрешность 189
13.72. Запас устойчивости по фазе 189
13.73. Температура корпуса в течение 60 с 190
13.74. Постоянная рассеиваемая мощность 190
13.75. Продолжительность короткого замыкания выхода 190
13.76. Долговременный дрейф входного напряжения смещения 190
13.77. Температура выводов в течение 10 или 60 с 191

Глава 14
ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ: ДАТЧИКИ И АЦП 192

Глава 15
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОУ В КАЧЕСТВЕ ИНТЕРФЕЙСА К АЦП 215

Глава 16
ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В ТРАКТАХ ПЧ 224

Глава 17
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ В ВЧ УЗЛАХ 244

Глава 18
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОУ СОВМЕСТНО С ЦАП 261

Глава 19
ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ 284

Глава 20
АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ 305

Глава 21
КОНСТРУИРОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ 360

Глава 22
КОНСТРУИРОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ФИЛЬТРОВ 371

Глава 23
РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ 388

Глава 24
КОНСТРУИРОВАНИЕ НИЗКОВОЛЬТНЫХ СХЕМ С ОУ 419

Глава 25
НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЁННЫЕ ОШИБКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОУ 442

Приложение А
КОЛЛЕКЦИЯ СХЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ОУ С ОДНОПОЛЯРНЫМ ПИТАНИЕМ 459
А.1. Введение 459
А.2. Инструментальный усилитель 459
А.3. Упрощённый инструментальный усилитель 460
А.4. Т-образная схема в цепи ОС 461
А.5. Инвертирующий интегратор 462
А.6. Инвертирующий интегратор с компенсацией входного тока 463
А.7. Инвертирующий интегратор с компенсацией дрейфа 464
А.8. Инвертирующий интегратор с механическим сбросом 464
А.9. Инвертирующий интегратор с электронным сбросом 465
А.10. Инвертирующий интегратор с резистивным сбросом 466
А.11. Неинвертирующий интегратор с инвертирующим буфером 467
А.12. Неинвертирующий интегратор на одном ОУ 467
А.13. Двойной интегратор 468
А.14. Дифференциальный интегратор 469
А.15. Интегратор переменных сигналов 469
А.16. Суммирующий интегратор 470
А.17. Инвертирующий дифференциатор 470
А.18. Инвертирующий дифференциатор с фильтром шумов 471
А.19. Суммирующий дифференциатор 472
А.20. Базовая схема генератора Вина 472
А.21. Генератор с мостом Вина и нелинейной ОС 473
А.22. Генератор с мостом Вина и АРУ 474
А.23. Квадратурный генератор 475
А.24. Классический генератор на фазосдвигающих цепочках 476
А.25. Генератор с фазосдвигающими цепями и буферами 477
А.26. Генератор Бубба 478
А.27. Генераторы треугольных импульсов 479
А.28. Аттенюаторы 479
А.29. Модель индуктивности 481
А.30. Полосовые и режекторные фильтры на ОУ с Т-образными цепями 483
А.31. Генератор постоянного тока 485
А.32. Инвертор опорного напряжения 485
А.33. Усилитель мощности 486
А.34. Схема получения абсолютного значения сигнала 487
А.35. Пиковый детектор 487
А.36. Прецизионный выпрямитель 488
А.37. Преобразователь переменного напряжения в постоянное 488
А.38. Двухполупериодный выпрямитель 489
А.39. Регулятор тембра 489
А.40. Фильтры для подбора АЧХ 491

Литература 493

Приложение Б
СОГЛАСОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ПО ВХОДУ 494
Б.1. Введение 494
Б.2. Согласование дифференциального усилителя 496
Б.3. Инвертирующий канал 497
Б.4. Неинвертирующий канал 498
Б.5. Дифференциальное выходное напряжение 499
Б6. Результаты испытаний 500
Б.6.1. Коэффициент усиления 0.5 500
Б.6.2. Коэффициент усиления 1 501

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ