74 Применения операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. — М,: Мир, 1985.— 572 с., ил.
В книге известного американского специалиста рассмотрены методы построения и расчета электронных устройств с применением интегральных микросхем (ИМС) операционных усилителей, линейных и импульсных стабилизаторов напряжения, преобразователей данных, а также токоразностных и измерительных усилителей. Содержится много практических примеров создания таких устройств. Обсуждаются новейшие разработки в области линейных ИМС.
Для специалистов в области электроники, автоматики, телемеханики, вычислительной и измерительной техники, а также для студентов соответствующих специальностей вузов.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
-За последние годы благодаря развитию локальных и децентрализованных систем управления, в том числе на базе микропроцессоров, резко усилился интерес к проблемам построения и использования ИМС сервисного аналогового оборудования — операционным усилителям с мощными выходами, измерительным усилителям, источникам стабилизированного питания, преобразователям данных.
Предлагаемая вниманию читателей книга представляет собой не просто пособие для специалистов и учащихся, но может быть использована и как справочное руководство по этим актуальным вопросам, содержащее информацию о разработках последних лет. В книге дано большое число примеров инженерного расчета узлов и устройств на базе типовых линейных ИМС (многие из которых имеют полные отечественные аналоги), приведена ценная информация по схемотехнике и характеристикам ряда передовых разработок. Автор сумел найти удачное сочетание необходимых теоретических и практических сведений и добиться методической цельности в подаче материала.
По сравнению с вышедшими ранее в издательстве «Мир» книгами аналогичного содержания (Дж. Рутковский, «Интегральные операционные усилители», 1978 г., Р. Кофлин и Ф. Дрискол, «Операционные усилители и линейные интегральные схемы», 1979 г.), которые в свое время очень быстро разошлись, в книге Л. Фолкенберри содержится много новой полезной информации.
При переводе книги в значительной мере сохранены терминология и обозначения автора, в особенности в разделах, посвященных сравнительно новым разработкам. Книга представляет несомненный интерес для специалистов в области электроники, автоматики, телемеханики, вычислительной и измерительной техники, а также для студентов соответствующих специальностей вузов.
М. Гальперин
ПРЕДИСЛОВИЕ
Второе издание данной книги преследует цель ознакомить студентов, изучающих электронику, с принципом действия и основными схемами операционных усилителей, их параметрами и способами измерения этих параметров; дополнительно рассмотрены также некоторые специальные линейные схемы и усилители. Материал излагается с минимальным использованием математического аппарата при сохранении необходимой строгости изложения, что делает его ясным и легкодоступным.
Положения, которые могут оказаться полезными в практике конструирования схем и расчета их компонентов, специально отмечаются в основном тексте и в лабораторных работах, а наиболее важные из вычислительных процедур иллюстрируются примерами расчета работоспособных схем.
Книгу можно использовать в.качестве учебного пособия для годичного курса по теории и применениям операционных усилителей, читаемого в колледжах, технических институтах, а также для одно- и двухгодичных технологических программ. Она предназначается также для техников-электронщиков, желающих пополнить свои знания об операционных усилителях.
Каждая глава содержит введение, краткий перечень целей, основной текст с примерами, краткие выводы, контрольные вопросы и описание лабораторной работы. Лабораторные работы построены таким образом, чтобы их можно было выполнить с помощью самого доступного оборудования, которое обычно имеется в распоряжении большинства учебных заведений.
Для выполнения этих работ не требуется никаких дефицитных деталей или предметов, а используемые операционные усилители широко применяются и легко доступны. В книге описано большое количество лабораторных экспериментов, из числа которых преподаватель может выбрать упражнения, наиболее подходящие для конкретной аудитории.
В настоящее издание включены новые главы 8, 10 и 11. В гл. 8 описано несколько типов активных фильтров, причем
с минимумом математических выкладок. Тем не менее после изучения этой главы читатель может самостоятельно сконструировать высококачественные активные фильтры. В гл. 10 описаны линейные и импульсные стабилизаторы напряжения для источников питания; в нее включены как общие принципы конструирования таких стабилизаторов, так и описания существующих интегральных схем (ИС). Глава 11 знакомит читателя с некоторыми ИС усилителей специального назначения, такими, как компараторы, токоразностные усилители, измерительные усилители и развязывающие усилители; в этой главе описаны также некоторые применения компараторов и таймеры типа 555. Кроме того, автор счел целесообразным более подробно осветить некоторые вопросы и привести дополнительные примеры.
Автор не считает принятую им последовательность глав обязательной; их порядок можно менять так, чтобы наилучшим образом удовлетворить требованиям конкретного курса, как неоднократно поступал и сам автор. Некоторые предпочитают после гл. I сразу переходить к гл. 5 и следующим за ней, оставляя главы 2—4 для последующего изучения. Текст книги построен так, что его удобно изучать и в этой последовательности.
Весь материал разбит по главам следующим образом. В гл. 1 списаны операционный усилитель и принцип его работы и даны основные схемы усилителей. В гл. 2 более подробно рассматриваются обратная связь, а также некоторые источники ошибок, связанные с неидеальностью усилителей, и объясняется, что такое «внешняя компенсация сдвига». В гл. 3 рассматриваются ток смещения, КОСС, способы измерения этих величин, температурные ошибки и стабилизация прерыванием. В гл. 4 приведены частотные характеристики, рассмотрены способы фазовой коррекции и скорость нарастания. Глава 5 посвящена суммирующим схемам. В гл. 6 описаны интеграторы и дифференциаторы, в гл. 7 — логарифмические схемы, а в гл. 8 — активные фильтры. В гл. 9 приведены схемы, иллюстрирующие обычные применения операционных усилителей. В гл. 10 и 11 описаны стабилизаторы напряжения и некоторые линейные ИС специального назначения. В гл. 12 изучаются шумы и способы заземления. Приложение А содержит обзор по операционным усилителям. В приложении Б рассматриваются внутреннее устройство и действие ОУ цА741. В приложении В описаны серийные схемы операционных усилителей. В приложениях Г—Е приведены вычисления, оказавшиеся слишком громоздкими, чтобы быть помещенными в основном тексте, а в приложении Ж даны ответы на контрольные вопросы. В конце книги помещен указатель символов и терминов.
Для успешного изучения данной книги читателю необходимо знать основные сведения о транзисторах и основы алгебры.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода.............,• • • 5
Предисловие......................... 6
Глава 1. Основные сведения об операционных усилителях..... 9
1.1. Что такое операционный усилитель?........... 9
1.2. Выводы операционного усилителя......... ... 13
1.3. Основные параметры операционных усилителей....... 14
1.4. Режим суммирующей точки............... 16
1.5. Повторитель напряжения . ,............. 16
1.6. Неинвертирующий усилитель.............. 18
1.7. Инвертирующий усилитель.............. 20
1.8. Усилитель с дифференциальным входом......... 21
1.9. Усилитель с дифференциальным выходом (балансный) .... 23
Контрольные вопросы.................. 2г>
Лабораторная работа.................. 26
Глава 2. Отрицательная обратная связь и внешняя компенсация ... 30
2.1. Влияние отрицательной обратной связи на коэффициент усиления........................ 30
2.2. Влияние отрицательной обратной связи на выходное сопротивление ...................... 31
2.3. Влияние отрицательной обратной связи на входное сопротивление ...................... 33
2.4. Реальный неинвертирующий усилитель.......... 35
2.5. Реальный инвертирующий усилитель........... 37
2.6. Внешняя компенсация сдвига.............. 39
Контрольные вопросы.................. 43
Лабораторная работа.................. 43
Глава 3. Ток смещения, коэффициент ослабления синфазных сигналов (КОСС), температурный дрейф и стабилизация за счет прерывания ,.........,.......... 47
3.1. Ток сдвига и его измерение.............. 47
3.2. Коэффициент ослабления синфазных сигналов....... 49
3.3. Измерение КОСС.................. 52
3.4. Параметры, зависящие от температуры.......... 53
3.5. Погрешности, вызываемые &UC№/&T и А/СдВ/АГ...... 54
3.6. Стабилизация прерыванием.............. 57
3.7. Варикапные операционные усилители с синусоидальной несущей частотой..................... 63
,3.8. Ппробпяяовятели ток — няппяжрние........... fil
Аонтрольные вопросы..................63
Лабораторная работа..................64
Глава 4. Характеристики, зависящие от частоты.........66
4.1. Частотная характеристика.............. 67
4.2. Шкала децибел...................69
4.3. Наклон (скорость спада) коэффициента усиления......71
4.4. Скорость спада в многокаскадном усилителе........73
4.5. Коррекция частотной характеристики..........89
4.6. Другие методы частотной коррекции...........95
4.7. О выборе параметров #С-цепей.............99
4.8. Стабилизация при большой емкостной нагрузке......101
Контрольные вопросы..................103
Лабораторная работа..................104
Глава 5. Суммирующие схемы . . , ,............ 107
5.1. Инвертирующий сумматор..............107
5.2. Схема суммирования с масштабными коэффициентами ... .108
5.3. Схема сложения-вычитания..............ПО
5.4. Неинвертирующий сумматор..............113
5.5. Решение системы уравнений..............114
5.6. Пропорциональное управление . . . . '.........117
5.7. Смеситель сигналов.................121
Контрольные вопросы..................123
Лабораторная работа..................123
Глава 6. Интеграторы и дифференциаторы...........126
6.1. Интегратор ...................127
6.2. О реальном интеграторе...............131
6.3. Частотная характеристика интегратора.........133
6.4. Схемы ограничения.................135
6.5. Суммирующий интегратор..............137
6.6. Интегратор-усилитель................138
6.7. Разностный интегратор...............138
6.8. Трехрежимный интегратор..............139
6.9. Двойное интегрирование...............141
6.10. Дифференциатор .................142
6.11. Стабилизация дифференциатора............143
6.12. Скорректированный дифференциатор как частотный фильтр 145
6.13. Действие дифференциатора на некоторые типы сигналов . .146
6.14. Суммирующий дифференциатор............ 149
6.15. Дифференциатор-усилитель .............150
6.16. Разностный дифференциатор.............150
6.17. Решение дифференциального уравнения.........151
Контрольные вопросы..................156
Лабораторная работа..................157
Глава 7. Логарифмические схемы............... 160
7.1. Схема логарифмического пребразователя......... 161
7.2. Усовершенствованные логарифмические схемы....... 164
7.3. Антилогарифмический усилитель............ 166
7.4. Схема умножения.................. 167
7.5. Схема деления................... 169
7.6. Схема получения логарифма отношения......... 171
7.7. Функциональные преобразователи........... 171
-70 /-..----- /_- Г- К
Контрольные вопросы..................177
Лабораторная работа..................178
Глава 8. Активные фильтры.................181
8.1. Основные определения................181
8.2. Полюса и частотная характеристика на переходном участке . .186
8.3. Типы частотных характеристик фильтров.........186
8.4. Некоторые типы активных фильтров........... 195
8.5. Процедуры расчета компонент и примеры . . . .-.....202
8.6. Каскадное соединение фильтров.............213
8.7. Гираторы ....................224
Контрольные вопросы..................227
Лабораторная работа..................227
Глава 9. Избранные схемы на операционных усилителях ..... 233
9.1. Пиковый детектор.................233
9.2. Детектор размаха сигнала от пика до пика.......234
9.3. Детектор нуля сигнала (прохождения сигнала через нуль) 235
9.4. Фазовый детектор.................236
9.5. Схема выборки —хранения'..............237
9.6. Точный выпрямитель................ 241
9.7. Бустеры выходного тока............ 243
9.8. Источники неизменного тока.............245
9.9. Источники напряжения............... 243
9.10. Генератор напряжения ступенчатой формы........248
9.11. Генераторы сигналов................250
Контрольные вопросы..................262
Лабораторная работа..................262
Глава 10. Интегральные схемы стабилизаторов напряжения..... 265
ЮН. Стабилизаторы напряжения............ . 265
10.2. ИС линейных стабилизаторов напряжения........ 280
10.3. Импульсные стабилизаторы............. 303
10.4. Ключевой стабилизатор МС 3420 фирмы Motorola..... 324
Контрольные вопросы.................. 335
Лабораторная работа.................. 336
Глава 11. Специализированные интегральные схемы.......342
11.1. Компараторы...................342
11.2. Текоразностный усилитель..............371
11.3. Таймеры типа 555.................377
11.4. Измерительные усилители..............388
11.5. Изолирующие усилители......: ........399
Контрольные вопросы..................403
Лабораторная работа..................406
Глава 12. Шумы................... 410
12.1. Шум Джонсона (тепловой шум)........... 410
12.2. Шумы Шоттки ..................411
12.3. Фликкер-шум, или (1//)-шум.............412
12.4. Отношение сигнал/шум...............413
12.5. Коэффициент шума и шум-фактор...........413
12.6. Наводки ........,............414
12.7. Заземление ...................415
Контрольные вопросы..................416
Лабораторная работа..................416
Приложение А. Дифференциальные усилители..........420
Приложение Б. Операционный усилитель цА741 фирмы Fairchild , , . 426
Приложение В. Каталожные описания и паспорта интегральных схем
и операционных усилителей..............429
Приложение Г. Вывод уравнения (4.1) зависимости коэффициента усиления усилителя без обратной связи от частоты.......549
Приложение Д. Вывод уравнения для Лкорр в цепи частотной коррекции
(компенсации запаздывания по фазе) операционного усилителя 550
Приложение Е. Вывод выражений для Д1/ВЫХ/Д1/ВХ, Д1/ВЫх/Д/н и к. п. д.
повышающего импульсного стабилизатора напряжения .... 552
Приложение Ж. Ответы на контрольные вопросы........555
Приложение 3. Список основных обозначений , ........ . 559
Приложение И. Словарь терминов.............. 561
Предметный указатель....................566
Цена: 300руб.
