国外电子与电气工程技术丛书:基于运算放大器的模拟集成电路设计(英文版·第4版)

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[美] Sergio Franco 著,何乐年 注
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出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111489337
版次:1
商品编码:11615364
品牌:机工出版
包装:平装
丛书名: 国外电子与电气工程技术丛书
开本:16开
出版时间:2015-01-01
用纸:胶版纸
页数:727

具体描述

内容简介

  《国外电子与电气工程技术丛书:基于运算放大器的模拟集成电路设计(英文版·第4版)》全面阐述以运算放大器和模拟集成电路为主要器件构成的电路原理、设计方法和实际应用。详细介绍了运算放大器的基本原理和应用,第运算放大器的诸多工程实际问题,最后介绍面向各种应用的电路设计方法。《国外电子与电气工程技术丛书:基于运算放大器的模拟集成电路设计(英文版·第4版)》作为第4版,更透彻地阐述了负反馈和电路设计布局,新增了电流反馈放大器、开关稳压器和锁相环的内容。

作者简介

  弗克兰(Sergio Franco),出生在意大利,1980年开始在美国旧金山州立大学电气工程系授课,期间获得了伊利诺伊大学香槟分校博士学位。成为该系荣誉教授。在就任现职之前,Franco博士拥有广泛的行业经验。在诸如固态物理学、模式识别、集成电路(IC)设计、医学电子、日用电子和汽车电子等领域工作过,发表论文颇丰。Franco博士还是《Analog Circuit Design:Discrete&Inteqrated》(McGraw—Hill Education,2014)和《Electric Ciruit Fundamentals》(Oxford University Press,1995)两本教科书的作者。

内页插图

目录

Preface
1 Operational Amplifier Fundamentals
1.1 Amplifier Fundamentals
1.2 The Operational Amplifier
1.3 Basic Op Amp Configurations
1.4 Ideal Op Amp Circuit Analysis
1.5 Negative Feedback
1.6 Feedback in Op Amp Circuits
1.7 The Return Ratio and Blackman's Formula
1.8 Op Amp Powering
Problems
References
Appendix 1A Standard Resistance Values

2 Circuits with Resistive Feedback
2.1 Current—to—Voltage Converters
2.2 Voltage—to—Current Converters
2.3 Current Amplifiers
2.4 Difference Amplifiers
2.5 Instrumentation Amplifiers
2.6 Instrumentation Applications
2.7 Transducer Bridge Amplifiers
Problems
References

3 Active Filters: Part 1
3.1 The Transfer Function
3.2 First—Order Active Filters
3.3 Audio Filter Applications
3.4 Standard Second—Order Responses
3.5 KRC Filters
3.6 Multiple—Feedback Filters
3.7 State—Variable and Biquad Filters
3.8 Sensitivity
Problems
References
Active Filters: Part 2

4.1 Filter Approximations
4.2 Cascade Design
4.3 Generalized Impedance Converters
4.4 Direct Design
4.5 The Switched Capacitor
4.6 Switched—Capacitor Filters
4.7 Universal SC Filters
Problems
References

5 Static Op Amp Limitations
5.1 Simplified Op Amp Circuit Diagrams
5.2 Input Bias and Offset Currents
5.3 Low—Input—Bias—Current Op Amps
5.4 Input Offset Voltage
5.5 Low—Input—Offset—Voltage Op Amps
5.6 Input Offset Error and Compensation Techniques
5.7 Input Voltage Range/Output Voltage Swing
5.8 Maximum Ratings
Problems
References
Appendix 5A Data Sheets of the #A741 Op Amp

6 Dynamic Op Amp Limitations
6.1 Open—Loop Frequency Response
6.2 Closed—Loop Frequency Response
6.3 Input and Output Impedances
6.4 Transient Response
6.5 Effect of Finite GBP on Integrator Circuits
6.6 Effect of Finite GBP on Filters
6.7 Current—Feedback Amplifiers
Problems
References

7 Noise
7.1 Noise Properties
7.2 Noise Dynamics
7.3 Sources of Noise
7.4 Op Amp Noise
7.5 Noise in Photodiode Amplifiers
7.6 Low—Noise Op Amps
Problems
References

8 Stability
8.1 The Stability Problem
8.2 Phase and Gain Margin Measurements
8.3 Frequency Compensation of Op Amps
8.4 Op Amps Circuits with a Feedback Pole
8.5 Input—Lag and Feedback—Lead Compensation
8.6 Stability in CFA Circuits
8.7 Composite Amplifiers
Problems
References

9 Nonlinear Circuits
9.1 Voltage Comparators
9.2 Comparator Applications
9.3 Schmitt Triggers
9.4 Precision Rectifiers
9.5 Analog Switches
9.6 Peak Detectors
9.7 Sample—and—Hold Amplifiers
Problems
References

10 Signal Generators
10.1 Sine Wave Generators
10.2 Multivibrators
10.3 Monolithic Timers
10.4 Triangular Wave Generators
10.5 Sawtooth Wave Generators
10.6 Monolithic Waveform Generators
10.7 V—F and F—V Converters
Problems
References

11 Voltage References and Regulators
11.1 Performance Specifications
11.2 Voltage References
11.3 Voltage—Reference Applications
11.4 Linear Regulators
11.5 Linear—Regulator Applications
11.6 Switching Regulators
11.7 The Error Amplifier
11.8 Voltage Mode Control
11.9 Peak Current Mode Control
11.10 PCMC of Boost Converters
Problems
References

12 D—A and A—D Converters
12.1 Performance Specifications
12.2 D—A Conversion Techniques
12.3 Multiplying DAC Applications
12.4 A—D Conversion Techniques
12.5 Oversampling Converters
Problems
References

13 Nonlinear Amplifiers and Phase—Locked Loops
13.1 Log/Antilog Amplifiers
13.2 Analog Multipliers
13.3 Operational Transconductance Amplifiers
13.4 Phase—Locked Loops
13.5 Monolithic PLLs
Problems
References
Index

前言/序言




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《模拟集成电路设计——运算放大器篇》 本书聚焦于模拟集成电路设计的核心——运算放大器。它深入剖析了运算放大器这一基础且强大的模拟积木块,从其基本原理、内部结构,到各种高级应用和设计技巧,提供了一个全面而深入的视角。本书旨在为电子工程领域的学生、研究人员以及工程师提供一个扎实的理论基础和实用的设计指南,帮助他们掌握运算放大器在现代电子系统中的设计与应用。 内容概述: 本书的起点是对运算放大器基本概念的详尽阐述。读者将首先学习到运算放大器的理想模型,理解其关键参数如开环增益、输入阻抗、输出阻抗、带宽、压摆率、共模抑制比和电源抑制比等。这些参数的定义、意义以及它们对电路性能的影响将被清晰地解释。 随后,本书将深入探讨运算放大器内部的实际电路结构。从最基本的差分放大器级开始,逐步介绍到增益级、输出级以及偏置电路等关键组成部分。通过分析这些实际的晶体管级电路,读者可以理解为何运算放大器在实际应用中并非完全理想,以及如何通过电路设计来优化其性能。特别地,本书将详述双极结型晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)运算放大器的设计细节,并对比分析它们的优缺点。 在掌握了运算放大器的内部构造后,本书将重点转向其在各种模拟信号处理应用中的设计。这部分内容是本书的重中之重,涵盖了从基础到复杂的各种运算放大器应用电路。 基本运算电路: 读者将学习到如何利用运算放大器构建各种基本的信号处理模块,包括但不限于: 反相放大器与同相放大器: 理解增益控制的原理,以及它们在信号放大和衰减中的作用。 加法器与减法器: 学习如何组合多个输入信号,实现精确的信号叠加与差值计算。 积分器与微分器: 掌握利用运算放大器实现数学积分与微分运算,这在滤波器设计和控制系统中至关重要。 电压跟随器: 理解其作为缓冲器的作用,解决阻抗匹配问题。 滤波器设计: 滤波器是模拟电路设计中的核心部分。本书将详细介绍如何利用运算放大器设计各种类型的滤波器,包括: 低通、高通、带通和带阻滤波器: 阐述它们的频率响应特性。 有源滤波器与无源滤波器的比较: 分析有源滤波器在增益、Q值和设计灵活性上的优势。 Sallen-Key拓扑和多重反馈拓扑: 介绍两种常用的有源滤波器设计结构,并提供设计实例。 Butterworth、Chebyshev和Bessel滤波器: 讲解不同滤波器的设计目标和特性,以及如何根据应用需求选择合适的滤波器类型。 振荡器与波形发生器: 本书将介绍如何利用运算放大器构建各种类型的振荡器,产生不同形状的波形,如正弦波、方波、三角波等。将涵盖RC振荡器、LC振荡器等经典设计。 信号调理与数据转换: 运算放大器在信号调理电路中扮演着重要角色,例如: 仪表放大器: 讲解其高输入阻抗、高共模抑制比的特性,以及在精密测量中的应用。 跨导-电压转换器: 介绍如何将电流信号转换为电压信号。 模拟-数字转换器(ADC)和数字-模拟转换器(DAC)的前端电路: 解释运算放大器在数据采集和回放系统中的作用。 高级运算放大器应用: 除了上述基础应用,本书还将探讨一些更复杂的运算放大器设计,例如: 运算放大器失真分析与补偿: 探讨非线性失真、谐波失真等问题,并介绍减小失真的方法。 噪声分析与抑制: 分析运算放大器产生的各种噪声源,并提供降低噪声的设计策略。 稳定性分析: 深入研究运算放大器电路的稳定性问题,避免振荡,确保电路正常工作。 多级运算放大器: 探讨如何设计具有更高性能的多级放大器。 设计方法与实践: 本书不仅仅是理论的堆砌,更强调实际的设计流程和实践经验。每一章都可能包含设计实例,演示如何将理论知识应用于具体问题。同时,本书将指导读者如何利用仿真工具(如SPICE)来验证设计,并分析仿真结果。书中还会讨论实际电路设计中可能遇到的限制因素,如元件的非理想性、电源噪声、温度影响等,并提供相应的解决方案。 适用读者: 高等院校电子工程、通信工程、自动化等专业的本科生和研究生: 为学习模拟集成电路设计提供坚实的理论基础和实践指导。 模拟集成电路设计工程师: 为更新知识、解决实际设计难题提供参考。 对模拟电路设计感兴趣的业余爱好者: 帮助其系统性地学习运算放大器的设计与应用。 通过对本书的学习,读者将能够深刻理解运算放大器的本质,熟练掌握其在各种模拟电路中的设计方法,并能够独立完成高品质的模拟集成电路设计。本书将成为您在模拟集成电路设计领域不可多得的参考宝典。

用户评价

评分

我一直认为,运算放大器是模拟电路设计的核心,而这本书的出现,无疑为我提供了一个深入学习和掌握它的绝佳机会。我希望通过阅读这本书,能够全面了解运算放大器在各种复杂模拟集成电路中的应用。我特别关注书中是否会深入探讨运算放大器在信号调理电路中的应用,例如如何设计高精度、低噪声的信号放大器、滤波器和衰减器,以适应不同类型的传感器信号。我希望书中能提供详细的电路原理分析、设计步骤以及元件选型指南。我同样对运算放大器在数据转换电路中的应用感兴趣。例如,如何利用运算放大器构建高精度的比较器、采样保持电路,以及如何与ADC和DAC配合使用,实现高效的数据转换。我希望书中能提供一些相关的设计案例和技术细节。此外,考虑到现代电子系统对功耗和面积的限制,书中是否会介绍一些高效的低功耗运算放大器设计技术?例如,如何通过优化电路结构和器件参数来降低功耗,同时又尽量保证电路的性能?我坚信,通过这本书的学习,我将能够更自信地应对各种模拟集成电路设计挑战,并提升我的专业技能。

评分

我一直认为,运算放大器是模拟集成电路设计的灵魂。这本书的出现,让我看到了一个深入理解和掌握它的绝佳机会。我希望能够通过这本书,系统地梳理我对运算放大器在不同应用场景下的理解,并学到更高级的设计方法。我特别关注书中关于运算放大器在数据采集系统中的应用。例如,在模数转换器(ADC)的前端,如何设计高精度、低失真的运算放大器来放大和调理模拟信号?书中是否会介绍差分放大器、仪表放大器等在ADC前端的优化设计?我同样对运算放大器在音频和射频电路中的应用感兴趣。例如,在音频电路中,如何设计低失真的音频前置放大器和功率放大器?在射频电路中,如何利用运算放大器实现混频、滤波和放大等功能?我希望书中能提供详细的电路分析和设计指南。再者,考虑到现代电子系统对功耗的严苛要求,书中是否会深入探讨低功耗运算放大器的设计技术?例如,如何通过采用亚阈值工作区、动态偏置技术等来降低功耗,同时又尽量减少对性能的影响?我坚信,通过这本书的学习,我将能够更好地理解和驾驭运算放大器,并在模拟集成电路设计领域取得更大的进步。

评分

我一直对模拟电路的精妙之处着迷,尤其是运算放大器,这个看似简单的器件,却能构建出如此丰富多样的功能。这本书,封面上的“基于运算放大器的模拟集成电路设计”就直接点出了我的兴趣所在。我抱着极大的期待,希望能在这本书中找到对运算放大器深层次的剖析。我关注的不仅仅是基础的同相、反相放大电路,而是那些更为复杂和高级的应用。比如,书中是否会详细介绍仪表放大器、跨导-电压转换器、滤波器(有源滤波器)等基于运算放大器的经典电路?这些电路在信号调理、数据采集等领域有着广泛的应用,深入理解它们的原理和设计方法,对于我来说至关重要。我特别希望能看到书中在解释这些电路时,不仅给出数学推导,更能提供直观的理解方式,帮助我把握其核心思想。此外,现代电子系统对功耗的要求越来越高,书中是否会涉及低功耗运算放大器设计技术?例如,如何通过采用折叠式多级结构、动态偏置技术等来降低功耗,同时又不至于过度牺牲性能?再者,随着集成电路工艺的不断发展,运算放大器的非理想性(如输入失调电压、输入偏置电流、有限的开环增益、有限的带宽、压摆率限制、输出饱和等)对电路性能的影响也日益凸显,我希望能在这本书中找到针对这些非理想特性的分析和补偿方法,以及如何在设计中预估和减小其影响,从而设计出更加鲁棒和可靠的模拟电路。

评分

自从我踏入电子工程领域以来,运算放大器就一直是我学习的重点和研究的难点。这本书的出现,无疑为我提供了一个绝佳的学习机会。我希望通过阅读这本书,能够对运算放大器在现代模拟集成电路设计中的作用有一个更全面、更深入的理解。我特别关注书中是否会对各种运算放大器拓扑进行系统的梳理和分析,例如跨导放大器、折叠式输出级运算放大器等。理解这些不同结构的设计原理和各自的优缺点,对于我根据具体应用场景选择合适的运算放大器至关重要。我希望书中不仅能介绍这些结构的电路图,更能深入解析其内部工作原理,以及不同器件参数(如晶体管的尺寸、偏置电流)如何影响其性能指标(如增益、带宽、压摆率、噪声、功耗)。此外,在处理高速模拟信号时,运算放大器的频率响应和稳定性是关键的考量因素。我希望能在这本书中找到关于如何优化运算放大器频率响应、如何分析和预测其稳定性,以及如何设计补偿网络以提高稳定性的详细讲解。再者,考虑到现代集成电路设计的复杂性,书中是否会涉及版图设计的影响?例如,晶体管的匹配、寄生参数的引入等,这些都会对运算放大器的性能产生重要影响。我希望书中能提供一些相关的指导,帮助我理解这些因素在实际设计中的重要性,并学会如何将其纳入设计考量。

评分

这本书,封面上的“国外电子与电气工程技术丛书”就赋予了它一种权威感和专业性。我迫不及待地想通过它,系统地学习基于运算放大器的模拟集成电路设计。我特别关注书中是否会提供一些实用的设计流程和方法论。例如,在开始一个设计任务时,如何进行需求分析,如何选择合适的运算放大器型号,如何进行电路的初步搭建和仿真,以及如何在实际制作和测试中进行调试和优化?我希望书中能提供一些系统性的指导,帮助我建立起完整的设计思维。我同样对运算放大器在电源管理中的应用感兴趣。例如,如何利用运算放大器设计线性稳压器、开关稳压器等,并优化其输出精度、动态响应和效率?我希望书中能提供一些相关的设计案例和技术讲解。再者,随着电子技术的飞速发展,对模拟电路的性能要求也越来越高。我希望书中能涵盖一些先进的运算放大器设计技术,例如高动态范围设计、低功耗设计、以及用于特定应用(如医疗、汽车电子)的运算放大器设计。我相信,这本书一定会成为我学习和工作中不可或缺的宝贵参考资料。

评分

这本书,我从封面上的“第4版”就能感受到它必然是经历了时间的考验和读者的反馈,才得以不断更新迭代。拿到实体书的那一刻,厚重的分量就预示着内容的扎实,我迫不及待地翻开,希望通过这一本著作,能够系统地梳理我对运算放大器这一核心器件的理解,并将其与现代模拟集成电路设计的实际应用紧密结合。我尤其期待书中能够深入探讨在不同应用场景下,如何根据具体需求(例如精度、带宽、功耗、噪声等)来选择和设计合适的运算放大器电路。毕竟,理论知识的掌握固然重要,但将其转化为解决实际工程问题的能力才是关键。我希望书中不仅仅是罗列各种电路拓扑,更能提供清晰的设计思路和权衡取舍的指导。例如,在低噪声设计方面,书中是否会介绍如何通过器件选择、偏置电流的优化以及特殊的电路结构来降低噪声?在高速信号处理方面,又会给出哪些关于带宽限制、寄生参数影响以及稳定性分析的实用技巧?再者,考虑到如今模拟与数字的融合趋势,书中是否会触及运算放大器在混合信号集成电路设计中的作用,以及如何与数字模块协同工作?这些都是我非常关注的方面。这本书的出版,对于我这样希望在模拟电路领域深入研究的读者来说,无疑是一份宝贵的资源,我希望通过细读,能够构建起一个更加坚实和完整的知识体系,为未来的学习和工作打下坚实的基础,也希望能从中学到一些前所未有的、具有启发性的设计理念。

评分

我一直认为,运算放大器是模拟集成电路设计的基石,掌握好它,就等于掌握了打开模拟世界大门的钥匙。这本书的名字“基于运算放大器的模拟集成电路设计”,正是我苦苦寻找的。我希望这本书能够带领我从宏观到微观,深入理解运算放大器在各种复杂电路中的应用。我特别关注那些在实际工程中经常遇到的挑战,例如如何设计出高精度、低噪声的信号调理电路。书中是否会详细讲解如何在不同的噪声源(如热噪声、散粒噪声、闪烁噪声)之间进行权衡,并给出相应的降噪策略?对于需要处理微弱信号的应用,例如生物医学信号采集,书中是否会介绍高增益、低噪声的仪表放大器设计,以及如何处理共模干扰?我同样对运算放大器的稳定性问题非常感兴趣。在设计多级放大器或涉及反馈网络的电路时,如何通过伯德图分析、零极点配置等方法来确保电路的稳定性,避免振荡?书中是否会提供一些实用的设计指南和注意事项?此外,随着电子设备的小型化和集成化,对芯片面积和功耗的要求也越来越高。我希望书中能介绍一些面向这些需求的运算放大器设计技术,例如如何设计紧凑型、低功耗的运算放大器单元,以及如何在设计过程中平衡性能、功耗和面积这几个相互制约的因素。我相信,通过深入研读这本书,我能够获得更扎实的设计基础和更开阔的设计视野。

评分

自从接触模拟电路设计以来,运算放大器就成为了我最常打交道的“老朋友”。这本书的出现,无疑为我提供了一个深入学习和提升的机会。我希望能够通过它,不仅巩固现有的知识,更能拓展视野,掌握更前沿的设计理念。我特别关注书中是否会涵盖各种高级的运算放大器应用,例如在滤波器设计中,如何实现高阶、低通、高通、带通、带阻等不同类型的滤波器,以及如何根据性能指标(如Q值、阻尼系数、通带纹波)来选择合适的电路拓扑和元件参数?我同样对运算放大器在信号源设计中的应用感兴趣,比如如何利用运算放大器构建低噪声、高稳定度的信号发生器,包括正弦波、方波、三角波等。我希望书中能提供详细的设计步骤和关键的考虑因素。此外,在高速模拟电路设计中,带宽和稳定性是至关重要的。我希望能在这本书中找到关于如何设计宽带运算放大器,以及如何分析和补偿运算放大器的稳定性,以避免在高速应用中出现振荡。我期待书中能提供一些实用的设计技巧和案例分析,帮助我理解这些理论在实践中的应用。我相信,这本书将会是我在模拟电路设计道路上的一位良师益友。

评分

我一直对模拟电路的精妙之处着迷,而运算放大器无疑是其中最核心、最基础的器件之一。这本书的名字“基于运算放大器的模拟集成电路设计”让我感到非常亲切,我期待着通过它,能够更深入地探索运算放大器的奥秘。我特别关注书中关于运算放大器在各种反馈回路中的应用。例如,如何设计稳定可靠的负反馈和正反馈电路,以及如何分析和理解反馈对电路性能的影响?我希望能在这本书中找到关于如何通过反馈来提高电路的精度、带宽和稳定性等方面的详细讲解。我同样对运算放大器在有源滤波器设计中的应用非常感兴趣。书中是否会介绍各种经典的有源滤波器结构,如Sallen-Key、MFB等,并提供详细的设计步骤和元件选择指南?我希望能够学到如何根据特定的滤波要求,设计出性能优良的滤波器。此外,在处理模拟信号时,噪声和失真是影响电路性能的关键因素。我希望书中能深入分析运算放大器的各种噪声源和失真机制,并提供有效的抑制方法。我期待着通过这本书的学习,能够为我今后的模拟电路设计工作打下更加坚实的基础。

评分

这本书的标题“基于运算放大器的模拟集成电路设计”让我眼前一亮,它正是我一直以来想要深入学习的方向。我希望通过阅读这本书,能够全面掌握运算放大器在模拟电路设计中的应用精髓。我尤其关注书中对于运算放大器非理想特性的深入分析和处理方法。例如,在处理精密测量电路时,输入失调电压和输入偏置电流的误差如何累积,书中是否会介绍相应的补偿技术,如自动归零技术、斩波放大器等?对于需要驱动大容性负载的应用,例如驱动射频传输线,书中是否会探讨运算放大器的输出驱动能力、压摆率以及如何通过增加输出缓冲级来改善性能?我同样对噪声分析和抑制技术非常感兴趣。书中是否会详细讲解不同噪声源的特性,并提供降低噪声的实用技巧,例如选择低噪声器件、优化偏置电流、使用差分结构等?再者,随着电子设备向便携化和低功耗化发展,对运算放大器的功耗性能提出了更高的要求。我希望书中能介绍一些先进的低功耗运算放大器设计技术,包括如何通过电路结构优化和工艺选择来降低功耗,同时又能保证足够的性能。我坚信,通过这本书的学习,我将能够更自信地应对各种模拟集成电路设计挑战,并创造出更优秀的电子产品。

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