Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств 3-е изд.

ВВЕДЕНИЕ 11

Глава 1. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ13
1.1. Общие сведения13
1.2. Идеальный операционный усилитель15
1.3. Основные схемы включения операционного усилителя16
1.3.1. Дифференциальное включение16
1.3.2. Инвертирующее включение17
1.3.3. Неинвертирующее включение18
1.4. Внутренняя схемотехника операционных усилителей19
1.4.1. Требования к ОУ19
1.4.2. Блок схема операционного усилителя20
1.4.3. Стандартная схема операционного усилителя23
1.5. Схема замещения операционного усилителя24
1.5.1. Входное сопротивление схемы25
1.5.2. Выходное сопротивление схемы25
1.6. Коррекция частотной характеристики26
1.6.1. Частотные характеристики ОУ27
1.6.2. Полная частотная коррекция29
1.6.3. Внешняя частотная коррекция32
1.6.4. Скорость нарастания33
1.6.5. Компенсация емкостной нагрузки34
1.7. Параметры операционных усилителей35
1.7.1. Точностные параметры35
1.7.2. Динамические параметры ОУ46
1.7.3. Параметры, характеризующие усиление сигналов переменного тока47
1.7.4. Эксплуатационные параметры ОУ48
1.8. Типы операционных усилителей49
1.9. Улучшение параметров операционных усилителей53
1.9.1. Снижение напряжения смещения нуля53
1.9.2. Повышение устойчивости ОУ55
1.9.3. Снижение токов утечки56
1.9.4. Защита операционных усилителей57
1.9.5. Повышение выходного тока ОУ59
1.9.6. Повышение выходного напряжения ОУ60
1.9.7. Повышение быстродействия ОУ62
1.9.7. Снижение шума ОУ64
1.9.8. Экспериментальное определение параметров ОУ65
1.10. Однополярное питание операционных усилителей67
1.10.1. Общие сведения67
1.10.2. Смещение ОУ с однополярным питанием68
1.10.3. Введение искусственной нулевой точки70
1.10.4. Расширение динамического диапазона71

Глава 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ77
2.1. Линейные аналоговые вычислительные схемы на ОУ77
2.1.1. Схема масштабирования77
2.1.2. Схема суммирования78
2.1.3. Схема интегрирования79
2.1.4. Схема дифференцирования81
2.2. Схемы линейного преобразования сигналов83
2.2.1.Источники напряжения, управляемые током83
2.2.2. Источники тока, управляемые напряжением84
2.2.3. Инверторы сопротивления90
2.2.4. Гираторы91
2.3. Активные электрические фильтры на ОУ95
2.3.1. Основные понятия95
2.3.2. Фильтры нижних частот96
2.3.3. Фильтры верхних частот99
2.3.4. Полосовые фильтры100
2.3.5. Полосно подавляющие фильтры101
2.3.6. Реализация фильтров на операционных усилителях102
2.3.7. Реализация активных фильтров на основе метода переменных состояния108
2.3.8. Фазовые фильтры111
2.4. Измерительные усилители114
2.4.1. Измерительный усилитель на одном ОУ115
2.4.2. Измерительный усилитель на двух ОУ118
2.4.3. Измерительный усилитель на трех ОУ118
2.4.4. Применение измерительных усилителей121
2.5. Схемы нелинейного преобразования сигналов на ОУ123
2.5.1. Логарифмирующие и экспоненциальные преобразователи123
2.5.2. Прецизионные выпрямители на ОУ126
2.6. Генераторы сигналов на ОУ131
2.6.1. Релаксационные генераторы131
2.6.2. Генераторы синусоидальных колебаний135
2.7. Аналоговые перемножители138
2.7.1. Перемножитель с управляемым сопротивлением канала полевого транзистора138
2.7.2. Перемножители на основе управляемых источников тока138
2.8. Измерительные схемы на ОУ141
2.8.1. Измерение заряда141
2.8.2. Измерители амплитуды (пиковые детекторы)143
2.8.3. Фотоэлектрические измерения145
2.8.4. Мостовые измерительные схемы147
2.8.5. Измерение температуры150
2.8.6. Измерение действующего значения152

Глава 3. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ УСИЛИТЕЛИ НА БАЗЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ОУ160
3.1. Широкополосные усилители160
3.1.1. Работа транзисторного усилительного каскада на высоких частотах161
3.1.2. Применение операционных усилителей для усиления радиочастотных сигналов163
3.1.3. Широкополосные ОУ с обратной связью по току164
3.1.4. Усилители дифференциальных линий170
3.2. Изолирующие усилители174
3.3. Усилители класса D178
3.3.1. Общие сведения178
3.3.2. Виды широтно импульсной модуляции178
3.3.3. Схемотехника выходных каскадов усилителей класса D180
3.3.4. Промышленные типы усилителей класса D182
3.3.5. Помехи, порождаемые усилителями класса D и борьба с ними183

Глава 4. АНАЛОГОВЫЕ КОМПАРАТОРЫ И ТАЙМЕРЫ187
4.1. Общие сведения о компараторах187
4.2. Аналоговый интегральный компаратор189
4.2.1. Принципы построения интегральных компараторов189
4.2.2. Компараторы с однополярным питанием191
4.2.3. Скоростные компараторы192
4.3. Применение компараторов194
4.3.1. Двухпороговый компаратор194
4.3.2. Детектор пересечения нуля195
4.3.3. Сравнение напряжений противоположной полярности195
4.3.4. Мультивибраторы196
4.3.5. Применение компаратора в качестве ОУ198
4.3.6. Генератор, управляемый напряжением199
4.3.7. Логические элементы201
4.3.8. Одновибраторы203
4.3.9. Генератор временных задержек206
4.3.10. Широтно импульсный модулятор207
4.3.11. Двухполупериодный выпрямитель208
4.4. Параметры компараторов209
4.5. Аналоговые таймеры210
4.5.1. Таймер NE555210
4.5.2. Основные схемы включения таймера212
4.5.3. Типы интегральных таймеров214

Глава 5. ЛИНЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ217
5.1. Общие сведения217
5.2. Схемотехника линейных стабилизаторов напряжения217
5.2.1. Базовая схема линейного стабилизатора напряжения218
5.2.2. Интегральный линейный стабилизатор напряжения219
5.2.3. Стабилизация отрицательных напряжений221
5.2.4. Уменьшение потерь в стабилизаторах222
5.3. Устойчивость линейных стабилизаторов напряжения224
5.3.1. Устойчивость n p n стабилизаторов224
5.3.2. Устойчивость МПН стабилизаторов225
5.4. Основные параметры линейных стабилизаторов напряжения228
5.4.1. Точностные параметры228
5.4.2. Динамические параметры229
5.4.3. Эксплуатационные параметры231
5.5. Схемы включения линейных стабилизаторов напряжения232
5.5.1. Типовое включение232
5.5.2. Увеличение выходного напряжения232
5.5.3. Повышение максимального выходного тока233
5.5.4. Стабилизация тока234
5.5.5. Источник двухполярного напряжения234
5.5.6. Стабилизатор переменного напряжения235
5.5.7. Эмиттерный повторитель с максимальной передачей тока в нагрузку236
5.5.8. Получение искусственной общей точки236
5.6. Источники опорного напряжения237
5.6.1. ИОН на стабилитронах237
5.6.2. ИОН на напряжении запрещенной зоны239
5.6.3. ИОН на полевых транзисторах244
5.6.4. Устойчивость ИОН245
5.6.5. Параметры источников опорного напряжения247
5.6.6. Применение ИОН253

Глава 6. ИМПУЛЬСНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ260
6.1. Общие сведения260
6.2. Понижающий импульсный стабилизатор262
6.2.1. Схема понижающего импульсного стабилизатора напряжения262
6.2.2. Электромагнитные процессы в понижающем ИСН263
6.2.3. Понижающие ИСН с синхронными выпрямителями267
6.2.4. Многофазные ИСН268
6.3. Повышающий импульсный стабилизатор271
6.4. Инвертирующий импульсный стабилизатор273
6.5. Составные схемы ИСН275
6.5.1. Схема Кука275
6.5.2. Несимметричный преобразователь первичной индуктивности277
6.6. Инверторные схемы280
6.6.1. Общие сведения280
6.6.2. Нерегулируемые инверторы281
6.6.3. Регулируемые инверторы284
6.6.4. Однотактные инверторы288
6.6.5. Резонансные инверторы295
6.7. Сетевые источники питания303
6.7.1. Общие сведения303
6.7.2. Импульсные сетевые источники на базе обратноходового преобразователя304
6.7.3. Организация обратной связи по выходному напряжению в сетевых источниках308
6.8. Импульсные источники на коммутируемых конденсаторах313
6.9. Корректоры коэффициента мощности318
6.9.1. Общие положения318
6.9.2. Алгоритмы формирования кривой входного тока319
6.9.3. Контроллеры ККМ для сетей с широким диапазоном напряжений323
6.10. Драйверы325
6.10.1. Общие сведения325
6.10.2. Схемы драйверов биполярных транзисторов326
6.10.3. Драйверы МОП и IGBT транзисторов 327
6.10.4. Микросхемы драйверов МОП и IGBT транзисторов329
6.11. Устойчивость импульсных стабилизаторов напряжения333
6.11.1. Общие сведения333
6.11.2. Устойчивость импульсных стабилизаторов с обратной связью по напряжению333
6.11.3. Устойчивость импульсных стабилизаторов
с дополнительной обратной связью по току дросселя 336
6.11.4. Особенности анализа устойчивости ИСН с силовыми трансформаторами344

Глава 7. АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ349
7.1. Общие сведения349
7.2. Электронные коммутаторы350
7.3. Коммутаторы на полевых транзисторах350
7.4. Промышленные аналоговые коммутаторы353
7.4.1. Простейшие коммутаторы353
7.4.2. Аналоговые мультиплексоры355
7.4.3. Матричные коммутаторы358
7.4.4. Оптореле360
7.5. Характеристики аналоговых коммутаторов362
7.5.1. Статические характеристики362
7.5.2. Динамические характеристики364
7.5.3. Эксплуатационные параметры368
7.6. Применение аналоговых коммутаторов369
7.6.1. Влияние нелинейности аналоговых коммутаторов
на искажения передаваемых сигналов369
7.6.2. Защита коммутаторов от перенапряжений371
7.7. Устройства выборки хранения372
7.7.1. Схемы устройств выборки хранения372
7.7.2. Основные характеристики УВХ375
7.7.3. Применение УВХ380
7.8. Устройства на переключаемых конденсаторах382

Глава 8. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ387
8.1. Общие сведения387
8.2. Параллельные ЦАП388
8.2.1. ЦАП с суммированием весовых токов388
8.2.2. Параллельный ЦАП на переключаемых конденсаторах
(ЦАП с суммированием зарядов)400
8.2.3. ЦАП с суммированием напряжений401
8.3. Последовательные ЦАП403
8.3.1. ЦАП с широтно импульсной модуляцией403
8.3.2. Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах404
8.3.3. Сигма дельта ЦАП405
8.4. Интерфейсы цифроаналоговых преобразователей410
8.4.1. ЦАП с последовательным интерфейсом411
8.4.2. ЦАП с параллельным интерфейсом 412
8.5. Применение ЦАП414
8.5.1. Обработка чисел со знаком414
8.5.2. Перемножители и делители аналоговых сигналов416
8.5.3. Аттенюаторы и интеграторы на ЦАП418
8.5.4. Системы прямого синтеза сигналов419
8.6. Параметры ЦАП423
8.6.1. Статические параметры424
8.6.2. Точность воспроизведения сигналов переменного тока425
8.6.3. Динамические параметры426
8.6.4. Шумы ЦАП427

Глава 9. АНАЛОГО ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ431
9.1. Общие сведения431
9.1.1. Процедура аналого цифрового преобразования431
9.1.2. Апертурная погрешность432
9.1.3. Шум квантования434
9.1.4. Классификация АЦП435
9.2. Параллельные АЦП436
9.3. Последовательно параллельные АЦП438
9.3.1. Многоступенчатые АЦП438
9.3.2. Конвейерные АЦП439
9.3.3. Многотактные последовательно параллельные АЦП441
9.4. Последовательные АЦП442
9.4.1. АЦП последовательного счета442
9.4.2. АЦП последовательного приближения444
9.5. Интегрирующие АЦП446
9.5.1. АЦП многотактного интегрирования446
9.5.2. Сигма дельта АЦП450
9.5.3. Преобразователи напряжение—частота458
9.6. Интерфейсы АЦП460
9.6.1. Общие сведения460
9.6.2. АЦП с параллельным интерфейсом выходных данных461
9.6.3. АЦП с последовательным интерфейсом выходных данных462
9.6.4. Последовательный интерфейс сигма дельта АЦП с процессорами463
9.7. Параметры АЦП464
9.7.1. Статические параметры465
9.7.2. Динамические параметры467
9.7.3. Шумы АЦП467
9.7.4. Параметры, характеризующие качество преобразования сигналов
переменного тока468
9.8. Применение АЦП471
9.8.1. Системы сбора данных471
9.8.2. Кодеки474
9.8.3. Измерение энергии475
9.8.4. Управление двигателями переменного тока477

Глава 10. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ484
10.1. Датчики температуры484
10.1.1. Интегральные датчики температуры на биполярных транзисторах484
10.1.2. Датчики температуры с цифровым выходом491
10.1.3. Температурные компараторы495
10.1.4. Точность датчиков температуры496
10.2. Датчики ускорения (акселерометры)498
10.2.1. Общие сведения498
10.2.2. Пленочные пьезоэлектрические акселерометры499
10.2.3. Объемные интегральные акселерометры499
10.2.4. Поверхностные интегральные акселерометры500
10.2.5. Точность интегральных акселерометров507
10.3. Датчики давления510
10.3.1. Устройство датчиков давления510
10.3.2. Точность датчиков давления514
10.4. Датчики влажности (гигрометры)516
10.5. Датчики магнитного поля518
10.5.1. Принцип действия датчика Холла518
10.5.2. Интегральные датчики Холла520
10.5.3. Применение датчиков Холла522
10.5.4. Основные характеристики датчиков Холла525