测量电子电路设计－模拟篇

从OP放大器实践电路到微弱信号的处理，是测量电子电路设计--滤波器篇的姊妹篇。Keisoku no Tameno Analog Kairosekkeiby Toshiaki EnzakaCopyright o 1997 by Toshiaki EnzakaAll rights reservedOriginally published in Japan by CQ Publishing Co, Ltd, TokyoChinese(in simplified character only ) translation rights arranged withCQ Publishing Co, Ltd, Japan計測⑦九矽①了十口少回路設計遠坂俊昭cQ出版株式会社2005著者简介远坂俊昭1949年生于群马县新田郡薮塚本町1966年创办业余无线局 JAIWVE1972年毕业于电气通信大学短期大学部通信工程专业1973年进入(株)三工社1976年开发ATS用Q表(专利号第1005344号)1977年进入(株)NF电路设计现在担任(株)NF电路设计通用系统事业部主任图解实用电子技术丛书测量电子电路设计模拟篇从OP放大器实践电路到微弱信号的处理〔日〕远坂俊昭著彭军译钭学出版社北京图字:01-2005-4936号内容简介本书是“图解实用电子技术丛书”之一,也是《测量电子电路设计—滤波器篇》的姊妹篇。“噪声”是影响电路性能的重要因素之一。本书的主题是“噪声”和“负反馈”。第1~3章讨论电路内部所产生的噪声;第5、6章介绍了抑制外来噪声的电路技术。本书的各章节都涉及“负反馈”的内容,特别是第4章介绍负反馈电路的基本分析方法以及实现稳定放大器的负反馈设计方法。本书也给出了大量的实验数据和计算机模拟结果,尽可能使所学的知识具体化。滤波器篇中主要介绍如何从放大了的信号中除去有害噪声,提取有用信号的滤波技术。本书的读者对象主要是电子工程技术人员,也可供电子、自动化、仪器仪表等相关专业的师生参考学习。图书在版编目(CIP)数据测量电子电路设计:模拟篇/(日)远坂俊昭著;彭军译.一北京:科学出版社,2006(图解实用电子技术丛书)ISBN978-7-03-017161-0I.测…Ⅱ.①远…②彭…Ⅲ.测量一电子电路Ⅳ.TM930.111-64中国版本图书馆CIP数据核字(2006)第037965号贲任编辑:赵方青崔炳哲/责任制作:魏谨责任印制:赵德静/封面设计:李力此车方科龙改有隰公司制作http://www.okbook.com.cn磷學激出版北京东黄城根北街16号邮政编码:10071http://www.sciencep.com源海印刷有责司印刷科学出版社发行各地新华书店经销2006年6月第版开本:B5(720×10002010年6月第四次印刷印张:101/2印数:8501-9500字数:152000定价:26.00元(如有印装质量问题,我社负责调换<新欣>)前言最近,科技杂志上几乎清一色都是有关计算机软件的文章。硬件,特别是模拟电路似乎已经过时了,只是偶尔以一种怀旧的情调出现而已。模拟电路技术工作者好像生不逢时。现在社会上开始出售所谓的“模拟酒”,难道这表明怀旧模拟的人们在钻“数字社会”的空子吗,还是意味着开始刮起“怀旧”的旋风?真是让人不可理解的社会呀!当然,绝不是模拟电路技术没有进步。以OP放大器为例,几年前处理MHz信号的器件还只是陶瓷封装器件,其功耗很大,摸着就烫手;而现在消耗的电流已经降低到只有数mA,实现了表面实装型。所以,说模拟电路技术停滞不前是不符合实际的。计算机模拟等设计方法的运用使得模拟电路的设计发生了很大的变化。计算机特别是个人计算机以及高性能软件的普及,已经能够使电路图编辑器和电路模拟器得到了广泛的应用。在优胜劣汰的激烈竞争中,也要求人们必须熟练地运用模拟ASC(专用集成电路)。在模拟电路世界里,计算机的使用引起了理论框架的巨大改变。这种变化也许会带来与真空管向半导体的理论框架变化相匹敌的变革。这就是模拟电路的世界。模拟技术人才的培养和造就仍然需要一定的时间,这是因为与数字技术或软件相比,模拟技术所涉及的知识面更宽,繁多的器件种类就说明了这一点。要从众多的模拟电路种类中挑选出最适合、最理想的器件,不仅需要有丰富的经验,更需要具备最新的知识。而且,由于设计环境的不同,选择的条件也就不同。模拟电路世界中的基本知识永远是必须具备的。现代电子设备的设计中,可以不需要曾经是逻辑电路器件主流的DTL(二极管晶体管逻辑,也许现在许多人已经不知道它了)或者TTL,还有曾经是微机Os( Operating System,操作系统)主流的CP/M(操作系统之一,知道它的人大概也不多了)的知识。但是,模拟电路中il前言欧姆定律或者电阻产生热噪声等方面的知识却是不可缺少的。为了学习这些必要的模拟技术,老师的指导是不可缺少的。但是,不见得谁都能找到最合适的老师。庆幸的是我们可以找到许多模拟电路方面的优秀著作,本书就是其中之本书涉及的内容不过是模拟电路领域中很少的一部分。但是给出的大量实验数据和计算机模拟结果,可以使学习的知识具体化。本书中使用的模拟试验都是用 PSpice/CQ版Ver.5进行的。本书的主题是“噪声”和“负反馈”。设计模拟电路的场合,不仅要关注电路的动作,更重要的是深刻理解决定电路性能的各种因素。其中一个重要的因素就是噪声噪声可分为设备内部产生的噪声和外部混入的噪声。第1~3章介绍内部产生的噪声;第5、6章介绍抑制外来噪声的电路技术。几乎可以说模拟电路中到处都会涉及“负反馈”的概念。最近,由于OP放大器性能的提高,关于“负反馈”的话题少了。但是深刻理解“负反馈”仍然是非常必要的。本书的各章节都涉及了“负反馈”的内容,特别是第4章详细地介绍了负反馈电路的基本分析方法以及实现稳定的放大器的负反馈设计方法最后,向给予本书出版机会的CQ出版株式会社的蒲生良治先生,对作者的写作以及本书的出版给予帮助的(株)NF电路设计常务董事荒木邦弥先生致以深深的谢意。著者目录第1章前置放大器的低噪声技术…………………11.1前置放大器应该具备的性能…1.1.1能够可靠地放大信号1.1.2低频电路的输入阻抗要高…1.1.3前置放大器中采用非反转放大电路1.2热噪声( Thermal noise)……1.2.1电阻中产生的热噪声…41.2.2热噪声的性质1.2.3噪声的单位—V/√Hz(噪声密度)………61.3OP放大器电路中产生的噪声1.3.1非反转放大电路中产生的噪声1.3.2双极晶体管OP放大器与FET输入OP放大器1.3.3OP放大器噪声的三个频率范围…………101.3.4用噪声系数NF评价放大器的噪声111.3.5噪声系数NF的意义………………………121.4前置放大器的频率特性和失真特性……131.4.1放大电路的频率上限1.4.2振幅增大时的频率特性141.4.3线性度与失真率……第2章低噪声前置放大器的设计、制作及评价172.1前置放大器的设计,普+售+普+普当普如面172.1.1前置放大器172.1.2OP放大器(NJM5534)的噪声特性…………202.1.3消除失调漂移的电路212.1.4超级伺服电路的积分常数……222.2前置放大器的调整及特性的确认242.2.1直流失调电压及其调整24目录2.2.2增益频率特性的确认……252.2.3输出最大振幅时频率特性的确认…272.2.4观察过渡响应特性272.2.5电路的噪声特性292.2.6计算输入换算噪声电压密度302.2.7测量输入换算噪声电压密度的频率特性302.2.8失真率………………………………………33专栏A噪声特性的评价……36第3章电流输入放大器的设计393.1电流输入放大器概述393.1.1电流输入放大器…………………………393.1.2实现电流输入放大器的两种电路3.1.3从噪声角度看负反馈电流输入前置放大器的效果413.1.4检测大电流的电流输入前置放大器…423.2负反馈电流输入前置放大器的设计3.2.1负反馈电流输入前置放大器的S/N………443.2.2负反馈电流输入前置放大器的模拟…453.2.3负反馈电流输入用OP放大器的选择483.2.4反馈电阻—大电阻的选择………………493.2.5前置放大器的实装技术503.3实际的负反馈电流输入放大器523.3.1试制的电流输入放大器的概况523.3.2实际特性的测量………………………………533.4CT中使用的电流输入放大器…553.4.1测量用电流互感器(CT)的特性……553.4.2实际的CT用前置放大器7专栏B印制电路板的绝缘性59第4章负反馈电路的解析与电路模拟………614.1稳定负反馈电路的构成………614.1.1负反馈电路……614,1.2负反馈的优点与缺点…624.1.3开环、闭环及其稳定性………………………62目录v4.1.4稳定的负反馈电路的相位特性654.1.5实际的OP放大器中分布有多个电容器694.1.6含有两个滞后要素的情况694.1.7具体的模拟例4.1.8为了减小高频特性的牺牲,合成两个时间常数4.1.9大反馈量下实现稳定的负反馈744.1.10给β(反馈)电路追加相位超前补偿………764.2电容性负载对OP放大器的影响……774.2.1OP放大器接电容性负载……74.2.2测量OP放大器的输出阻抗784.2.3由厂商提供的宏模型模拟输出阻抗+++4.2.4电容性负载特性的模拟…824.2.5实际测量电容性负载特性844.2.6减小电容性负载影响的电路86专栏C测定频率特性第5章差动放大器技术的应用895.1共态噪声的消除895.1.1常态噪声与共态噪声5.1.2共态噪声转换为常态噪声905.2差动放大器925.2.1差动放大器………………925.2.2差动放大器与输入电缆的连接…………935.2.3高输入阻抗的 FET OP放大器………945.2.4输入偏置电流的影响955.2.5减少输入偏置电流影响的方法965.2.6要注意 FET OP放大器输入失调电压的温度漂移……………5.2.7差动放大器的性能—共态抑制比………985.3改良的差动放大器995.3.1一个OP放大器的差动放大器世量995.3.2使用多个OP放大器的差动放大器995.3.3信号电缆电容成分的影响……………………1015.3.4消除电缆电容的隔离驱动:102