本書全面闡述以運算放大器和模擬集成電路為主要器件的電路原理、設計方法和實際應用。詳細介紹了運算放大器的基本原理和應用、諸多工程實際問題，后介紹面向各種應用的電路設計方法。本書作為第4版，更透徹地闡述了負反饋和電路設計布局，新增了電流反饋放大器、開關穩(wěn)壓器和鎖相環(huán)的內(nèi)容。
前言在近十多年中，由于數(shù)字電子技術(shù)的飛速發(fā)展，有很多關于幾乎不再需要模擬電路的預言。在遠沒有證實這種預言是否正確之前，這一論點已經(jīng)挑起了相反的辯駁，可以概括為：“倘若你無法用數(shù)字的方法來實現(xiàn)設計的話，就可以用模擬的方式來完成�！备鼮樯跽�，一般都有這樣一種誤解，比起數(shù)字設計這種系統(tǒng)化的技術(shù)而言，似乎模擬設計是一種更為玄乎和捉摸不定的藝術(shù)。對于受困惑的學生來說如何來理解這一爭論？繼續(xù)選修某些模擬電子學方面的課程是否值得？抑或最好還是僅僅將精力集中在數(shù)字電路方面？毋庸置疑，傳統(tǒng)上隸屬于模擬電子學領域的許多功能，今天都用數(shù)字形式實現(xiàn)了。其中最為常見的例子就是數(shù)字音響。在這個應用中，由拾音器和其他的聲音傳感器產(chǎn)生的模擬信號被一些放大器和濾波器進行適當?shù)恼{(diào)整，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式做進一步處理，如混合、編輯和產(chǎn)生某些特殊效果，以及更多的是為了進行傳輸、存儲和提取等瑣碎卻同樣重要的工作。最后，數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換回模擬信號并經(jīng)由揚聲器播放出來。之所以想用數(shù)字方法實現(xiàn)盡可能多的功能的主要理由之一是數(shù)字電路的高可靠性和高靈活性。然而，物理世界本來就是模擬的。這表明，總是需要模擬電路去適應這些物理信號，像與傳感器相連的電路，以及把模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，再從數(shù)字轉(zhuǎn)換到模擬以供物理世界進一步處理的模擬電路。再者，考慮到速度和功率的因素，采用模擬前端電路更具優(yōu)勢。新的應用領域不斷出現(xiàn)，無線通信就是一個很好的例子。
的確如此，當今的許多應用是由混合模式的集成電路（混合模式IC）和系統(tǒng)組成的，它們依賴模擬電路來與物理世界對接，而數(shù)字電路則用作處理和控制。即便這個模擬電路或許僅占這塊芯片面積的一小部分，但它往往卻是設計中極具挑戰(zhàn)性的部分，并且在整個系統(tǒng)的性能上起著關鍵作用。在這一方面，通常所謂的模擬設計師就要用明確的數(shù)字工藝為實現(xiàn)模擬功能的任務構(gòu)思出獨創(chuàng)性的解決方案；濾波中的開關電容技術(shù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中的∑-D技術(shù)就是大家所熟知的例子。出于以上原因，企業(yè)對有能力的模擬設計師的需求仍然很強盛。即使是純數(shù)字電路，當將它們推向運算極限時，它們還是要呈現(xiàn)模擬的行為特性。因此，對模擬電路設計原理和技術(shù)的牢固掌握在任何IC（無論是數(shù)字或是純模擬的IC）設計中都是一筆寶貴的財富。
關于本書本書的目的是利用實際的元器件和應用說明一般的模擬原理和設計方法學。本書旨在作為本科生和研究生模擬集成電路（模擬IC）設計和應用方面的教科書，以及為工程師們提供實際參考。讀者在電子學方面應具有初步基礎，熟悉頻域分析方法，并會使用PSpice。盡管本書包括的內(nèi)容足夠作為兩個學期的課程，但是經(jīng)適當挑選之后也能作為一個學期的基礎課程。由于本書及其每一章一般都是按從簡到繁、先易后難的順序編寫的，所以挑選過程是極易完成的。
在舊金山州立大學（San Francisco State University），這本書可作為兩個一學期課程的系列課對待：一個是本科高年級，另一個是在研究生層次上。在本科高年級的課程中，可選第1～3章、第5章和第6章，以及第9章和第10章的大部分；在研究生的課程中，可選擇全部。作為本科高年級的課程，它是與模擬IC制造和設計課程并行的。為了更有效地使用模擬IC，用戶略知一點它們內(nèi)部的工作原理（即便至少是定性的）是很重要的。為了滿足這種需要，本書在一種設計決策上給出了工藝和電路因素的直觀說明。
第4版新增內(nèi)容新版的主要特點是：①介紹了一個全新版本的負反饋，②增加了運算放大器動態(tài)和頻率概念的介紹，③擴展了開關調(diào)節(jié)器相關內(nèi)容的覆蓋范圍，④對三極管和CMOS技術(shù)進行更平衡的介紹，⑤增加了使用PSpice的內(nèi)容，以及⑥重新設計了例題和25%的章末習題，體現(xiàn)了版本更新。
此前版本對負反饋的闡述是從運算放大器使用者的特殊視角出發(fā)，而第4版提供了更為寬廣的視角，這在其他諸如開關調(diào)節(jié)器和鎖相環(huán)的領域上是有用的。新版本提供了雙端口分析（two-port analysis）和反饋比分析（return-ratio analysis），在強調(diào)相似性的同時也強調(diào)區(qū)別，嘗試消除這兩者之間的混淆（為了保證區(qū)分，環(huán)路增益和反饋系數(shù)在雙端口分析中使用L和b，而在反饋比分析中使用T和β）。
當然，新版本負反饋包含對運算放大器動態(tài)和頻率補償?shù)臄U展重寫。在這里，第4版采用了由R.D.Middlebrook為環(huán)路測量提出的電壓/電流注入技術(shù)。
考慮到當今模擬電子技術(shù)中便攜設備電源管理的重要性，第4版擴展了對開關調(diào)節(jié)器的覆蓋。對電流控制和斜坡補償，以及諸如右半平面零點和誤差放大器設計等穩(wěn)定性問題也給予了更多的關注。
本書采用了大量的SPICE仿真（使用電路圖代替了早先版本中的網(wǎng)表），以便驗證對手工計算來說計算和研究太過復雜的高階效應。SPICE當今有多種可用的版本，所以，相對于指定某一特定的版本，對于本版選定的示例，學生能夠在選定的SPICE版本上快速重繪。
在之前的版本中，正文的內(nèi)容通過仔細設置例題和章尾的習題得到強化，通過這些來強調(diào)工程師在日常工作中所需的直覺、物理洞察力和解決問題的方法學。
為了用一種超脫于最新工藝趨勢的方式來寫一般性和最基本的原理，第4版精選了已確立并廣泛形成文件的元器件和工藝作為載體來闡明這樣的原理。然而，只要有必要，還是要讓讀者了解一些更為現(xiàn)代的替代方案，鼓勵讀者自行上網(wǎng)查找這些方案。
本書內(nèi)容此處介紹的是英文版原書的內(nèi)容安排，本中文精編版的內(nèi)容安排與此有不同，具體編排見正文內(nèi)容�！庉嬜”M管沒有明確指出，本書實際上是由三個部分組成的。第一部分（第1~4章）基于將運算放大器作為一種理想器件來介紹其基本概念和應用。我們覺得在學生著手處理并評價實際器件限制以前，需要對理想（或接近理想）運算放大器的學習樹立足夠的自信。各種運算放大器的限制是第二部分（第5~8章）的主要內(nèi)容，在這一版中，這方面的內(nèi)容要比此前的版本更為系統(tǒng)和詳細。最后，第三部分（第9~13章）基于前兩部分介紹的基礎，致力于講解面向設計的各種應用。下面是各章內(nèi)容的簡要描述。
第1章復習基本放大器概念，包括負反饋概念。重點內(nèi)容放在環(huán)路增益作為電路性能的一種度量標準上。環(huán)路增益的概念通過雙端口分析和反饋比分析來進行闡述，本章還講解了這兩種方法之間的相似和不同，向?qū)W生介紹簡化的PSpice模型，這一模型將隨著本書的進程逐漸復雜和精確。如果教師發(fā)現(xiàn)本書對環(huán)路增益的介紹過早，可以跳過這一章，而在稍后某個更為合適的時機再重新回到這一論題上來。由于各節(jié)和各章都盡量獨立編排，所以這類內(nèi)容易于重新組織。另外，章末的習題也是按節(jié)組成的。
第2章介紹各種儀器儀表和傳感放大器，以及I-V、V-I和I-I轉(zhuǎn)換器。這一章將重點放在各種反饋拓撲結(jié)構(gòu)和環(huán)路增益T的作用上。
第3章包含一階濾波器、音頻濾波器和常用的二階濾波器，像KRC、多重反饋、狀態(tài)變量和雙二階拓撲結(jié)構(gòu)等二階濾波器。本章重點是復平面系統(tǒng)的概念，并以濾波器靈敏度的討論結(jié)束。（本中文版未收錄）想深入了解濾波器的讀者會發(fā)現(xiàn)第4章（本中文版未收錄）是有用的。這一章包括用級聯(lián)和直接的方法討論高階濾波器的綜合。另外，這些方法既是針對有源RC濾波器，又是針對開關電容（SC）濾波器的情況提出的。
第5章聚焦于由輸入端引起的運算放大器誤差，諸如VOS、IB、IOS、CMRR、PSRR和漂移，并與它們的極限情況一起討論。本章也向?qū)W生介紹技術(shù)指標和性能參數(shù)的說明、PSpice的宏模型，以及不同的工藝和拓撲。（本中文版第3章）第6章著重討論頻域和時域中的動態(tài)極限，并研究它們對電阻性電路和基于理想運算放大器模型的濾波器的影響。詳細地對電壓反饋和電流反饋進行比較，并廣泛應用PSpice對有代表性的電路在頻率響應和暫態(tài)響應上做可視化展示。在已經(jīng)掌握了理想或接近理想運算放大器的前4章內(nèi)容之后，學生就可更加好地理解和評價由實際器件的限制造成的結(jié)果。（本中文版第4章）將第5、6章介紹的原理結(jié)合起來，自然而然地就引入了第7章（本中文版第5章）有關交流噪聲的內(nèi)容。噪聲計算和估計代表著另一個領域，其中PSpice是一種非常有用的工具。
第二部分以第8章（本中文版第6章）的穩(wěn)定性專題結(jié)束。通過負反饋來增強收斂性需要考慮額外頻率補償，也包含對運算放大器內(nèi)部和外部的考慮。第4版采用了由R.D.Middlebrook為測量環(huán)路而提出的電壓/電流注入技術(shù)。同樣，PSpice用來觀察已給出的不同頻率補償技術(shù)的效果。
從第9章開始的第三部分涉及非線性應用。這里，非線性特性要么源自沒有反饋（電壓比較器），要么是存在反饋但屬于正反饋類型（施密特觸發(fā)器），或有負反饋但是應用了像二極管和開關（精密整流器、峰值檢波器、跟蹤保持放大器）這樣一類非線性元件。（本中文版第7章）第10章包含各種信號發(fā)生器，其中有文氏橋和正交振蕩器、多諧振蕩器、定時器、函數(shù)發(fā)生器，以及V-F和F-V轉(zhuǎn)換器。（本中文版第8章）第11章專注于調(diào)節(jié)器。由電壓基準開始，從線性電壓調(diào)節(jié)器介紹到開關調(diào)節(jié)器。本章重點關注的問題包括電流控制和斜坡補償，以及誤差放大器設計的穩(wěn)定性問題和boost變換器中右半平面零點的影響問題。（本中文版第9章）第12章處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。用系統(tǒng)的方式處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)要求，并給出多種DAC的應用。本章以過采樣轉(zhuǎn)換原理和轉(zhuǎn)換器作為結(jié)束。關于這一專題也有大量相關專著，所以這一章僅是讓學生了解最基本的知識。（本中文版未收錄）第13章用各種非線性電路作為結(jié)束，其中有對數(shù)/反對數(shù)放大器、模擬乘法器，以及用一種簡要接觸gm-C濾波器的方式構(gòu)成的運算跨導放大器。這一章最后介紹鎖相環(huán)。另外，這一章還將前面各章所涉及的重要內(nèi)容組合在一起介紹。（本中文版未收錄）網(wǎng)站本書的配套網(wǎng)站是http://www.mhhe.com/franco，其上有各種供教師和學生使用的資源。教師資源包含習題解答、一組PowerPoint課件和指向勘誤表的鏈接。
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目 錄
出版者的話
譯者序
前言
第1章 運算放大器基礎1
1.1 放大器基礎2
1.2 運算放大器4
1.3 基本運算放大器結(jié)構(gòu)5
1.4 理想運算放大器電路分析10
1.5 負反饋15
1.6 運算放大器電路中的反饋20
1.7 環(huán)路增益和布萊克曼公式25
1.8 運算放大器的供電31
習題35
參考文獻42
附錄42
第2章 電阻反饋電路44
2.1 電流-電壓轉(zhuǎn)換器44
2.2 電壓-電流轉(zhuǎn)換器46
2.3 電流放大器51
2.4 差分放大器52
2.5 儀表放大器56
2.6 儀表應用61
2.7 傳感器橋式放大器64
習題69
參考文獻73
第3章 靜態(tài)運算放大器的限制74
3.1 簡化運算放大器電路圖75
3.2 輸入偏置電流和輸出失調(diào)電流79
3.3 低輸入偏置電流運放82
3.4 輸入失調(diào)電壓85
3.5 低輸入失調(diào)電壓89
3.6 輸入失調(diào)誤差和補償技術(shù)92
3.7 輸入電壓范圍和輸出電壓擺動95
3.8 最大額定值100
習題101
參考文獻104
附錄105
第4章 動態(tài)運算放大器的限制113
4.1 開環(huán)響應113
4.2 閉環(huán)響應117
4.3 輸入和輸出阻抗122
4.4 瞬態(tài)響應125
4.5 有限增益帶寬積對積分電路的影響130
4.6 有限GBP對濾波器的影響135
4.7 電流反饋放大器139
習題146
參考文獻150
第5章 噪聲151
5.1 噪聲特性152
5.2 噪聲的動態(tài)分析155
5.3 噪聲源158
5.4 運算放大器中的噪聲162
5.5 光敏二極管放大器中的噪聲167
5.6 低噪聲運算放大器170
習題172
參考文獻175
第6章 穩(wěn)定性176
6.1 穩(wěn)定性問題176
6.2 相位裕度和增益裕度的測量183
6.3 運算放大器的頻率補償188
6.4 有反饋極點的運算放大器電路197
6.5 輸入時延補償和超前反饋補償203
6.6 電流反饋放大器電路的穩(wěn)定性207
6.7 復合放大器209
習題213
參考文獻218
第7章 非線性電路219
7.1 電壓比較器219
7.2 比較器應用224
7.3 施密特觸發(fā)器230
7.4 精密整流器234
7.5 模擬開關238
7.6 峰值檢測器242
7.7 采樣-保持放大器245
習題249
參考文獻252
第8章 信號發(fā)生器253
8.1 正弦波發(fā)生器254
8.2 多諧振蕩器258
8.3 單片定時器264
8.4 三角波發(fā)生器268
8.5 鋸齒波發(fā)生器272
8.6 單片波形發(fā)生器273
8.7 V-F轉(zhuǎn)換器和F-V轉(zhuǎn)換器279
習題284
參考文獻287
第9章 電壓基準與穩(wěn)壓電源288
9.1 性能要求289
9.2 電壓基準293
9.3 電壓基準應用297
9.4 線性穩(wěn)壓電源300
9.5 線性穩(wěn)壓電源應用304
9.6 開關穩(wěn)壓電源310
9.7 誤差放大器317
9.8 電壓模式控制318
9.9 峰值電流模式控制（PCMC）322
9.10 boost型變換器的PCMC330
習題335
參考文獻338
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