原创 《运放电路环路稳定性设计》,手把手教你从理论到实战！

本书利用“原理分析、仿真计算、样机测试”三步学习法对运放电路环路进行稳定性设计，使读者能够对已有电路CD理解，并且通过计算和仿真分析对原有电路进行改进，以便设计出符合实际要求的运放电路，达到实际应用的目的。1先，进行简单运放电路分析，运用反馈控制理论和稳定性判定准则进行时域/频域计算和仿真，D计算结果和仿真结果一致时再进行实际电路测试，使三者有机统一；然后，改变主要元器件参数，使电路工作于振荡或超调状态，此时测试稳定裕度，应该与稳定判据相符合；之后，设计反馈补偿网络使电路重新工作于稳定状态，通过这整个过程帮助读者透彻理解运放电路环路控制分析与设计方法。

    本书适合运放电路设计人员使用和参考，同时也可供模拟电路和电力电子相关专业高年级本科生和研究生阅读学习，使设计人员真正懂得运放电路系统稳定性分析与设计：

1.原理分析——初步理解运放电路的工作特性、控制、反馈。

2.仿真计算——根据电路技术指标计算整体参数，并利用仿真分析对电路进行整体测试，包括交流、直流、瞬态、开环、闭环，尤其是电路环路稳定性。

3.样机测试——搭建实际电路进行测试，包括稳态与暂态；并且改变参数与设置对电路进行全面测试，包括稳定与振荡，并与原理分析和仿真计算进行对比，使得三者有机统一。

    在小编的理解里面，运放的环路稳定性是指在负反馈控制下，运放的输出是否稳定，即不会出现震荡、失控等不稳定的情况。

    那么运放的稳定性问题，从何而来？运放系统中，常存在非线性因子，它们会引起系统不同程度的相移。这本来也没啥，咱没必要太敏感，但一定要警惕下面这个点。当运放系统的相位变化180°时，可能会发生一件可怕的事：系统的负反馈可能会变成正反馈。（原本的负反馈，已相移180°，若再移180°，势必造成反馈信号，原地掉头，反目成仇）这可能会使系统陷入不稳定。具体表现：输出信号会自激振荡，即使没输入，也会有振荡输出。当然也没那么夸张，不稳定是需要条件的。从工程上看，主要体现在两个指标上：相位裕度和增益裕度。如果设计合理，则完全不用担心。比如，就算负反馈变正反馈了，但此时增益<<1，那它也翻不起什么波浪。

目录

前言

致谢

D1章运放电路环路稳定性判定准则1

1.1稳定性概述1

1.1.1同相放大电路稳定性测试1

1.1.2增益裕度和相位裕度7

1.1.3增益峰值与超调量11

1.1.4劳斯稳定判据19

1.2环路测试27

1.2.1输入网络ZI与反馈网络ZF27

1.2.2闭环增益与1/β38

1.2.3Aol与1/β闭合速度41

1.2.4双注入法测试环路增益与相位47

1.3运放及RLC模型50

1.3.1运放传递函数模型建立50

1.3.2实际电阻模型53

1.3.3实际电解电容模型56

1.3.4实际电感模型57

1.4运放输出阻抗RO与ROUT58

1.4.1RO与ROUT的定义与推导58

1.4.2根据运放数据手册求解RO62

1.4.3RO负载测量法65

1.4.4RO激励测量法68

D2章运放电路单反馈补偿设计70

2.1容性负载稳定性分析70

2.1.1Aol修正模型频域测试70

2.1.2Aol修正模型时域测试72

2.2隔离电阻补偿75

2.2.1隔离电阻补偿原理75

2.2.2隔离电阻补偿参数计算与频域测试75

2.2.3隔离电阻补偿电路实例测试77

2.3反馈电容补偿80

2.3.1反馈电容补偿原理与参数计算80

2.3.2反馈电容补偿电路仿真测试82

2.3.3反馈电容补偿设计实例86

2.4噪声增益补偿95

2.4.1反相放大电路噪声增益补偿100

2.4.2同相放大电路噪声增益补偿101

2.4.3噪声增益补偿实例测试103

D3章运放电路Riso双反馈补偿设计113

3.1Riso双反馈补偿原理113

3.2OPA177双J型运放双反馈控制115

3.2.1OPA177双J型运放模型测试115

3.2.2OPA177容性负载Riso双反馈测试125

3.3CMOS运放容性负载双反馈控制148

3.3.1OPA734 CMOS运放模型建立149

3.3.2OPA734 CMOS运放电路双反馈测试155

3.3.3OPA734运放电路双反馈频域与时域对比158

D4章运放电路设计实例172

4.1热电偶变送器172

4.1.1热电偶变送器工作原理分析172

4.1.2热电偶变送器双反馈补偿设计173

4.1.3热电偶变送器频域稳定性测试173

4.1.4热电偶变送器时域稳定性测试180

4.1.5供电保护电路分析182

4.2复合放大电路186

4.2.1复合放大电路工作特性186

4.2.2复合放大电路反馈超前补偿设计188

4.2.3D2级运放OA2反馈补偿设计193

4.2.4复合运放设计实例198

4.3运放OPAX192模型建立及性能测试206

4.3.1OPAX192模型建立206

4.3.2OPAX192性能测试211

4.3.3OPAX192精密参考源缓冲电路227

D5章运放电路扩展设计233

5.1单电源供电缓冲电源设计233

5.1.1缓冲电源工作原理分析233

5.1.2缓冲电源开环测试234

5.1.3缓冲电源闭环测试235

5.1.410V/100mA缓冲电源设计239

5.2BJT线性电源设计246

5.2.1BJT线性电源开环频域测试246

5.2.2BJT线性电源瞬态测试246

5.3MOSFET线性电源设计255

5.3.1MOSFET线性电源开环频域测试256

5.3.2MOSFET线性电源瞬态测试257

5.436W线性电源分析264

5.4.1恒压控制264

5.4.2恒压串联控制270

5.4.3恒流控制273

5.4.4恒压与恒流联合控制277

5.4.5常规并联控制277

5.4.6自动并联控制279

5.4.7恒压环路稳定性分析286

5.4.8恒流环路稳定性分析289

5.4.9远程控制292

D6章运放电路稳定性实际测试296

附录重要元器件的PSpice模型313

参考文献328

致谢

作者简介

D1部分初级电子学

D1章引言3

本书目标3

D2章元器件和原理图5

2.1导线5

2.2导线工具6

2.3电池7

2.3.1电池“1次解密”9

2.3.2串联电路和电池座10

2.3.3“D二次解密”：提高LED钥匙扣灯电池寿命12

2.3.4“D三次解密”：将AA电池装进笔形电筒13

2.3.5手电筒制作13

2.4电压、电流、电阻和功率15

2.5电阻17

2.6电容20

2.7电感和线圈22

2.8半导体25

2.8.1二J管和整流器25

2.8.2放大器26

2.8.3双J型晶体管27

2.8.4真空管29

2.9放大器和逻辑门集成电路31

2.10电路图32

参考文献35

D3章组装工艺和简单测试设备36

3.1无焊电路组装工艺36

3.1.1利用双绞线组装电路36

3.1.2自制实验板38

3.2面包板39

3.3焊接工具41

3.4电线或连接器预镀锡43

3.5各种接头焊接实例44

3.6面包板焊接44

3.7矢量和穿孔板46

3.8矢量板焊接——LM386音频放大器47

3.9简单测试设备——电池测试仪49

3.10万用表用作电池测试仪51

3.11元件清单53

参考文献54

D4章光发射器和接收器55

4.1白炽灯55

4.2＃222手电筒灯泡实验56

4.3LED58

4.4LED驱动60

4.5LED输出参数61

4.6LED与白炽灯对比62

4.7LED实验测试62

4.7.1LED实验162

4.7.2LED实验263

4.8光接收器64

4.9光敏二J管实验66

4.10遥控信号接收实验68

参考文献70

D5章二J管、整流器及相关电路71

5.1二J管和整流器工作特性71

5.2电源交流-直流转换电路73

5.3直流分压电路和电压乘法器77

5.4二J管开关和增益控制81

5.5测量电池组直流电阻实验82

5.6二J管增益控制电路83

5.7二J管混合射频电路85

5.8二J管逻辑电路86

5.9变容二J管87

5.10电压调节齐纳二J管87

参考文献89

D6章晶体管、场效应晶体管和真空管90

6.1电流源和电压控制电流源器件90

6.2利用JFET构建恒流“二J管”91

6.3利用双J型晶体管构建电流源93

6.4输入信号变化时集电J电流和电压增益变化值测量95

6.5利用LED建立基准电压97

6.6利用恒流源提供低纹波输出电源99

6.7利用JFET、MOSFET和真空管建立电流源102

6.8利用晶体管放大器和LED构建低功耗夜明灯107

6.9运算放大器快速浏览109

6.10利用JFET和双J型晶体管建立电压控制电阻114

参考文献114

D2部分中级电子学

D7章放大器和反馈117

7.1什么是负反馈系统117

7.2同相增益运算放大器119

7.3反相增益配置121

7.4实验：光敏二J管传感器和自动电平控制放大器123

7.4.1光传感器123

7.4.2音频信号电平控制125

7.5电压控制放大电路127

7.6电压控制共发射J放大器128

7.7利用负反馈稳定和调节自偏置集电J电流129

7.8功率输出级和VBE乘法器电路132

7.9正反馈缺点134

7.10运算放大器选型136

参考文献137

D8章音频信号和电路138

8.1传声器、留声机、线路输入和扬声器信号电平138

8.2用于广播和录音室的平衡或差分模式音频信号140

8.3传声器前置放大器电路143

8.4利用附加晶体管增加增益带宽积和实现低噪声148

8.5利用移动磁体磁性建立高输出唱机盒前置放大器149

8.6用于录制和播放记录的频率响应和相位150

8.7RIAA均衡前置放大器实验151

8.7.1RIAA唱机前置放大器实验1151

8.7.2RIAA唱机前置放大器实验2153

8.7.3RIAA唱机前置放大器实验3：少即是多？156

8.7.4低电压真空管放大器制作158

8.8前置放大器电路供电电源160

8.9音响设备标准失真测试162

参考文献166

D9章振荡器167

9.1振荡器系统简要概述167

9.2张弛振荡器工作原理169

9.3相移振荡器170

9.4自动增益控制无削波正弦波文氏桥振荡器173

9.5通用文氏桥振荡器175

9.6张弛振荡器设计实例176

9.7利用双路比较器、场效应晶体管和触发器建立555定时器179

9.8利用单片74HC14或74AC14建立张弛振荡器181

9.9射频振荡器182

参考文献186

D3部分GJ电子学

D10章调幅信号和电路189

10.1AM信号定义189

10.2AM信号类型192

10.3载波抑制调幅信号194

10.4I通道和Q通道197

10.5基本收音机电路199

10.6收听无线电广播实验202

10.6.1TRF收音机204

10.6.2固态再生收音机206

10.6.3再生收音机和TRF收音机对比207

10.6.4信号混合207

10.6.5双联可变电容器208

10.6.6振荡线圈209

10.6.7中频变压器209

10.7利用MK484/ TA7642芯片的超外差收音机213

10.8共射放大器测试215

参考文献215

D11章调频信号和电路216

11.1调频信号定义216

11.2实验1：采用压控变容二J管建立调频振荡器实验218

11.2.1利用预加重和去加重发射与接收均衡曲线220

11.2.2观察预加重和去加重影响222

11.2.3调频和预加重网络223

11.2.4调频收音机225

11.3利用陶瓷滤波器和谐振器建立FM调谐器231

11.4Silicon Labs公司调频收音机实验235

11.5调频探测器238

参考文献245

D12章视频基础知识——包括视频信号246

12.1通过对比度、亮度、分辨率和锐度检查静物照片246

12.2电视画面分辨率和品质250

12.3宽高比253

12.4Kell系数255

12.5宽高比、Kell系数、帧速率和带宽决定扫描行数256

12.6锐度和频率响应259

12.7蝙蝠侠耳朵式图像增强恢复259

12.8彩电基础知识262

参考文献264

D13章视频电路与系统265

13.1视频电路亮度和对比度265

13.2锐度电路269

13.3亮度、对比度和锐度视频处理器271

参考文献282

D14章高等电子数学283

14.1线性方程283

14.2偏置电压285

14.3线性方程在FM立体声系统中的应用288

14.4线性方程在颜色编码中的应用289

14.5多项式291

14.6一阶多项式负反馈系统296

14.7多项式在放大器负反馈失真效果计算中的应用298

14.8本章总结303

参考文献303

D15章基本电路分析技术304

15.1基尔霍夫定律在环路和节点电路方程分析中的局限性304

15.2环路方程305

15.2.1输入零电压源305

15.2.2定义电流和电压方向306

15.2.3使用正电荷电流推导电压分压器公式306

15.2.4使用节点方程求解并联电阻307

15.3戴维南等效电路309

15.3.1通过戴维南等效电路分析实际电路311

15.4交流电路分析313

15.5RC低通和高通滤波器简单瞬态或脉冲响应319

参考文献322

D16章回顾与分析323

16.1文氏桥振荡器RC反馈网络323

16.2唱机前置放大器327

16.3射J跟随电路330

16.4利用发射J输出阻抗决定共射放大器特性335

16.5反相增益视频放大器分析338

16.6以前项目的改进或变化340

16.7利用60W灯泡实现文氏桥振荡器342

16.8谐波失真分析初探344

16.9利用差分增益求解谐波失真346

参考文献348

D17章半导体开关器件349

17.1电路破解349

17.2发明和专利354

17.2.1应用于宽频移相陶瓷滤波振荡器355

17.2.2非变容式电子可调电容器359

17.2.3伺服控制静态偏置AB放大器 364

17.3其他设计实例368

17.3.1振荡器电源频率调制368

17.3.2LC射频匹配网络369

参考文献371

D18章故障排除与思考372

18.1电路组装372

18.2电路完成与测试372

18.3直流偏置条件373

18.4正确选择运算放大器374

18.5高速和大电流逻辑门电路374

18.6去耦电容374

18.7如何消除放大器振荡375

18.8低频振荡375

18.9在电源端注入噪声实现电源去耦378

18.10振荡器失振379

18.11减少外部噪声380

18.12实例分析381

18.13利用AM / FM收音机测试振荡器是否工作381

18.14低压差稳压器382

18.15测试设备回顾382

18.16疑难解答总结383

18.17本书思考383ⅩⅩⅩⅡ

样章截图