Кофлин Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы
Перевод с английского Б. Н. Бронина
под редакцией канд. техн. наук М. В. Гальперина
Редакция литературы по новой технике
Издательство «Мир»
Москва
1979
Систематический курс по линейным интегральным схемам. Авторы рассматривают все аспекты их применения в цепях линейного преобразования сигналов, компараторах, генераторах сигнала, измерительных приборах, усилителях мощности, источниках питания, активных фильтрах и таймерах. Ряд вопросов, например построение таймеров, в данной «книге освещается впервые. Приведены подробные справочные данные.
Четкость изложения, конкретные примеры и ориентированность на разработчиков лриборов и систем делают книгу незаменимым пособием для специалистов по приборостроению, автоматизированным системам управления, промышленной автоматике и телемеханике. Она может использоваться студентами и аспирантами соответствующих специальностей.
Старший научный редактор Н. В. Серегина
Младший научный редактор Н. Н. Титова
Художник Ю. С. Урманчиев
Художественный редактор Л. Е. Безрученков
Технический редактор Т. А. Максимова
Корректор В. И. Киселева
Содержание книги Операционные усилители и линейные интегральные схемы
Предисловие редактора перевода
Предисловие
Глава 1. Макетирование схем на операционных усилителях
Глава 2. Принцип действия операционного усилителя
Глава 3. Инвертирующий и неинвертирующий усилители
Глава 4. Компараторы
Глава 5. Избранные применения операционных усилителей
Глава 6. Генераторы сигналов
Глава 7. Источники питания и усилители мощности
Глава 8. Дифференциальные, измерительные и мостовые усилители
Глава 9. Смещение, сдвиги и дрейф
Глава 10. Полоса пропускания, скорость нарастания, шумы и частотная коррекция
Глава 11. Модуляция, демодуляция и преобразование частоты с использованием аналогового перемножителя
Глава 12. Активные фильтры
Глава 13. Интегральные таймеры
Библиография
Приложения
Предметный указатель
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Среди изданий по интегральным микросхемам, выпущенных за рубежом и переведенных на русский язык, предлагаемая вниманию читателей книга выделяется простотой и наглядностью в сочетании с полнотой изложения. Она доступна не только подготовленным специалистам, но и лицам, впервые приступающим к изучению предмета.
Книга является систематическим курсом по применению линейных интегральных схем в приборостроении, автоматике, телемеханике и измерительной технике, охватывает всю совокупность вопросов, связанных с использованием интегральных операционных усилителей и линейных схем, начиная с методов монтажа на печатных платах и элементарных схем включения и кончая построением и расчетом субсистем по обработке линейных сигналов с учетом погрешностей реальных элементов. Ряд вопросов излагается с такой полнотой впервые. Это прежде всего относится к схемотехнике и применению таймеров — устройств для задания временных интервалов. Ограничившись только необходимым минимумом сведений по микросхемотехнике и несколькими типами зарекомендовавших себя на практике современных микросхем (операционные усилители 741 и 301, компаратор 311, таймеры 555 и XR-2240), авторы сосредоточивают свое внимание на характеристиках схем, которые наиболее важны для пользователей — разработчиков приборов и систем.
В СССР выпускаются аналоги основных типов этих схем (серии ИМС К140, К153 и др.). При переводе мы сохранили особенности терминологии авторов, давая в некою-рых случаях варианты терминов, принятые в отечественной литературе. Библиография дополнена небольшим перечнем изданий яа русском языке, приведенным ниже.
Книга предназначена как для специалистов по приборостроению, автоматизированным системам управления, промышленной автоматике и телемеханике, так и для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.
М. Гальперин
ЛИТЕРАТУРА
1. Корн Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, т. II. Пер. с англ. — М.: Мир, 1968.
2. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы.—М.: Сов. радио, 1979.
3. Современная теория фильтров и их проектирование. Пер. с англ. / Под ред. Г. Темеша, С. Митра. — М.: Мир, 1977.
4. Полонников Д. Е. Решающие усилители. — М.: Энергия, 1973.
5. Аналоговые интегральные схемы. Пер. с англ./Под ред. Дж. Коннели. — М.: Мир, 1977.
6. Рутковский Дж. Интегральные операционные усилители. Пер. с англ. — М.: Мир, 1978.
7. Проектирование и применение операционных усилителей. Пер. с англ. / Под ред. Дж. Грэма, Дж. Тоби, Л. Хьюлсмана. — М.: Мир, 1974.
8. Гальперин М. В., Злобин Ю. П., Павленко В. А. Усилители постоянного тока. — М.: Энергия, 1978.
Посвящается Бею, Фреду, Милли и Уолли
ПРЕДИСЛОВИЕ
Применение операционных усилителей (ОУ) и других линейных интегральных микросхем (ЛИМС) не вызывает затруднений, если не требуется, чтобы эти устройства работали вблизи границ их расчетных параметров. Цель данной книги и состоит в том, чтобы показать, насколько просто подобные устройства позволяют решать целый ряд технических задач в таких областях, как измерение, генерирование сигналов и управление.
При начальном изучении методов использования ОУ никогда не следует сразу ставить задачу квалифицированного выбора из множества имеющихся типов усилителей. Поэтому мы начинаем наш вводный курс с изучения недорогого и надежного ОУ, на который не влияют практически любые ошибки в монтаже, который не боится емкости длинных соединений и не сгорит при первой же возможности. Таким усилителем является ОУ 741; его параметры указаны в приложении 1, а схемы его использования проводятся по ходу изложения.
Если нам потребуется ОУ с несколько большим быстродействием для получения более широкой полосы пропускания, то имеется еще один .недорогой и широко применяемый операционный усилитель — ОУ 301. Характеристики его приведены в приложении 2, а из гл. 10 читатель узнает, в каких случаях этому усилителю стоит отдать предпочтение.
В гл. 1—8 показано, каким образом можно использовать ОУ в целом ряде схем. При этом ограничения, присущие операционным усилителям, не учитываются. Очень важно научиться строить схемы с применением ОУ прежде, чем пытаться использовать предельные значения его характеристик. При изучении транзисторов или других устройств мы ведь не начинаем с присущих им ограничений! К сожалению, большинство книг по интегральным микросхемам (ИМС) начинается сразу с оценки их предельных возможностей, что затеняет свойственную им простоту и те преимущества, которыми обладают ИМС перед аналогичными схемами на АИС-кретных биполярных транзисторах. По этим причинам ограничения, присущие схемам с применением ОУ, рассматриваются нами лишь в гл. 9 и 10. Более того, не все эти ограничения существенны для данной конкретной схемы. Например, такие параметры ОУ по постоянному току, как напряжение сдвига, обычно не играют роли при использовании ОУ в схеме уоилителя переменного тока. Вследствие этого параметры ОУ по постоянному току (гл. 9) рассматриваются отдельно от его параметров по переменному току (гл. 10).
В гл. 11 представлена ИМС перемножителя, замечательная тем, что ее использование сильно упрощает анализ и расчет схем связи. Перемножитель, ОУ и несколько резисторов позволяют создавать модуляторы, демодуляторы, удвоители частоты, фазовращатели и многие другие схемы.
В гл. 12 показаны четыре основных типа активных фильтров: нижних и верхних частот, полосовой и режекторный. Вследствие простоты их расчета были выбраны фильтры Баттерворта. Если вы желаете рассчитать трехполюсный (с крутизной 60 дБ/декада) баттервортовский фильтр, то гл. 12 подскажет, как это сделать в четыре этапа с помощью карандаша и бумаги: калькулятор или ЭВМ при этом не потребуются. Вся математическая подготовка, необходимая при изучении книги, сводится к знанию основ алгебры.
Гл. 13 посвящена другому классу ИМС, также широко используемому и столь же разностороннему в применении, как и ОУ, — интегральным таймерам. Они недороги и просты в применении.
Представленного в книге материала достаточно для курса на один семестр. Все приведенные здесь схемы прошли проверку в лаборатории и были тщательно отобраны с тем, чтобы на их примере можно было проиллюстрировать (хотя бы частично) чрезвычайно широкую область, где применение ИМС обеспечивает недорогое решение практических задач. Излагаемый материал пригоден как для специалистов, не связанных непосредственно с электроникой, но которые хотят узнать кое-что о линейных ИМС, так и для студентов, специализирующихся в области электроники и желающих научиться применять линейные интегральные микросхемы.
Мы благодарны декану Ч. М. Томсону за то, что он вдохновил нас на написание этой книги, нашим студентам — за настоятельные требования дать учебный материал по злободневным вопросам полупроводниковой электроники, М. Хэтфилд, Б. Баум, Дж. Требах и М. Михэн — за мастерскую перепечатку рукописи, нашим коллегам Р. С. Виллануччи и У. Мегоу — за разработку и создание систем макетирования, описанных в гл. 1, а также У. Брэдли и Дж. Рудису — за фотоснимки.
