Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits: Theory and Applications

Preface......Page 5 Acknowledgements......Page 7 Problem Set . . . . . . . . 82......Page 9 5.3 Gain-Bandwidth Product . . . . . . 157......Page 10 7.3 Wave Shaping . . . . . . . 254......Page 11 9.3 Single Chip Oscillators and Frequency Generators . . . 371......Page 12 11.7 Band-Pass Filter Realizations . . . . . 471......Page 13 D: Answers to Selected Numbered Problems . . . . 569......Page 14 1.1 Introduction......Page 15 Variable Naming Convention......Page 16 Decibel Representation of Power and Voltage Gains......Page 17 Example 1.1......Page 19 Example 1.3......Page 20 Example 1.4......Page 21 Example 1.5......Page 22 Signal Representation in dBW and dBV......Page 23 Example 1.8......Page 24 Example 1.10......Page 25 Example 1.12......Page 26 1.3 Bode Plots......Page 27 Lead Network Gain Response......Page 28 Lead Network Phase Response......Page 31 Example 1.14......Page 33 Example 1.15......Page 35 Risetime versus Bandwidth......Page 36 1.4 Combining the Elements - Multi-Stage Effects......Page 38 Example 1.17......Page 39 1.5 Circuit Simulations Using Computers......Page 40 DC Analysis......Page 43 Example 1.18......Page 44 AC Analysis......Page 46 Example 1.19......Page 50 Common Mode Rejection......Page 53 Example 1.20......Page 56 Review Questions......Page 58 Analysis Problems - dB emphasis......Page 59 Analysis Problems - Bode plot emphasis......Page 60 Challenge Problems......Page 61 Computer Simulation Problems......Page 62 2.2 What Is An Op Amp?......Page 63 Block Diagram Of An Op Amp......Page 64 A Simple Op Amp Simulation Model......Page 69 Op Amp Data Sheet and Interpretation......Page 70 Computer Simulation......Page 74 Example 2.1......Page 76 Example 2.2......Page 77 Monolithic Construction......Page 78 Hybrid Construction......Page 80 Review Questions......Page 81 Problems......Page 82 Computer Simulation Problem......Page 84 3.2 What Negative Feedback Is and Why We Use It......Page 85 3.3 Basic Concepts......Page 86 The Effects of Negative Feedback......Page 87 3.4 The Four Variants of Negative Feedback......Page 90 Series-Parallel (SP)......Page 91 Example 3.1......Page 94 Computer Simulation......Page 95 Computer Simulation......Page 97 SP Impedance Effects......Page 98 Distortion Effects......Page 102 Computer Simulation......Page 104 Parallel-Series (PS)......Page 106 Example 3.4......Page 108 PS Impedance Effects......Page 109 Parallel-Parallel (PP) and Series-Series (SS)......Page 111 3.5 Limitations On The Use of Negative Feedback......Page 112 Review Questions......Page 113 Analysis Problems......Page 114 Computer Simulation Problems......Page 116 4.1 Introduction......Page 117 The Noninverting Voltage Amplifier......Page 118 Example 4.2......Page 119 Example 4.3......Page 120 Example 4.4......Page 121 Inverting Voltage Amplifier......Page 122 Example 4.5......Page 123 Computer Simulation......Page 124 Example 4.7......Page 125 Example 4.8......Page 126 Noninverting Voltage-to-Current Transducer......Page 127 Example 4.9......Page 128 Computer Simulation......Page 129 Inverting Current Amplifier......Page 130 Example 4.12......Page 132 Summing Amplifiers......Page 133 Example 4.13......Page 134 Noninverting Summing Amplifier......Page 136 Differential Amplifier......Page 139 Example 4.15......Page 140 Adder/Subtractor......Page 141 Adjustable Inverter/Noninverter......Page 142 4.3 Single Supply Biasing......Page 143 4.4 Current Boosting......Page 146 Computer Simulation......Page 147 Summary......Page 148 Analysis Problems......Page 149 Design Problems......Page 152 Challenge Problems......Page 153 Computer Simulation Problems......Page 154 5.2 Frequency Response......Page 156 5.3 Gain-Bandwidth Product......Page 157 Example 5.1......Page 159 Computer Simulation......Page 160 Example 5.3......Page 162 Multi-stage Considerations......Page 163 Example 5.4......Page 165 Example 5.6......Page 167 Low Frequency Limitations......Page 168 5.4 Slew Rate and Power Bandwidth......Page 169 The Effect of Slew Rate on Pulse Signals......Page 171 The Effect of Slew Rate on Sinusoidal Signals and Power Bandwidth......Page 172 Example 5.8......Page 174 Computer Simulation......Page 175 Design Hint......Page 176 Slew Rate and Multiple Stages......Page 177 Feedforward Compensation......Page 178 Decompensated Devices......Page 179 Offset Sources and Compensation......Page 180 Example 5.9......Page 183 Example 5.10......Page 184 Computer Simulation......Page 186 5.6 Drift......Page 187 Example 5.11......Page 188 Example 5.12......Page 189 Example 5.13......Page 190 5.8 Noise......Page 191 Example 5.14......Page 194 Summary......Page 196 Analysis Problems......Page 197 Challenge Problems......Page 199 Computer Simulation Problems......Page 200 6.1 Introduction......Page 201 6.2 Instrumentation Amplifiers......Page 202 Example 6.1......Page 206 Computer Simulation......Page 208 Example 6.2......Page 210 6.3 Programmable Op Amps......Page 211 Example 6.3......Page 213 6.4 Op Amps for High Current, Power, and Voltage Applications......Page 214 High Current Devices......Page 215 6.5 High Speed Amplifiers......Page 218 Example 6.4......Page 220 6.7 Operational Transconductance Amplifier......Page 221 Example 6.5......Page 223 6.8 Norton Amplifier......Page 225 Example 6.6......Page 228 Computer Simulation......Page 229 6.9 Current Feedback Amplifiers......Page 232 6.10 Other Specialized Devices......Page 237 Summary......Page 238 Analysis Problems......Page 239 Challenge Problems......Page 241 Computer Simulation Problems......Page 242 7.1 Introduction......Page 243 7.2 Precision Rectifiers......Page 244 Computer Simulation......Page 247 Peak Detector......Page 248 Example 7.1......Page 249 Precision Full-Wave Rectifier......Page 251 Active Clampers......Page 254 Example 7.2......Page 257 Computer Simulation......Page 259 Active Limiters......Page 260 Example 7.3......Page 261 7.4 Function Generation......Page 262 Example 7.4......Page 265 Example 7.5......Page 266 Example 7.6......Page 267 Computer Simulation......Page 272 7.5 Comparators......Page 273 Example 7.7......Page 275 Computer Simulation......Page 276 7.6 Log and Anti-Log Amplifiers......Page 282 Example 7.8......Page 285 Four-Quadrant Multiplier......Page 286 Example 7.9......Page 288 A Precision Log Amp......Page 289 Summary......Page 292 Analysis Problems......Page 293 Challenge Problems......Page 295 Computer Simulation Problems......Page 296 8.1 Introduction......Page 298 8.2 The Need for Regulation......Page 299 8.3 Linear Regulators......Page 301 Example 8.2......Page 302 Computer Simulation......Page 304 Three Terminal Devices......Page 305 Current Boosting......Page 309 Programmable and Tracking Regulators......Page 310 Example 8.3......Page 311 Computer Simulation......Page 312 Example 8.4......Page 317 Example 8.5......Page 318 8.4 Switching Regulators......Page 323 Example 8.6......Page 328 8.5 Heat Sink Usage......Page 333 Thermal Resistance......Page 334 Example 8.7......Page 336 8.6 Extended Topic: Primary Switcher......Page 338 Summary......Page 339 Review Questions......Page 340 Design Problems......Page 341 Computer Simulation Problems......Page 342 9.1 Introduction......Page 344 Positive Feedback and the Barkhausen Criterion......Page 345 A Basic Oscillator......Page 346 Wien Bridge Oscillator......Page 347 Example 9.1......Page 350 Example 9.2......Page 351 Phase Shift Oscillator......Page 353 Example 9.3......Page 354 Example 9.4......Page 358 Computer Simulation......Page 359 Square/Triangle Function Generator......Page 360 Example 9.5......Page 363 Computer Simulation......Page 365 Example 9.6......Page 368 Computer Simulation......Page 369 Square Wave/Clock Generator......Page 371 Example 9.7......Page 372 Voltage-Controlled Oscillator......Page 373 Example 9.8......Page 376 When used in VCO mode, the most important element to remember is that the master oscillator frequency is set by the current coming out of the SET pin, Iset, as expressed by the following formula......Page 377 Example 9.9......Page 378 Phase-Locked Loop......Page 379 555 Timer......Page 382 555 Monostable Operation......Page 383 555 Astable Operation......Page 385 Example 9.11......Page 387 Summary......Page 388 Analysis Problems......Page 389 Design Problems......Page 393 Challenge Problems......Page 394 Computer Simulation Problems......Page 395 10.1 Introduction......Page 396 10.2 Integrators......Page 397 Optimizing the Integrator......Page 399 Example 10.1......Page 401 Example 10.2......Page 403 Computer Simulation......Page 404 Example 10.3......Page 405 Example 10.4......Page 407 10.3 Differentiators......Page 410 Accuracy and Usefulness of Differentiation......Page 411 Optimizing the Differentiator......Page 412 Example 10.5......Page 413 Computer Simulation......Page 415 Example 10.6......Page 416 Computer Simulation......Page 417 Example 10.7......Page 419 Example 10.8......Page 420 Example 10.9......Page 423 10.6 Extended Topic: Other Integrator and Differentiator Circuits......Page 426 Summary......Page 428 Review Questions......Page 429 Analysis Problems......Page 430 Design Problems......Page 432 Computer Simulation Problems......Page 434 11.1 Introduction......Page 435 11.2 Filter Types......Page 436 11.3 The Use and Advantages of Active Filters......Page 437 11.4 Filter Order and Poles......Page 438 11.5 Filter Class or Alignment......Page 439 Chebyshev......Page 441 Sallen and Key VCVS Filters......Page 443 Sallen and Key Low-Pass Filters......Page 446 The equal-component version......Page 449 The unity-gain version......Page 450 Example 11.1......Page 451 Computer Simulation......Page 454 Sallen and Key High-Pass Filters......Page 456 Example 11.2......Page 458 Filters of Higher Order......Page 459 Example 11.3......Page 464 Example 11.4......Page 468 11.7 Band-Pass Filter Realizations......Page 471 Multiple-Feedback Filters......Page 472 Example 11.5......Page 474 Computer Simulation......Page 476 State-Variable Filter......Page 478 Example 11.6......Page 481 Example 11.7......Page 483 Computer Simulation......Page 484 A Note on Component Selection......Page 486 11.9 Audio Equalizers......Page 487 Computer Simulation......Page 490 11.10 Switched-Capacitor Filters......Page 491 Voltage-Controlled Filters......Page 495 Summary......Page 497 References......Page 498 Analysis Problems......Page 499 Design Problems......Page 500 Challenge Problems......Page 501 Computer Simulation Problems......Page 502 12.1 Introduction......Page 503 The Advantages and Disadvantages of Working in the Digital Domain......Page 504 12.2 The Sampling Theorem......Page 505 12.3 Resolution and Sampling Rate......Page 506 Example 12.1......Page 507 Example 12.2......Page 508 12.4 Digital-to-Analog Conversion Techniques......Page 511 Practical Digital-to-Analog Converter Limits......Page 516 DAC0832......Page 520 PCM5242......Page 524 Example 12.5......Page 527 Example 12.6......Page 529 12.5 Analog-to-Digital Conversion......Page 531 Computer Simulation......Page 534 Analog-to-Digital Conversion Techniques......Page 535 ADC0844......Page 538 LTC2282......Page 540 CS5381......Page 542 Example 12.7......Page 544 Example 12.8......Page 546 Digital Signal Processing......Page 548 Summary......Page 551 Analysis Problems......Page 552 Design Problems......Page 554 Manufacturer's Data Sheet Links......Page 555 Standard Component Sizes......Page 557 Chapter 1......Page 558 Chapter 2......Page 559 Chapter 4......Page 560 Chapter 5......Page 561 Chapter 6......Page 562 Chapter 7......Page 563 Chapter 8......Page 564 Chapter 9......Page 565 Chapter 10......Page 566 Chapter 11......Page 567 Chapter 12......Page 568 Chapter 1......Page 569 Chapter 2......Page 572 Chapter 3......Page 573 Chapter 4......Page 574 Chapter 5......Page 577 Chapter 6......Page 578 Chapter 7......Page 580 Chapter 8......Page 583 Chapter 9......Page 584 Chapter 10......Page 586 Chapter 11......Page 587 Chapter 12......Page 590