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