Amplificateurs opérationnels et circuits intégrés linéaires Télécharger le PDF

Amplificateurs opérationnels et circuits intégrés linéaires Le but de ce texte, comme son nom l'indique, est de permettre au lecteur de maîtriser l'analyse et la conception de circuits utilisant des circuits intégrés linéaires modernes. Il progresse des blocs de construction de circuits fondamentaux jusqu'aux systèmes de conversion analogique/numérique. Le texte est destiné à être utilisé dans un cours de deuxième année sur les amplificateurs opérationnels au niveau associé ou pour un cours de niveau junior au niveau du baccalauréat. Afin d'utiliser efficacement ce texte, les étudiants doivent déjà avoir suivi un cours sur les circuits à transistors discrets de base et avoir une solide formation en algèbre et en trigonométrie, ainsi qu'une exposition aux phaseurs. Le calcul est utilisé dans certaines sections du texte, mais pour la plupart, son utilisation est réduite au minimum. Pour les étudiants sans formation en calcul, ces sections peuvent être ignorées sans perte de continuité. (La seule exception à cela est le chapitre dix, Intégrateurs et différenciateurs, qui repose sur la connaissance du calcul.) En écrivant ce texte, j'ai essayé de le rendre idéal à la fois pour l'enseignant et pour l'étudiant. Au lieu d'inonder l'étudiant de pages après pages de formules isolées et de collections de faits et de chiffres disjoints, ce texte s'appuie d'abord sur la construction d'une base solide. Bien que cela puisse prendre un peu plus de temps pour "entrer" dans l'amplificateur opérationnel qu'une approche plus traditionnelle, la dépense de temps initiale est récompensée par une compréhension plus profonde et une meilleure rétention du matériau ultérieur. J'ai essayé d'éviter de créer des formules à partir de rien, comme on le fait souvent pour des raisons d'opportunité dans les textes techniques. À la place, Je me suis efforcé de fournir suffisamment de documentation et de preuves pour que l'étudiant ne se demande jamais d'où viennent des formules particulières, ou pire, arrive à la conclusion qu'elles sont soit trop difficiles à comprendre complètement, soit en quelque sorte "magiques". Le texte peut être divisé en deux sections principales. La première section, composée des chapitres un à six, peut être considérée comme la base de l'amplificateur opérationnel. Ici, une présentation méthodique, étape par étape, est utilisée pour présenter l'amplificateur opérationnel idéalisé de base, et éventuellement examiner ses limites pratiques avec beaucoup de détails. Ces chapitres doivent être présentés dans l'ordre. Les six chapitres restants comprennent une sélection d'applications populaires, y compris la régulation de tension, les oscillateurs et les filtres actifs, pour n'en nommer que quelques-unes. Bien qu'il ne soit pas impératif que ces chapitres soient présentés dans l'ordre indiqué (ou d'ailleurs, qu'ils soient tous couverts), la disposition actuelle aboutira probablement à la progression la plus naturelle. Considérez ces chapitres comme du matériel de référence d'application et adaptez la présentation à vos besoins.

Il y a quelques points à noter à propos de certains chapitres. Tout d'abord, le chapitre un présente des informations sur les décibels, les diagrammes de Bode et l'amplificateur différentiel, qui est au cœur de la plupart des amplificateurs opérationnels. Ce chapitre peut être ignoré si votre programme couvre ces sujets dans un cours d'analyse de circuits ou de semi-conducteurs discrets. Dans ce cas, il est recommandé aux étudiants de parcourir le chapitre afin de se familiariser avec la nomenclature utilisée plus loin dans le texte. Dans le cadre de l'accent mis sur les fondamentaux, un chapitre distinct sur la rétroaction négative (chapitre trois) est présenté. Ce chapitre examine les quatre connexions de rétroaction négative de base qui peuvent être utilisées avec un amplificateur opérationnel et détaille l'action de la rétroaction négative en général. Il met l'accent sur la forme populaire série-parallèle (VCVS ou amplificateur de tension non inverseur) pour montrer comment la bande passante, la distorsion, l'impédance d'entrée, etc. sont affectées. Le chapitre six présente une variété de dispositifs modernes à usage spécial pour des tâches spécifiques, telles qu'un courant de charge élevé, un fonctionnement programmable et une vitesse très élevée. Un traitement approfondi des filtres actifs est donné au chapitre onze. Contrairement à de nombreux textes qui utilisent une approche "mémoriser ceci" à ce sujet, le chapitre onze s'efforce d'expliquer le fonctionnement sous-jacent des circuits, mais il le fait sans l'exigence mathématique plus avancée du traitement d'ingénierie classique. Le dernier chapitre, le chapitre douze, sert de pont entre les mondes analogique et numérique, couvrant les schémas de conversion analogique-numérique et numérique-analogique. N'oubliez pas que des livres entiers ont été écrits sur les thèmes des filtres actifs et des systèmes analogiques/numériques. Les chapitres onze et douze sont conçus comme des introductions solides à ces sujets, et non comme le dernier mot exhaustif. Au début de chaque chapitre se trouve un ensemble d'objectifs de chapitre. Ceux-ci soulignent les principaux points d'importance qui seront discutés. Après les objectifs du chapitre se trouve une introduction. L'introduction prépare le terrain pour la discussion à venir et met le chapitre en perspective avec le texte dans son ensemble. À la fin de chaque chapitre se trouvent un résumé et une série de questions de révision. Les questions de révision sont de nature générale et sont conçues pour tester la rétention des concepts de circuit et de système. Enfin, chaque chapitre contient un ensemble de problèmes. Pour la plupart des chapitres, les problèmes sont divisés en quatre catégories : problèmes d'analyse, problèmes de conception, problèmes de défi et problèmes de simulation informatique (SPICE). Un point important ici était d'inclure des problèmes suffisamment variés et suffisamment nombreux. Un sujet étendu de couverture facultative peut également être trouvé à la fin de nombreux chapitres. Un sujet étendu est conçu pour présenter une discussion et des détails supplémentaires sur une certaine partie d'un chapitre. Cela vous permet de personnaliser la présentation du chapitre dans une certaine mesure. Tout le monde ne voudra pas couvrir tous les sujets étendus. Même s'ils ne sont pas utilisés dans le cadre du déroulement normal du cours, ils permettent une lecture parallèle intéressante, d'éventuelles affectations extérieures et des points de lancement pour des discussions plus approfondies. Des exemples intégrés au texte utilisent des progiciels de simulation de circuit populaires basés sur SPICE et des dérivés tels que les offres commerciales NI Multisim et Orcad PSpice, ou des versions gratuites telles que TINA-TI et LTspice de Texas Instruments de Linear Technology. Si vous n'utilisez pas de simulations informatiques dans vos cours, ces éléments peuvent être ignorés avec peu de perte de continuité, cependant, si vous utilisez des simulations, je pense que vous constaterez que cette approche intégrée peut être très utile. En règle générale, les simulations ne doivent pas être utilisées à la place de l'analyse traditionnelle, et dans cet esprit, de nombreux exemples sont utilisés pour vérifier les résultats de calculs manuels ou pour étudier les effets de second ordre qui pourraient autrement prendre trop de temps. Les simulations informatiques sont également très utiles en classe et en laboratoire comme moyen de poser des questions « et si ». Certains des éléments explorés incluent les effets de différents modèles d'amplis op, la sensibilité aux balayages de paramètres, et l'utilisation de l'analyse de Monte Carlo pour étudier les écarts de production typiques. Les circuits sont présentés à l'aide de la fenêtre de capture schématique de Multisim. Bien que l'éditeur de schémas et les outils graphiques de sortie de Multisim soient affichés, les chiffres seraient très similaires dans d'autres packages populaires. A ce niveau, les différences entre les chiffres d'entrée et de sortie des différents packages sont largement cosmétiques. En général, n'importe quel simulateur SPICE de qualité sera suffisant pour les circuits présentés dans ce livre. les différences entre les chiffres d'entrée et de sortie des différents packages sont en grande partie cosmétiques. En général, n'importe quel simulateur SPICE de qualité sera suffisant pour les circuits présentés dans ce livre. les différences entre les chiffres d'entrée et de sortie des différents packages sont en grande partie cosmétiques. En général, n'importe quel simulateur SPICE de qualité sera suffisant pour les circuits présentés dans ce livre.

Contenu du livre :

1 : Concepts d'introduction et fondamentaux

2 : Composants internes de l'amplificateur opérationnel

3 : Rétroaction négative

4 : Circuits d'ampli op de base

5 : Limitations pratiques des circuits d'amplificateurs opérationnels

6 : Amplificateurs opérationnels spécialisés

7 : Circuits non linéaires

8 : Régulation de tension

9 : Oscillateurs et générateurs de fréquence

10 : Intégrateurs et différenciateurs

11 : Filtres actifs