前 言
作为世界领先的半导体产品供应商，TI 不仅在 DSP 的市场份额上有超过 65％占有率的
绝对优势；在模拟产品领域，TI 也一直占据出货量世界第一的位置。而本手册是针对中国大
学生创新活动的简化选型指南，帮助老师和同学们快速了解 TI 的模拟产品。 需要提醒大家
的是， 这本手册仅仅涵盖了 TI 模拟产品的一小部分， 如果您需要更为全面细致的选型帮助
和技术文档，请访问 www.ti.com/analog 以获取运算放大器，数据转换器，电源管理，时钟，
接口逻辑和 RF 等产品信息，访问 www.ti.com/mcu 以获得更多 MSP430,Tiva 和 C2000 的产品
信息。
众人拾柴火焰高，如果你读过本手册的前面几个版本，一定会对其中略去的几个章节耿
耿于怀，也会对其中草草结束的部分感到不满，今年在 TI 中国大学计划工程师团队的共同努
力下,我们基于 2012 年的版本将本手册进行了第一阶段的充实工作。比如我们加入了原理部
分，解读了放大器，数据转换器，电源的指标和选型方案；比如我们完善了应用技巧相关的
章节，突出了实际操作中需要注意的问题，比如噪声控制，PCB 设计，等等；比如我们开始
逐步强调模数混合系统设计的重要性，毕竟在现代的电子系统中，纯模拟的模块已经越来越
少了。诸如这些改进，都是为了把更多的业界先进技术带给高校学生，加强同学们的工程实
践能力，培养系统设计意识。
本手册将分为以下几部分介绍信号链和电源相关的知识及 TI 产品在大学生创新活动中的
应用：
第一部分：运算放大器的原理和设计，由王沁工程师整理和编写；
第二部分：数据转换器的原理和设计，由崔萌工程师整理和编写，钟舒阳和谢胜祥两位
工程师也参与了其中的部分章节；
第三部分：线性电源和开关电源的原理和设计，由胡国栋工程师整理和编写，汪帅工程
师也参与了其中的部分章节。
全书由黄争规划并进行了校对和修改。但是由于时间仓促，水平有限，手册中一定存在
不少错漏，请大家积极给予反馈，提出宝贵意见。
德州仪器中国大学计划
I
目 录
第一部分 运算放大器篇
前 言 ................................................................................................................................................. 1
TI 概览 ............................................................................................................................................... 1
第一章 运算放大器基础 ................................................................................................................. 1
1.1 概述 ....................................................................................................................................... 1
1.2 放大器基础 ........................................................................................................................... 1
1.3 理想运放模型 ....................................................................................................................... 2
1.3.1 理想运算放大器特点 .................................................................................................. 2
1.3.2 “虚短”和“虚断” .................................................................................................. 3
1.3.3 叠加定理 ...................................................................................................................... 4
1.4 基本运算电路 ...................................................................................................................... 4
1.4.1 同相放大器 ................................................................................................................. 4
1.4.2 反相放大器 .................................................................................................................. 5
1.4.3 加法器 .......................................................................................................................... 6
1.4.4 简化运算放大器电路图 .............................................................................................. 7
第二章 运算放大器的指标 ............................................................................................................. 9
2.1 开环增益、闭环增益和环路增益 ....................................................................................... 9
2.2 放大器的直流精度 ............................................................................................................. 12
2.2.1 放大器输入端的直流指标 ........................................................................................ 12
2.2.2 放大器输出端的直流参数指标 ................................................................................ 18
2.3 放大器的交流精度 ............................................................................................................. 20
2.4 其他指标 ............................................................................................................................. 24
II
第三章 精密放大器选型 ............................................................................................................... 33
3.1 TI 精密运算放大器............................................................................................................. 33
3.2 精密放大器选型步骤 ......................................................................................................... 36
3.3 TI 精密运算放大器列表 ..................................................................................................... 40
第四章 运放单电源供电 ............................................................................................................... 42
4.1 单电源运放 ......................................................................................................................... 42
4.2 单电源运放电路的基本偏置方法 ..................................................................................... 42
4.3 其他一些基本的单电源供电电路 ..................................................................................... 46
第五章 各种差动放大器解析 ....................................................................................................... 49
5.1 差分放大器基本概念 ......................................................................................................... 49
5.2 差分放大器 ......................................................................................................................... 50
5.3 仪表放大器 ......................................................................................................................... 52
5.4 电流检测放大器 ................................................................................................................. 58
5.5 全差分运算放大器 ............................................................................................................. 62
第六章 放大器的稳定性 ............................................................................................................... 70
6.1 运算放大器为什么会不稳定？ ......................................................................................... 70
6.2 分析运算放大器的工具：波特图 ..................................................................................... 72
6.3 断开交流反馈环路以获得 Aol 和 1/β 的波特图的方法 .................................................. 76
6.4 使用 TINA-TI 判断运放的稳定性 .................................................................................... 79
6.5 修改 Aol 的补偿方法：添加 RISO.................................................................................... 86
6.6 修改 1/β 的补偿方法：增大噪声增益和添加 CF ............................................................ 89
第七章 高速放大器的选型 ........................................................................................................... 95
7.1 高速放大器的关键指标 ..................................................................................................... 95
7.2 Bipolar & FET 输入的高速放大器 ..................................................................................... 97
7.3 电压反馈、电流反馈和去补偿型高速放大器 ................................................................. 98
III
7.3.1 什么是电压反馈，什么是电流反馈？.................................................................... 98
7.3.2 电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：带宽 vs 增益 ................................... 99
7.3.3 电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：反馈电阻的取值 ...........................101
7.3.4 电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：压摆率 ...........................................103
7.3.5 何时选用电压反馈放大器，何时选用电流反馈放大器？ ..................................104
7.3.6 去补偿（Decompensate）电压反馈放大器 ...........................................................104
7.4 可控增益放大器的应用 ...................................................................................................108
7.5 高速放大器的布局布线 ...................................................................................................112
7.5.1 什么时候需要高速印制电路版？...........................................................................112
7.5.2 信号完整性基础 ......................................................................................................113
7.5.3 正确的高速 PCB 设计指南 .....................................................................................116
第八章 有源滤波器设计 .............................................................................................................. 128
8.1 滤波器基本原理 ...............................................................................................................128
8.2 Webench 和有源滤波器设计 ...........................................................................................130
8.3 Filterpro 和有源滤波器设计 .............................................................................................136
8.4 运放的选择 .......................................................................................................................138
8.5 过采样简化模拟滤波器设计 ...........................................................................................139
8.6 多阶滤波器如何增强过渡带的陡峭度 ...........................................................................141
模拟设计小集锦 ............................................................................................................................ 145
CMOS 运放的 THD+N ............................................................................................................145
单电源运放的轨到轨输入 ...................................................................................................... 147
输出达不到轨到轨 .................................................................................................................. 151
放大器的输入偏置电流 .......................................................................................................... 156
Sallen-key 低通滤波器的高频馈通现象 ................................................................................. 158
