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Operacionales

Dudas, comentarios sobre la teoria de instrumentacion electronica

Re: Operacionales

Notapor Kile » Sab, 17 Mar 2012, 19:40

Figures


2–1 Ohm’s Law Applied to the Total Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2–2 Ohm’s Law Applied to a Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2–3 Kirchoff’s Voltage Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2–4 Kirchoff’s Current Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2–5 Voltage Divider Rule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2–6 Current Divider Rule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2–7 Original Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2–8 Thevenin’s Equivalent Circuit for Figure 2–7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2–9 Example of Thevenin’s Equivalent Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6
2–10 Analysis Done the Hard Way . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
2–11 Superposition Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8
2–12 When V1 is Grounded . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8
2–13 When V2 is Grounded . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8
2–14 Saturated Transistor Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9
2–15 Transistor Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-10
2–16 Thevenin Equivalent of the Base Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-11
3–1 The Ideal Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3–2 The Noninverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3–3 The Inverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
3–4 The Adder Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
3–5 The Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-6
3–6 Differential Amplifier With Common-Mode Input Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
3–7 T Network in Feedback Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
3–8 Thevenin’s Theorem Applied to T Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
3–9 Video Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9
3–10 Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10
3–11 High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10
4–1 Split-Supply Op Amp Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4–2 Split-Supply Op Amp Circuit With Reference Voltage Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2
4–3 Split-Supply Op Amp Circuit With Common-Mode Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2
4–4 Single-Supply Op Amp Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
4–5 Inverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4
4–6 Inverting Op Amp With VCC Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5
4–7 Transfer Curve for Inverting Op Amp With VCC Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5
4–8 Noninverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7
Contents xi


Figures

4–9 Transfer Curve for Noninverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7
4–10 Schematic for Case1: VOUT = +mVIN + b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9
4–11 Case 1 Example Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12
4–12 Case 1 Example Circuit Measured Transfer Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12
4–13 Schematic for Case 2: VOUT = +mVIN – b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13
4–14 Case 2 Example Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4–15 Case 2 Example Circuit Measured Transfer Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4–16 Schematic for Case 3: VOUT = –mVIN + b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-16
4–17 Case 3 Example Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-17
4–18 Case 3 Example Circuit Measured Transfer Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
4–19 Schematic for Case 4: VOUT = –mVIN – b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-19
4–20 Case 4 Example Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-20
4–21 Case 4 Example Circuit Measured Transfer Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-21
5–1 Definition of Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
5–2 Summary Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5–3 Definition of Control System Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5–4 Definition of an Electronic Feedback Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5–5 Multiloop Feedback System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4
5–6 Block Diagram Transforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5
5–7 Comparison of Control and Electronic Canonical Feedback Systems . . . . . . . . . . . . . . . . 5-6
5–8 Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8
5–9 Bode Plot of Low-Pass Filter Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9
5–10 Band Reject Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9
5–11 Individual Pole Zero Plot of Band Reject Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-10
5–12 Combined Pole Zero Plot of Band Reject Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-10
5–13 When No Pole Exists in Equation (5–12) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
5–14 When Equation 5–12 has a Single Pole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
5–15 Magnitude and Phase Plot of Equation 5–14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-13
5–16 Magnitude and Phase Plot of the Loop Gain Increased to (K+C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14
5–17 Magnitude and Phase Plot of the Loop Gain With Pole Spacing Reduced . . . . . . . . . . . 5-14
5–18 Phase Margin and Overshoot vs Damping Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-16
6–1 Feedback System Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
6–2 Feedback Loop Broken to Calculate Loop Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4
6–3 Noninverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5
6–4 Open Loop Noninverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-6
6–5 Inverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-6
6–6 Inverting Op Amp: Feedback Loop Broken for Loop Gain Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7
6–7 Differential Amplifier Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8
7–1 Miller Effect Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2
7–2 TL03X Frequency and Time Response Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-3
7–3 Phase Margin and Percent Overshoot Versus Damping Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-4
7–4 TL07X Frequency and Time Response Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-5


Figures

7–5 TL08X Frequency and Time Response Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-6
7–6 TLV277X Frequency Response Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-7
7–7 TLV227X Time Response Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-7
7–8 Capacitively-Loaded Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-9
7–9 Capacitively-Loaded Op Amp With Loop Broken for Loop Gain (Aß) Calculation . . . . . . . 7-9
7–10 Possible Bode Plot of the Op Amp Described in Equation 7–7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-11
7–11 Dominant-Pole Compensation Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-11
7–12 Gain Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-12
7–13 Lead-Compensation Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13
7–14 Lead-Compensation Bode Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-14
7–15 Inverting Op Amp With Lead Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-15
7–16 Noninverting Op Amp With Lead Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16
7–17 Op Amp With Stray Capacitance on the Inverting Input. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16
7–18 Compensated Attenuator Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-17
7–19 Compensated Attenuator Bode Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-18
7–20 Lead-Lag Compensated Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-19
7–21 Bode Plot of Lead-Lag Compensated Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-19
7–22 Closed-Loop Plot of Lead-Lag Compensated Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-20

8–1 Current-Feedback Amplifier Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-2
8–2 Stability Analysis Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-2
8–3 Stability Analysis Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-3
8–4 Noninverting CFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-4
8–5 Inverting CFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-5
8–6 Bode Plot of Stability Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-7
8–7 Plot of CFA RF, G, and BW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-10
8–8 Effects of Stray Capacitance on CFAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-12
8–9 Bode Plot with CF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-13

9–1 Long-Tailed Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-2
9–2 Ideal CFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-3
9–3 VFA Gain versus Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-4
9–4 CFA Gain vs Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-5

10–1 Gaussian Distribution of Noise Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2
10–2 Shot Noise Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-5
10–3 Thermal Noise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-7
10–4 Avalanche Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-10
10–5 Noise Colors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-11
10–6 TLV2772 Op Amp Noise Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-13
10–7 Op Amp Circuit Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-15
10–8 Equivalent Op Amp Circuit Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-15
10–9 Inverting Op Amp Circuit Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-16
10–10 Inverting Equivalent Op Amp Circuit Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-16
10–11 Noninverting Equivalent Op Amp Circuit Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-17

Contents xiii


Figures

10–12 Differential Equivalent Op Amp Circuit Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-18
10–13 Split Supply Op Amp Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-19
10–14 TLC2201 Op Amp Noise Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-20
10–15 TLC2201 Op Amp Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-21
10–16 Improved TLC2201 Op Amp Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-23

11–1 Test Circuits for Input Offset Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-9
11–2 Offset Voltage Adjust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-9
11–3 Test Circuit – IIB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-10
11–4 VOM± . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-12
11–5 Input Parasitic Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-13
11–6 Effect of Output Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-14
11–7 Figure 6. Slew Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-16
11–8 Figure 7. Simplified Op Amp Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-17
11–9 Typical Op amp Input Noise Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-18
11–10 Output Spectrum with THD + N = 1% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-19
11–11 Voltage Amplification and Phase Shift vs. Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-21
11–12 Settling Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-22

12–1 Block Diagram of a Transducer Measurement System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-1
12–2 Significant Bits versus Binary Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-2
12–3 Example of Spans That Require Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-4
12–4 Voltage Divider Circuit for a Resistive Transducer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-6
12–5 Current Source Excitation for a Resistive Transducer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-7
12–6 Precision Current Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-7
12–7 Wheatstone Bridge Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-8
12–8 Photodiode Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-8
12–9 Phototransistor Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-9
12–10 Photovoltaic Cell Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-9
12–11 Active Full-Wave Rectifier and Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-10
12–12 Reference and Transducer Bias Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-13
12–13 AIA Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-17
12–14 Final Analog Interface Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-21

13–1 A Typical GSM Cellular Base Station Receiver Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-2
13–2 An Implementation of a Software-Configurable Dual-IF Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-4
13–3 Basic W-CDMA Cellular Base Station Transmitter Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-5
13–4 Communication DAC with Interpolation and Reconstruction Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-5
13–5 QPSK Power Spectral Density Without Raised Cosine Filter — W-CDMA . . . . . . . . . . 13-14
13–6 Reconstruction Filter Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-14
13–7 A Single-Pole Reconstruction Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-15
13–8 Voltage Reference Filter Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-16
13–9 Voltage Follower Frequency Response Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-17
13–10 External Voltage Reference Circuit for ADC/DAC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-17
13–11 Single-Ended to Differential Output Drive Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-18


Figures

13–12 Differential Amplifier Closed-Loop Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-19
13–13 ADC Single-Ended Input Drive Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-20
13–14 Gain vs Frequency Plot for THS3201 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-21
13–15 Phase vs Frequency for THS3201 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-21

14–1 Resistor Ladder D/A Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-2
14–2 Binary Weighted D/A Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-3
14–3 R/2R Resistor Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-4
14–4 R/2R D/A Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-5
14–5 Sigma Delta D/A Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-6
14–6 Total Harmonic Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-9
14–7 D/A Offset Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-11
14–8 D/A Gain Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-12
14–9 Differential Nonlinearity Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-13
14–10 Integral Nonlinearity Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-13
14–11 Spurious Free Dynamic Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-15
14–12 Intermodulation Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-16
14–13 D/A Settling Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-17
14–14 D/A Deglitch Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-17
14–15 Compensating for CMOS DAC Output Capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-18
14–16 D/A Output Current Booster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-20
14–17 Incorrect Method of Increasing Voltage Swing of D/A Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-21
14–18 Correct Method of Increasing Voltage Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-22
14–19 Single-Supply DAC Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-23

15–1 Canonical Form of a Feedback System with Positive or Negative Feedback . . . . . . . . . 15-2
15–2 Phase Plot of RC Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3
15–3 Op Amp Frequency Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-6
15–4 Op Amp Bandwidth and Oscillator Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-7
15–5 Block Diagram of an Oscillator with Positive Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-8
15–6 Amplifier with Positive and Negative Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-8
15–7 Wien Bridge Circuit Schematic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-9
15–8 Final Wien Bridge Oscillator Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-11
15–9 Wien Bridge Output Waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-11
15–10 Wien Bridge Oscillator with Nonlinear Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-12
15–11 Output of the Circuit in Figure 15–10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-12
15–12 Wien Bridge Oscillator with AGC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-13
15–13 Output of the Circuit in Figure 15–12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-14
15–14 Phase Shift Oscillator (Single Op Amp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-14
15–15 Output of the Circuit in Figure 15–14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-15
15–16 Phase Shift Oscillator, Buffered . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-16
15–17 Output of the Circuit Figure 15–16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-16
15–18 Bubba Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-17
15–19 Output of the Circuit in Figure 15–18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-18

Contents xv


Figures

15–20 Quadrature Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-19
15–21 Output of the Circuit in Figure 15–20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-20
16–1 Second-Order Passive Low-Pass and Second-Order Active Low-Pass . . . . . . . . . . . . . . 16-1
16–2 First-Order Passive RC Low-Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-2
16–3 Fourth-Order Passive RC Low-Pass with Decoupling Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-3
16–4 Frequency and Phase Responses of a Fourth-Order Passive RC Low-Pass Filter . . . . 16-4
16–5 Amplitude Responses of Butterworth Low-Pass Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-6
16–6 Gain Responses of Tschebyscheff Low-Pass Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-7
16–7 Comparison of Phase Responses of Fourth-Order Low-Pass Filters . . . . . . . . . . . . . . . . 16-8
16–8 Comparison of Normalized Group Delay (Tgr) of Fourth-Order Low-Pass Filters . . . . . . 16-8
16–9 Comparison of Gain Responses of Fourth-Order Low-Pass Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-9
16–10 Graphical Presentation of Quality Factor Q on a Tenth-Order
Tschebyscheff Low-Pass Filter with 3-dB Passband Ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-10
16–11 Cascading Filter Stages for Higher-Order Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-12
16–12 First-Order Noninverting Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-12
16–13 First-Order Inverting Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-13
16–14 First-Order Noninverting Low-Pass Filter with Unity Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-14
16–15 General Sallen-Key Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-15
16–16 Unity-Gain Sallen-Key Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-15
16–17 Second-Order Unity-Gain Tschebyscheff Low-Pass with 3-dB Ripple . . . . . . . . . . . . . . . 16-16
16–18 Adjustable Second-Order Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-17
16–19 Second-Order MFB Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-18
16–20 First-Order Unity-Gain Low-Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-19
16–21 Second-Order Unity-Gain Sallen-Key Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-20
16–22 Fifth-Order Unity-Gain Butterworth Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-21
16–23 Low-Pass to High-Pass Transition Through Components Exchange . . . . . . . . . . . . . . . 16-21
16–24 Developing The Gain Response of a High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-22
16–25 First-Order Noninverting High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-23
16–26 First-Order Inverting High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-23
16–27 General Sallen-Key High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-24
16–28 Unity-Gain Sallen-Key High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-24
16–29 Second-Order MFB High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-25
16–30 Third-Order Unity-Gain Bessel High-Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-27
16–31 Low-Pass to Band-Pass Transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-28
16–32 Gain Response of a Second-Order Band-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-29
16–33 Sallen-Key Band-Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-30
16–34 MFB Band-Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-31
16–35 Gain Responses of a Fourth-Order Butterworth Band-Pass and its Partial Filters . . . . 16-36
16–36 Low-Pass to Band-Rejection Transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-37
16–37 Passive Twin-T Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-37
16–38 Active Twin-T Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-38
16–39 Passive Wien-Robinson Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-39
16–40 Active Wien-Robinson Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-39


Figures

16–41 Comparison of Q Between Passive and Active Band-Rejection Filters . . . . . . . . . . . . . . 16-41
16–42 Frequency Response of the Group Delay for the First 10 Filter Orders . . . . . . . . . . . . . 16-43
16–43 First-Order All-Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-44
16–44 Second-Order All-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-44
16–45 Seventh-Order All-Pass Filter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-46
16–46 Dual-Supply Filter Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-47
16–47 Single-Supply Filter Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-47
16–48 Biasing a Sallen-Key Low-Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-48
16–49 Biasing a Second-Order MFB Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-49
16–50 Biasing a Sallen-Key and an MFB High-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-50
16–51 Differences in Q and fC in the Partial Filters of an Eighth-Order Butterworth

Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-51
16–52 Modification of the Intended Butterworth Response to aTschebyscheff-Type

Characteristic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-51
16–53 Open-Loop Gain (AOL) and Filter Response (A) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-53

17–1 Op Amp Terminal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-5
17–2 Digital and Analog Plane Placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-8
17–3 Separate Grounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-8
17–4 Broadcasting From PCB Traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-9
17–5 A Careful Board Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-10
17–6 Resistor High-Frequency Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-11
17–7 Capacitor High-Frequency Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-12
17–8 Inductor High-Frequency Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-13
17–9 Loop and Slot Antenna Board Trace Layouts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-15
17–10 PCB Trace Corners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-16
17–11 PCB Trace-to-Plane Capacitance Formula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-17
17–12 Effect of 1-pF Capacitance on Op Amp Inverting Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-18
17–13 Coupling Between Parallel Signal Traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-19
17–14 Via Inductance Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-19
17–15 Logic Gate Output Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-21
17–16 Capacitor Self Resonance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-22
17–17 Common Op Amp Pinouts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-24
17–18 Trace Length for an Inverting Op Amp Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-25
17–19 Mirror-Image Layout for Quad Op Amp Package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-25
17–20 Quad Op Amp Package Layout with Half-Supply Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-26
17–21 Proper Termination of Unused Op Amp Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-28

18–1 Op Amp Error Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-4
18–2 Noninverting Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-7
18–3 Input Circuit of a NonRRI Op Amp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-8
18–4 Input Circuit of an RRI Op Amp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-8
18–5 Input Bias Current Changes with Input Common-Mode Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-9
18–6 Input Offset Voltage Changes with Input Common-Mode Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-10

Contents xvii


Figures

18–7 RRO Output Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-11
18–8 Data Acquisition System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-14
18–9 Schematic for the Transducer to ADC Interface Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-15
18–10 Final Schematic for the Transducer to ADC Interface Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-16
18–11 Digital Control System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-16
18–12 DAC Current Source to Actuator Interface Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-17
18–13 DAC Current Sink to Actuator Interface Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-19

A–1 Split-Supply Op Amp Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1
A–2 Split-Supply Op Amp Circuit With Reference Voltage Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-2
A–3 Split-Supply Op Amp Circuit With Common-Mode Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-3
A–4 Single-Supply Op Amp Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-3
A–5 Inverting Op Amp with Noninverting Positive Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-5
A–6 Inverting Op Amp with Inverting Negative Reference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-6
A–7 Inverting Op Amp with Noninverting Negative Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-7
A–8 Inverting Op Amp with Inverting Positive Reference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-8
A–9 Noninverting Op Amp with Inverting Positive Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-9
A–10 Noninverting Op Amp with Noninverting Negative Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-10
A–11 Noninverting Op Amp with Inverting Positive Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-11
A–12 Noninverting Op Amp with Noninverting Positive Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-12
A–13 Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-13
A–14 Differential Amplifier with Bias Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-14
A–15 High Input Impedance Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-15
A–16 High Common-Mode Range Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-16
A–17 High-Precision Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-17
A–18 Simplified High-Precision Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-18
A–19 Variable Gain Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-19
A–20 T Network in the Feedback Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-20
A–21 Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-21
A–22 Inverting AC Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-22
A–23 Noninverting AC Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-23
A–24 Inverting Summer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-24
A–25 Noninverting Summer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-25
A–26 Noninverting Summer with Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-26
A–27 Inverting Integrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-27
A–28 Inverting Integrator with Input Current Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-28
A–29 Inverting Integrator with Drift Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-29
A–30 Inverting Integrator with Mechanical Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-30
A–31 Inverting Integrator with Electronic Reset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-31
A–32 Inverting Integrator with Resistive Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-32
A–33 Noninverting Integrator with Inverting Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-33
A–34 Noninverting Integrator Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-34
A–35 Inverting Differentiator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-35
A–36 Inverting Differentiator with Noise Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-36


Figures

A–37 Basic Wien Bridge Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-37
A–38 Wien Bridge Oscillator with Nonlinear Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-38
A–39 Wien Bridge Oscillator with AGC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-39
A–40 Quadrature Oscillator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-40
A–41 Classical Phase Shift Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-41
A–42 Buffered Phase Shift Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-42
A–43 Bubba Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-43
A–44 Triangle Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-44

Contents xix


Tables


3–1 Basic Ideal Op Amp Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2

8–1 Data Set for Curves in Figure 8–7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-11

9–1 Tabulation of Pertinent VFA and CFA Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-9

10–1 Noise Colors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-10

11–1 Op Amp Parameter GLossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-2
11–2 Cross-Reference of Op Amp Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-6

12–1 Transducer Output Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-14
12–2 ADC Input Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-15
12–3 Op Amp Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-16
12–4 AIA Input and Output Voltages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-16
12–5 Offset and Gain Error Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-19

13–1 GSM Receiver Block System Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-3
13–2 High-Speed Op Amp Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-11

14–1 DC Step Size for D/A converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-7
14–2 Converter Bits, THD, and Dynamic Range. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-10

16–1 Second-Order FIlter Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-17
16–2 Values of a For Different Filter Types and Different Qs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-33
16–3 Single-Supply Op Amp Selection Guide (TA = 25°C, VCC = 5 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-54
16–4 Bessel Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-56
16–5 Butterworth Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-57
16–6 Tschebyscheff Coefficients for 0.5-dB Passband Ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-58
16–7 Tschebyscheff Coefficients for 1-dB Passband Ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-59
16–8 Tschebyscheff Coefficients for 2-dB Passband Ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-60
16–9 Tschebyscheff Coefficients for 3-dB Passband Ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-61
16–10 All-Pass Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-62

17–1 PCB Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-3
17–2 Recommended Maximum Frequencies for Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-21

18–1 Comparison of Op Amp Error Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-5
18–2 Op Amp Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-21

A–1 Ideal Op Amp Assumptions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-4


Examples


16–1 First-Order Unity-Gain Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-14
16–2 Second-Order Unity-Gain Tschebyscheff Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-16
16–3 Fifth-Order Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-19
16–4 Third-Order High-Pass Filter with fC = 1 kHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-26
16–5 Second-Order MFB Band-Pass Filter with fm = 1 kHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-32
16–6 Fourth-Order Butterworth Band-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-34
16–7 2-ms Delay All-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-45

Contents xxi


xxii
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Re: Operacionales

Notapor Kile » Sab, 17 Mar 2012, 19:45

HANDBOOK OF OPERATIONAL AMPLIFIER APPLICATIONS 94 paginas
http://www.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf

INTRODUCTION....................................................................................................................................7
Computation Control Instrumentation .............................................................................................7
The Feedback Technique ...............................................................................................................7
Notation and Terminology...............................................................................................................8
Input Terminals...............................................................................................................................9
Output Terminals ............................................................................................................................9
Power Connections ......................................................................................................................10
Summary of Notation....................................................................................................................10
Electrical Circuit Models ...............................................................................................................10
Circuit Notation.............................................................................................................................11
The Ideal Operational Amplifier ....................................................................................................12
Defining the Ideal Operational Amplifier........................................................................................12
A Summing Point Restraint...........................................................................................................13
CIRCUITS AND ANALYSES USING THE IDEAL OPERATIONAL AMPLIFIER.................................14
The Desirability of Feedback ........................................................................................................14
Two Important Feedback Circuits .................................................................................................15
Voltage Follower...........................................................................................................................15
Non-Inverting Amplifier .................................................................................................................17
INVERTING AMPLIFIER ..............................................................................................................18
Intuitive Analysis Techniques........................................................................................................19
Current Output..............................................................................................................................20
Reactive Elements........................................................................................................................20
Integrator ......................................................................................................................................21
Differentiator.................................................................................................................................21
Voltage Adder...............................................................................................................................23
Scaling Summer ...........................................................................................................................23
Combining Circuit Functions .........................................................................................................24
Differential Input Amplifier.............................................................................................................24
Balanced Amplifier........................................................................................................................25
Ideal-Real Comparison.................................................................................................................27
CHARACTERISTICS OF PRACTICAL OPERATIONAL AMPLIFIERS...............................................29
Open Loop Characteristics ...........................................................................................................29
Open Loop Operation ...................................................................................................................30
Output Limiting .............................................................................................................................30
FREQUENCY DEPENDENT PROPERTIES ........................................................................................31
Introduction...................................................................................................................................31
Open Loop Gain and the Bode Plot ..............................................................................................31
Bode Plot Construction.................................................................................................................31
Closed Loop Gain.........................................................................................................................32
Stability.........................................................................................................................................33
Compensation ..............................................................................................................................33
Compensation Changes ...............................................................................................................34
Bandwidth.....................................................................................................................................35
Loop Gain.....................................................................................................................................35
The Significance of Loop Gain......................................................................................................36
BODE PLOTS AND BASIC PRACTICAL CIRCUITRY........................................................................37
Voltage Follower...........................................................................................................................37
Inverter ......................................................................................................................................... 37
X1000 Amplifier ............................................................................................................................ 38
Differentiator................................................................................................................................. 38
INTEGRATOR.............................................................................................................................. 40
OTHER IMPORTANT PROPERTIES OF OPERATIONAL AMPLIFIERS............................................ 41
Summing Point Restraints ............................................................................................................ 41
Closed Loop Impedance Levels.................................................................................................... 42
Output Impedance........................................................................................................................ 42
Input Impedance........................................................................................................................... 43
Differential Inputs and Common Mode Rejection.......................................................................... 44
The Common Mode Voltage Limit ................................................................................................ 44
Offset............................................................................................................................................ 44
Drift 45
Capacitive Loading....................................................................................................................... 45
VOLTAGE DETECTORS AND COMPARATORS ............................................................................... 46
Voltage Limiting Operational Amplifiers ........................................................................................ 46
THE VOLTAGE FOLLOWER .............................................................................................................. 49
BUFFERS AND ISOLATION AMPLIFIERS .................................................................................. 50
Inverting Buffer Adjustable Gain ................................................................................................... 50
Balanced Output........................................................................................................................... 50
VOLTAGE AND CURRENT REFERENCES........................................................................................ 50
Isolated Standard Cell .................................................................................................................. 51
Constant Current Generator ......................................................................................................... 51
Buffer Variation............................................................................................................................. 52
Presettable Voltage Source .......................................................................................................... 52
Reference Voltage Supply ............................................................................................................ 52
THE NON-INVERTING AMPLIFIER ....................................................................................................53
THE INVERTING AMPLIFIER ............................................................................................................. 54
INTEGRATORS................................................................................................................................... 55
PRACTICAL INTEGRATORS.............................................................................................................. 55
Simple Integrators ........................................................................................................................ 56
Summing Integrator ...................................................................................................................... 58
Double Integrator.......................................................................................................................... 58
Differential Integrator .................................................................................................................... 59
AC Integrator ................................................................................................................................ 59
Augmenting Integrator .................................................................................................................. 59
DIFFERENTIATORS............................................................................................................................ 61
With “Stop” ................................................................................................................................... 61
Low Noise .................................................................................................................................... 62
Augmented Differentiator.............................................................................................................. 62
THE VOLTAGE SUMMER................................................................................................................... 63
SUMMING AND AVERAGING AMPLIFIERS................................................................................ 64
Adder............................................................................................................................................ 64
Scaling Adder............................................................................................................................... 64
Direct Addition.............................................................................................................................. 65
Averager....................................................................................................................................... 65
Weighted Average........................................................................................................................ 66
THE DIFFERENTIAL INPUT AMPLIFIER............................................................................................ 67
Adder-Subtractor or Floating Input Combiner ............................................................................... 68
THE DIFFERENTIAL (BALANCED) OUTPUT AMPLIFIER.................................................................69
DC AMPLIFIERS .................................................................................................................................70
Simple Inverting sign changing amplifier.......................................................................................70
Chopper Stabilized .......................................................................................................................70
Simple Gain Control......................................................................................................................70
Linear Gain Control ......................................................................................................................71
Simple Non-Inverting ....................................................................................................................71
Power Booster..............................................................................................................................71
Differential Output.........................................................................................................................73
Gain Control .................................................................................................................................73
Inverting Gain Control...................................................................................................................73
DIFFERENTIAL AMPLIFIERS......................................................................................................74
Subtractor.....................................................................................................................................74
Difference Amplifier ......................................................................................................................74
Common Mode Rejection .............................................................................................................75
Differential Input-Output................................................................................................................75
AC AMPLIFIERS .................................................................................................................................76
DC Amplifiers with Blocking Capacitors ........................................................................................76
Simple Amplifier ......................................................................................................................................76
Single Supply ..........................................................................................................................................76
Non-Inverting ...........................................................................................................................................77
Double Rolloff..........................................................................................................................................77
AC Preamplifier .......................................................................................................................................78
CURRENT OUTPUT DEVICES............................................................................................................79
Feedback Loop.............................................................................................................................79
Simple Meter Amplifier..................................................................................................................79
Meter Amplifier .............................................................................................................................80
Current Injector.............................................................................................................................80
Linear Current Source ..................................................................................................................81
Deflection Coil Driver ....................................................................................................................82
OSCILLATORS AND MULTI VIBRATORS .........................................................................................83
Simple Oscillator...........................................................................................................................83
Wien Bridge Oscillator ..................................................................................................................83
PHASE LEAD AND LAG NETWORKS ...............................................................................................84
Lag Element .................................................................................................................................84
Adjustable Lag..............................................................................................................................84
Lag value linear with R setting......................................................................................................85
Adjustable Lead............................................................................................................................85
Lead-Lag ......................................................................................................................................86
Time Delay ...................................................................................................................................86
ADDITIONAL CIRCUITS .....................................................................................................................87
Absolute Value .............................................................................................................................87
Peak Follower...............................................................................................................................87
Precision Rectifier.........................................................................................................................88
AC to DC Converter......................................................................................................................88
Full Wave Rectifier .......................................................................................................................89
Rate Limiter ..................................................................................................................................89
Time Delay ...................................................................................................................................90
Selective Amplifier ........................................................................................................................91
SECTION III: SELECTING THE PROPER OPERATIONAL AMPLIFIER ...........................................92
Focus on Limiting Specifications................................................................................................... 92
Avoid Closed Loop vs. Open Loop Confusion............................................................................... 92
Selection Check List ..................................................................................................................... 92
Assistance Available from Texas Instruments............................................................................... 93
References.......................................................................................................................................... 93
Figures
Figure 1. Operational Amplifier with Feedback .............................................................................8
Figure 2. Texas Instruments Standard Symbols ...........................................................................8
Figure 3. Op Amp Package Options ...............................................................................................9
Figure 4. Power Supply Connections........................................................................................... 10
Figure 5. Summary of Notation Introduced.................................................................................. 10
Figure 6. Circuit Model of the Single Ended Operational Amplifier ........................................... 10
Figure 7. Circuit Model of the Differential Output Operational Amplifier................................... 11
Figure 8. Notation and Terms Used in Closed Loop Circuits ..................................................... 11
Figure 9. Equivalent Circuit of the Ideal Operational Amplifier .................................................. 12
Figure 10. Open Loop Operation .................................................................................................... 14
Figure 11. Basic Amplifier Circuits................................................................................................. 15
Figure 12. Voltage Follower ............................................................................................................ 15
Figure 13. Feedback Resistor Added to the Voltage Follower ..................................................... 16
Figure 14. Non-Inverting Amplifier ................................................................................................. 17
Figure 15. Non-Inverting Amplifier Re-Drawn to Show Similarity to the Voltage Follower......... 17
Figure 16. Non-Inverting Amplifier Analyzed as a Voltage Divider .............................................. 17
Figure 17. Inverting Amplifier ......................................................................................................... 18
Figure 18. Intuitive Devices for Analysis of Circuits Based on the Inverting Amplifier.............. 19
Figure 19. Inverting Amplifier as a Linear Current Output Device ............................................... 20
Figure 20. General Form of the Inverting Amplifier....................................................................... 20
Figure 21. Integrator Circuit............................................................................................................ 21
Figure 22. Differentiator Circuit ...................................................................................................... 21
Figure 23. An Intuitive Picture of the Differentiator....................................................................... 22
Figure 24. Voltage Adding Circuit .................................................................................................. 23
Figure 25. Scaling Summer Circuit................................................................................................. 24
Figure 26. Differential Input Amplifier Circuit ................................................................................ 24
Figure 27. Analyzing the Differential Input Amplifier Circuit as Non-Inverting Amplifier ........... 25
Figure 28. The Differential Output Operational Amplifier ............................................................. 26
Figure 29. Equivalent Circuit of a Real Operational Amplifier...................................................... 27
Figure 30. Amplifier Circuit Using a Real Operational Amplifier .................................................. 27
Figure 31. Input-Output Transfer Relation for the Open Loop Operational Amplifier................. 29
Figure 32. Bode Plot of an Operational Amplifier and its Linear Approximation........................ 31
Figure 33. Sketching the Bode Plot Approximation for Figure 32................................................ 32
Figure 34. Closed Loop Gain of a X100 (40 dB) Inverting Amplifier............................................. 32
Figure 35. The Effect of Internal Phase Compensation................................................................. 33
Figure 36. Composite Bode Plots Showing Stability Provided by Proper Phase Compensation34
Figure 37. The Effect of Internal Compensation for Gains Greater Than 1.................................. 34
Figure 38. Instability when an Uncompensated Amplifier is Used at Gains Lower Than the
Designated Level......................................................................................................... 35
Figure 39. Loss of High Frequency Response When Heavy Feedback is Used.......................... 36
Figure 40. Voltage Follower Circuit ................................................................................................ 37
Figure 41. Voltage Inverter Circuit.................................................................................................. 37
Figure 42. 60 dB Amplifier Circuits.................................................................................................38
Figure 43. Differentiator Circuit ......................................................................................................38
Figure 44. Differentiator With “Stop” .............................................................................................39
Figure 45. Differentiator With “Double Stop”.................................................................................39
Figure 46. Integrator Circuit............................................................................................................40
Figure 47. DC Summing Point Conditions .....................................................................................41
Figure 48. Voltage Follower ............................................................................................................42
Figure 49. Voltage Follower ............................................................................................................43
Figure 50. Inverting Amplifier with Current Offset Control ...........................................................44
Figure 51. Drift Stabilizing the Inverting Amplifier ........................................................................45
Figure 52. Gain Peaking Caused by Capacitive Loading ..............................................................45
Figure 53. Voltage Limiting Operational Amplifiers ......................................................................46
Figure 54. Fully Clamped Voltage Comparator..............................................................................47
Tables
Table 1. Compound Amplifier, Resulting Performance .............................................................72
Table 2. Current Source Scaling Resistors ................................................................................81
Kile
 
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