中国民航大学低频电子电路第6章

第6章集成运算放大器原理及其应用

*绪论一.集成电路（IntegratedCircuit简称IC）

采用半导体制造工艺，将大量的晶体管、电阻、电容等电路元件及其电路连线制作在一小块硅单晶上，形成具有特定电路功能的单元电路。二.摩尔定律

未来10年中芯片上的晶体管数将每年翻一番（1965年）芯片上的晶体管数量每两年将翻一番（1975年）514绪论三.集成电路的特点（同分立器件电路相比）：1.集成电路中电阻、电容等无源器件不能象分立元件电路那样任意选用；集成电路中电阻阻值偏大将占用硅片较大的面积，不利于集成；集成电路中的电容是利用PN结的结电容或用二氧化硅层作为电介质做成的，不适宜制造几十皮法以上的电容器，所以集成运放电路多采用直接耦合的形式。515绪论2.两者的设计思想正好相反3.同一集成电路中的元件参数一致性和温度均一性较好，很容易制造对称性较高的电路。分立元件电路：尽量少用晶体管，以降低成本；集成电路：则尽量减少电阻、电容等无源器件，用晶体管等有源器件所取代。5166.1差分放大器6.1.1差分放大器的分析6.1.2差分放大器大信号输入时的传输特性6.1.3举例6.1.4差分放大器的失调和温漂5136.1差分放大器

引子：为什么引入差分放大器？

1.直流信号的放大在无线电通信和其他领域中，常常需要对变化十分缓慢的信号进行放大。例如生物电的放大，或某些自动控制中的控制信号。把这种变化十分缓慢的信号（频率很低，几乎为零，但不能认为频率等于零）称为直流信号。直流放大器是放大直流信号的一种放大器（当然也可以放大交流信号）。直流信号不同于直流电。517

引子：为什么引入差分放大器？

2.直流放大器面临的问题电容耦合放大器无法放大直流信号，耦合电容很难传送缓变信号。直流放大器常常采用直接耦合方式。两个问题：1）级与级之间的直流工作状态互相影响2）零点漂移518

引子：为什么引入差分放大器？

1）级与级之间的直流工作状态互相影响调整某一级工作状态就会导致其他各级工作状态的改变。这一点对直接耦合放大器的设计和调整带来很多不便。519

引子：为什么引入差分放大器？

现象：输入电压为零，输出端电压表指针偏离零点或起始值，出现忽大忽小的不规则摆动。2）零点漂移定义：输入电压为零时，输出还有缓慢变化的电压产生，输出电压偏离起始值而上下波动，使输出端产生缓慢变化的电压。零点漂移简称零漂。引起零漂的外界因素：时间漂移：由于晶体管和其他元件的参数本身老化作用引起的，与电路设计无关。温度漂移：由于晶体管的参数随着环境温度的变化而变化所造成的。电源电压变化引起的漂移：当电源电压变化时，电路的直流电平配制受到某种破坏而导致输出零点的变动。520

引子：为什么引入差分放大器？

为什么是矛盾？为了获得高的直流增益，可以增加级数，但同时输出漂移电压也加大。为了减小零漂可以引入负反馈，但同时放大器对直流信号的放大能力也减弱了。寻求新方法解决矛盾！抵消采用特殊形式的电路使漂移电压互相抵消。引入特殊的负反馈对零点漂移有很强的负反馈，对有用直流信号无负反馈。例如乙类推挽功放电路，每个管子产生大量的谐波失真，但在负载上，偶次谐波互相抵消了。高质量的直流放大器应该具有高的电压增益和小的零点漂移。矛盾！调制型直流放大器（框图）5216.1.1

差分放大器的分析1.电路形式——基本形式（长尾电路）两个性能完全相同的共发射极电路拼接而成。如何消除零漂？输入信号为零，电路对称某种因素产生零漂，如温度升高，电路对称，晶体管参数相同，靠电路对称消除零漂！5226.1.1

差分放大器的分析1.电路形式——射极电阻的几种不同形式输入信号分别加到两管基极，输出两种取法：从单管集电极取——单端输出从两管集电极之间取——双端输出5236.1.1

差分放大器的分析1.电路形式——差分式放大电路的组态基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。单端输入时，另一端接地。双入双出双入单出单入双出单入单出5246.1.1

差分放大器的分析2.工作原理——输入信号的分析1）差模输入信号：

即两管输入信号大小相等、相位相反，称为差模输入信号，记为2）共模输入信号：即两管输入信号大小相等、相位相同，称为共模输入信号，记为零漂引起的就是共模信号，为有害信号。5256.1.1

差分放大器的分析2.工作原理——输入信号的分析问题：差分放大器的两个输入信号往往是一对任意数值的信号，一般，即，非差模也非共模，该怎样分析？解决方法：对输入信号进行分解，把一对任意数值的输入信号分解为差模信号和共模信号的叠加，求出差模信号和共模信号分别作用于差分放大器时的输出结果，然后利用叠加原理，得出差分放大器在一对任意数值输入信号作用下的性能指标。

5266.1.1

差分放大器的分析2.工作原理——输入信号的分析令具体分解方法：5276.1.1

差分放大器的分析2.工作原理——输入信号的分析例子：差模输入信号（任一端都不接地）共模输入信号5286.1.1

差分放大器的分析2.工作原理——电阻的分析1）差模信号作用下：相同VT1：VT2：流过的信号电流彼此抵消，在上无信号电压两管均为共射放大器，完成放大差模信号的作用。反之亦然。两管各极电流的变化正好相反，当5296.1.1

差分放大器的分析2.工作原理——电阻的分析2）共模信号作用下：两管相应电流始终相等，流过的信号电流为，产生的电压为引入了电流串连负反馈，使得从每个管子集电极输出时的共模电压大大减小了。5306.1.1

差分放大器的分析2.工作原理——结论

共模等效差分放大器对差模信号具有放大作用，而对共模信号具有抑制作用。差模输入信号正是要放大的有用输入信号，而共模输入信号则是有害的输入信号（零点漂移）。结论差模等效5316.1.1

差分放大器的分析3.差模电压放大倍数和差模输入电阻1）差模电压放大倍数单端输出差模电压放大倍数5326.1.1

差分放大器的分析双端输出差模电压放大倍数双端输出只要输入电压有差别，输出就变动！5336.1.1

差分放大器的分析3.差模电压放大倍数和差模输入电阻2）差模输入电阻5346.1.1

差分放大器的分析4.共模电压放大倍数和共模输入电阻1）共模电压放大倍数单端输出共模电压放大倍数和成反比，越大，越小。5356.1.1

差分放大器的分析单端输出共模电压放大倍数双端输出共模电压放大倍数单端输出时，射极电阻引入了电流串联负反馈，使得共模输出电压大大减小；双端输出、电路对称时，则共模输出电压为零，即共模输入电压完全被抑制。5366.1.1

差分放大器的分析4.共模电压放大倍数和共模输入电阻2）共模输入电阻5376.1.1

差分放大器的分析5.输出电阻无论是差模输入还是共模输入，输出端是一样的，输出电阻统一用表示。5386.1.1

差分放大器的分析共模抑制比——衡量差分放大器放大差模信号和抑制共模信号的能力定义：差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。CommonModeRejectionRatio越大，表示差分放大器对共模信号的抑制能力越强。5396.1.1

差分放大器的分析共模抑制比1，双端输出时，使电路尽可能对称；

增大发射极电阻，受到发射极电源电压的限制。寻找一种电阻：它对直流呈现很小的阻值，而对交流呈现非常大的阻值；减小共模输出电压提高共模抑制比的方法：单端输出时，恒流源电路3，引入共模负反馈。

2，5406.1.1

差分放大器的分析共模抑制比——提高方法，电路举例1）恒流源电路2）引入级间共模负反馈5416.1.1

差分放大器的分析（往后）7.几种放大器方式性能参数比较双入双出双入单出单入双出单入单出射极电阻或射极电流源内阻以上对应电路均未接基极电阻或信号源内阻忽略不计。5426.1.1

差分放大器的分析8.差分放大器的组合形式1）共集-共基差分放大器分析：双端输入、单端输出；VT5、VT6构成基本电流源，作为VT4的有源负载；

CC组态CB组态5436.1.1

差分放大器的分析8.差分放大器的组合形式1）共集-共基差分放大器5446.1.1

差分放大器的分析8.差分放大器的组合形式2）共集-共射差分放大器分析：双端输入、单端输出；VT5、VT6构成基本电流源，作为VT4的有源负载；

CE组态CC组态5456.1.1

差分放大器的分析8.差分放大器的组合形式2）共集-共射差分放大器5466.1.1

差分放大器的分析例6-1

某差分放大器已知，，，dB，已知为负值，求输出电压。

9.例题分析解：5476.1.1

差分放大器的分析9.例题分析例6-2

某差分放大器两个输入端的信号分别为和，输出电压，三者的关系是。试求该差分放大器的差模电压放大倍数和共模电压放大倍数及共模抑制比。解：5486.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性1.双极型晶体管差分放大器的传输特性考虑大信号的输入特性，晶体管的小信号电路已不适用，要从晶体管特性基本关系式出发，结合电路进行研究。5496.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性1.双极型晶体管差分放大器的传输特性双曲正切函数5506.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性1.双极型晶体管差分放大器的传输特性差分放大器传输特性5516.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性从传输特性得到的结论：1）当差模输入电压时，差动放大器处于平衡状态，，即

2）在平衡状态的工作点附近范围内，与呈线性关系

5526.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性怎样扩大差分放大器的线性范围？引入负反馈——射极电阻射极电阻增大，线性工作范围改善程度越好。5536.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性从传输特性得到的结论：3）当差模输入电压超过时，输出电压基本不变，这表明差动放大器在大信号输入时，具有良好的限幅特性。差分型限幅器4）定义：差分放大器跨导为mV改变恒流源电流就可以改变跨导，从而改变差模电压增益，所以带有恒流源的差分放大器可以用来实现自动增益控制。5546.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性例6-3

电路如图所示，已知，，VT1、VT2参数相同，求差模电压放大倍数

。解：直接利用5556.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性2.场效应管差分放大器的传输特性目的：提高差分放大器的输入电阻电路对称，双端输出5566.1.2

差分放大器大信号输入时的传输特性2.场效应管差分放大器的传输特性传输特性5576.1.3

例题分析例6-7差动放大器如图所示，VT1、VT2特性、参数相同，

，要求（1）和；

（2）和；

5676.1.3

例题分析解：（1）5686.1.3

例题分析5696.1.3

例题分析（2）5706.1.4

差分放大器的失调和温漂现象和定义失调：差分放大器在理想状态下，当输入信号为零时，其双端输出电压也为零。但对实际差分放大器而言，由于电路不完全对称，因而零输入时，对应的输出电压并不为零。分为电压失调和电流失调失调漂移：差分放大器的失调往往是随着时间、温度、电源电压等外界因素的变化而变化。

降低了放大器的灵敏度5746.1.4差分放大器的失调和温漂1.输入失调电压及其温度漂移

输出失调电压折算到输入端的电压显然要使输出电压为零，就必须在输入端加入一能抵消输入失调电压的补偿电压。引起输入失调电压的原因：（1）晶体管的不对称性；（2）集电极电阻的相对误差。输入失调电压漂移是由不对称性和集电极电阻的漂移引起的。

5752.输入失调电流及其温度漂移

假如差分放大器两管的基极偏置电流不相等，两信号源的内阻相等，则会在输入端产生一个输入误差电压，输入失调电流：静态输出电压为零时，两管基极偏置电流之差。由管子的和集电极电阻的相对误差引起。6.1.4差分放大器的失调和温漂576结论：差动放大器的失调是由于电路中管子参数和电阻等的不对称而引起的。失调电压和失调电流都随着温度的变化而变化。为了尽可能地减小失调和漂移，要求电路尽可能地对称。方法：常用差动对管(它是在一个基片上制作两个相同的管子，这样容易使参数一致)来构成差动放大器。6.1.4差分放大器的失调和温漂5776.2集成运算放大器典型电路介绍6.2.1双极型集成运算放大器F7416.2.2MOS集成运算放大器的组成5786.2集成运算放大器典型电路介绍6.2.1双极型集成运放F741高增益，高输入阻抗的第二代集成运放F741由输入级、中间级和输出级三级组成。5796.2集成运算放大器典型电路介绍6.2.1双极型集成运放F741输入级：VT1-VT9，采用有源负载的共集-共基（VT1-VT4）电路提高放大器的差模输入电阻和差模输入电压范围。VT5、VT6和VT7组成小电流源改进电路，作为差分放大器集电极的有源负载，并将双端输入信号转变成单端输出信号。这一级可以获得较高的电压增益。5806.2集成运算放大器典型电路介绍6.2.1双极型集成运放F741中间级：有VT16、VT17组成复合管的单级共射放大器，并由VT13作为它的有源负载。高的输入电阻保证输入级有较高的电压增益。提高中间级的电压增益。30pF补偿电容，可以保证闭环稳定工作。5816.2集成运算放大器典型电路介绍6.2.1双极型集成运放F741输出级：VT14和互补复合管VT18、VT19组成准互补输出级。消除交越失真输出级二极管保护电路5826.2.2MOS集成运放的组成1.CMOS集成运放组成——CC14573为例CC14573是一个四可编程运算放大器，它用P沟道和N沟道增强型MOS场效应管以单片结构组成低功耗运算放大器。偏置电路：由P沟道增强型MOS场效应管VT5、VT6和外接偏置电阻组成。VT5、VT6构成基本电流源。输入级:由VT1、VT2、VT3、VT4和VT6组成。VT1、VT2组成差分放大器，VT3

、VT4作为它的有源负载，VT6提供工作电流。

输出级:由VT7

、VT8构成一共源放大器。

5836.2.2MOS集成运放的组成2.NMOS集成运放1）NMOS的单级共源放大器或差分放大器与CMOS放大器相比，其电压增益较低。为了提高NMOS放大器的电压增益，采用一些特殊电路，使电路结构较为复杂。2）为了保证零输入时零输出，NMOS运放一定要有电平位移电路。而CMOS运放的电平位移靠器件的互补性能来实现，没有专门的电平位移电路。3）为提高NMOS运放的输出性能，输出级采用特殊的电路形式，它比CMOS互补输出电路复杂。NMOS运放与CMOS运放相比，它有下列不同之处：5846.4理想运放及其基本组态6.4.1理想集成运算放大器6.4.2集成运放的基本组态5946.4理想运放及其基本组态6.4.1理想集成运算放大器特点：⑤输入失调电压①开环电压放大倍数②差模输入电阻③输出电阻④频带无限宽⑥输入失调电流⑦共模抑制比⑧干扰和噪声都不存在5956.4.1理想集成运算放大器理想运放模型符号传输特性线性放大区等效电路正向饱和区等效电路负向饱和区等效电路比电源电压小1~2V5966.4.1理想集成运算放大器分析方法：1）线性放大区两个输入端无电流，两个输入端之间开路；两个输入端“虚短路”。

理想运放特性（线性区）5976.4.1理想集成运算放大器分析方法：2）饱和区两个输入端无电流，两个输入端之间开路；比较两个输入端电压大小。高电平输出低电平输出理想运放特性（饱和区）5986.4.2集成运放的基本组态1.反相放大组态存在负反馈，运放工作在线性区输入电压在一定范围内时，输出电压和输入电压相位相反，大小仅取决于反馈回路电阻比。

虚地：反相输入端没有真正接地，而具有地电位虚地5996.4.2集成运放的基本组态1.反相放大组态传输特性反相跟随器

输入电阻：反相放大组态的实质是电压并联负反馈，具有低的输入阻抗和输出阻抗。6006.4.2集成运放的基本组态例题分析例6-9

已知，试画出输出波形。解：受的限制6016.4.2集成运放的基本组态例题分析例6-10

求输出的表达式。解：利用叠加原理6026.4.2集成运放的基本组态2.同相放大组态存在负反馈，运放工作在线性区输入电压在一定范围内时，输出电压和输入电压同相，大小仅取决于反馈回路电阻比。

6036.4.2集成运放的基本组态2.同相放大组态同相跟随器

同相放大组态的实质是电压串联负反馈，输入电阻很大，理想运放为无穷大。6046.4.2集成运放的基本组态例题分析例6-11

求。解：无电流。6056.4.2集成运放的基本组态3.差分放大组态反相放大组态和同相放大组态二者结合输入信号可以认为是，利用叠加原理，分别计算对输出的贡献和，然后合成，即

6066.4.2集成运放的基本组态3.差分放大组态结论：运放特性理想且外接元件参数满足特定条件差分运算放大器只对差模输入信号实现运算，输出无共模分量，且闭环增益仅取决于外接电阻比。作用：抑制共模成分6076.4.2集成运放的基本组态3.差分放大组态虚短路

差模输入电阻共模输入电阻对于理想运放，共模输出电压为零，输出端相当于接地，所以(R1+R2)与(R3+R4)是并联关系。6086.3集成运算放大器的性能参数和模型6.3.1性能参数6.3.2模型5856.3集成运放的性能参数和模型6.3.1性能参数1）输入偏置电流()：当运算放大器的输出直流电压为

零时，其两输入端偏置电流的平均值定义为输入偏置电流，

即双极型管1pA～1μA左右场效应管：一般小于1nA

2）输入失调电流：其值范围一般为1nA～10μA。偏置电流越大，其输入失调电流也越大。5866.3.1性能参数3）输入失调电压：一般为mV数量级。对于高精度、低漂移类型的运算放大器，可以做到小于1μV。

双极型管作为输入级<场效应管作为输入级4）差模开环电压增益即线性区域的斜率。

5876.3.1性能参数5）共模电压增益：当共模信号输入时，运放输出电压的变化量与输入电压变化量的比值，即6）共模抑制比：

频率的函数

7）差模输入阻抗：差模输入电阻和差模输入电容构成，在低频时仅指差模输入电阻。双极型管：几十千欧到几兆欧场效应管：通常大于109Ω5886.3.1性能参数8）共模输入阻抗：输入共模信号时，共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下，它表现为共模输入电阻。9）输出阻抗：在低频时，它即为运放的输出电阻，一般为几十至几百欧。10）最大差模输入电压：运放两输入端所允许加的最大电压差。11）最大共模输入电压：在线性区共模输入电压的最大值。5896.3.1性能参数12）额定输出电压：指在特定的负载条件下，运放能输出的最大不失真电压幅度。通常与电源电压相差1~2V。13）-3dB带宽和单位增益带宽：

直流电压增益

5906.3.1性能参数14）转换速率：在额定负载条件下，当输入阶跃大信号时，运放在线性区输出电压的最大变化速率称为转换速率，即

图中输出电压上升部分的斜率最大值就是转换速率。5916.3.1性能参数14）转换速率：转换速率也可以用频率范围来表示，定义全功率带宽为在正弦输入电压作用下，把运放接成单位增益情况下，不失真输出电压振幅达到额定值的最高频率。上图画出了由于转换速率太小，而造成输出波形产生非线性失真的情况。图(a)是输入信号电压的频率稍大于全功率带宽，输出电压已经来不及跟随激励电压而变化，使正弦波产生明显失真；图(b)是当时，使得输出电压根本来不及达到额定输出电压值，致使正弦波变成了三角波。59215）静态功率：运放在空载和没有输入信号情况下要求电源供给的直流功率。6.3集成运放的性能参数和模型等于全部电源电压(正电源与负电源绝对值之和)与静态电流的乘积。6.3.2模型5936.5集成运算放大器的应用6.5.1信号放大及检测电路6.5.2信号运算电路6.5.3信号处理电路6096.5集成运算放大器的应用6.5.1信号放大及检测电路1.高输入阻抗放大器1）输入电阻自举扩展电路

A1：主放大器

A2：正反馈，提供电流反相比例放大器6106.5.1信号放大及检测电路1）输入电阻自举扩展电路实际上，两者之间阻值总有一定的偏差，同时为了放大器稳定工作，防止电路自激振荡，也必须人为地使略大于保证为正值。

6116.5.1信号放大及检测电路2）同相串联差分式高输入阻抗放大器输入信号加于两个运放的同相输入端，差分输入电阻近似为两个运放的共模输入电阻之和，提高了输入电阻。利用迭加原理，分别作用于输入端6126.5.1信号放大及检测电路2）同相串联差分式高输入阻抗放大器双端输入，输入电阻为无穷大。6136.5.1信号放大及检测电路2.可编程增益放大器若S1接通，则同相跟随器若S2接通，则同相放大器若S3接通，则6146.5.1信号放大及检测电路2.可编程增益放大器若S4接通，则结论：放大器有4种增益水平，其大小取决于外电阻R1-R4

，改变电阻大小即可改变增益。

如果在电路中接入译码器B对开关进行控制，则可以减少控制位数。6156.5.1信号放大及检测电路码控四段转换可编程增益放大器为数字选通信号，译码输出后控制开关的选通。

6166.5.1信号放大及检测电路3.测量放大器

均为同相输入，具有双端输入、双端输出形式。为差分组态，实现减法运算。6176.5.1信号放大及检测电路3.测量放大器输出与输入之间成线性放大关系。调节电位器即可方便地改善增益。电路特点：输入电阻极高。共模抑制比极高。增益调节方便。

6186.5.2信号运算电路1.全加器——能进行加法和减法运算的电路利用线性叠加原理，得到：结论：对输出的贡献只决定于而与无关，或者说不参与运算。

6196.5.2信号运算电路1.全加器将电路加以推广，可以得到进行加法运算和减法运算的全加器。如果所有输入网络与反馈网络的元件都是纯电阻，且满足则6206.5.2信号运算电路例题分析例6-12

试用一个运算放大器构成如下运算关系且要求每路输入电阻不小于。解：电路设计如右图，选择则6216.5.2信号运算电路2.积分器和微分器1）积分器结论：输出电压与输入电压的积分成正比。利用积分器可以构成线性良好的扫描电路。

6226.5.2信号运算电路例题分析例6-13

电路如下图所示，求输出电压表达式。解：6236.5.2信号运算电路例6-14

电路如下图所示，输入电压波形如下图所示，设时，电容C上的初始电压为零，试画出波形。解：输入信号是方波，采用分段积分。输出波形6246.5.2信号运算电路2.积分器和微分器2）微分器将积分器电路中电容和电阻的位置调换，就构成微分器。

输出电压与输入电压的微分成正比。6256.5.2信号运算电路例6-15

设电路和、波形如图所示。试画出波形（提示：JFET导通时的电阻可忽略不计）。解：场效应管夹断，运放组成全加器电路场效应管导通，6266.5.2信号运算电路3.对数和反对数放大器1）对数放大器二极管伏安特性输出电压与输入电压的对数成正比。图中二极管常用三极管连接而成。6286.5.2信号运算电路2）反对数（指数）放大器输出电压与输入电压的反对数（指数）成正比。将对数放大器电路中二极管和电阻的位置调换，构成反对数放大器。

二极管伏安特性图中二极管常用三极管连接而成。6296.5.2信号运算电路4.乘法和除法运算由对数和反对数放大器不难构成乘法和除法运算电路，原理如下图，

6306.5.3信号处理电路1.电压比较器作用：判断输入信号电压之间的相对大小。输出只有两种稳定工作状态：

高电平输出低电平输出1）单限比较器参考电平6316.5.3信号处理电路专用集成电压比较器LM139/339系列集成电压比较器，由4个独立的精密电压电压比较器组成，具有低功耗、低失调的特点，输入失调电压2mV，失调电流3nA，可在单双电源下工作。

6326.5.3信号处理电路2）迟滞比较器—带有正反馈的比较器，又称施密特触发器正反馈支路工作原理当从很负逐渐增大时，假设初始状态由于很负，使得，运放输出为正向最大值，即此时是参考电平和输出电压共同作用的叠加，上门限电压6336.5.3信号处理电路2）迟滞比较器当从很负逐渐增大到时，由于强正反馈，输出将跳变到负向最大值，即此时下门限电压减小，输出电压仍维持在。直到时，才又跳变到正向最大值，即6346.5.3信号处理电路2）迟滞比较器

—传输特性输入由小变大时的传输特性输入由大变小时的传输特性完整的传输特性6356.5.3信号处理电路2）迟滞比较器迟滞比较器存在两个比较门限，两者之差为：

上门限电压下门限电压门限宽度迟滞比较器又称为双限比较器6366.5.3信号处理电路例题分析例6-17

已知的输出，，，

，为理想二极管。试分析电路的工作原理，画出传输特性曲线。分析：只要中任有一个为高电平，输出即为高电平；

只有均为低电平，输出才为低电平。

两个单限比较器构成的或门电路6376.5.3信号处理电路解：结论：只有当

取值介于3-6V间时，电路输出为低电平，；否则，电路输出为高电平，6386.5.3信号处理电路2.波形产生电路1）正弦波文氏桥振荡器桥形RC网络接在输出端与同相输入端之间，则起振条件是相移等于零。零相移桥式振荡器

6396.5.3信号处理电路2.波形产生电路1）正弦波文氏桥振荡器零相移桥式振荡器

6396.5.3信号处理电路1）正弦波文氏桥振荡器要求和之间相移在某个频率上为零，则虚部为零，

振荡频率满足幅度平衡条件的运放的闭环增益应等于3。

6406.5.3信号处理电路2）方波发生器脉冲和数字系统的信号源运放以比较器方式工作。利用电容两端电压和相比较，来决定输出是高电平还是低电平。如果为高电平，则对电容C充电，使增加；如果为高电低，则对电容C放电，使减小。电容两端电压的变化又使输出不断翻转，得到方波。6416.5.3信号处理电路2）方波发生器瞬态电路三要素公式6426.5.3信号处理电路2）方波发生器6436.5.3信号处理电路对称的方波和三角波发生器电路A1为迟滞比较器，A2为反相积分器，共同组成正反馈电路，形成自激振荡，由A1输出方波，A2输出三角波。6446.5.3信号处理电路3.波形变换电路1）半波整流电路

运放与二极管配合，可组成波形变换电路。反相型运放电路

正极性负极性截止导通零负极性正极性导通截止6456.5.3信号处理电路1）半波整流电路

输入输出传输特性

06466.5.3信号处理电路全波整流电路

将VD1、VD2放入到负反馈环内，以改善性能。

传输特性实际电路原理图6476.5.3信号处理电路3.波形变换电路2）峰值检波电路同相跟随器二极管导通，运放构成同相跟随器，电容充电时间常数很小，充电速率很快；二极管截止，电容电压值保持不变。

输出电压跟随信号的峰值而变，并保持信号的最大值。

6496.5.3信号处理电路3.波形变换电路3）限幅电路特点：当输入信号进入限幅区后，输出信号不再跟随输入信号变化，而保持在某个固定值上。

单限限幅器6506.5.3信号处理电路3）限幅电路

二极管的接法决定了对输出电压的正向进行限幅。如果要进行负向限幅，只要将图中的二极管和稳压管都反接一下即可。若想获得双向限幅效果，只要将二极管换成稳压管，背靠背串接即可。传输特性6516.5.3信号处理电路4.有源滤波电路1）低通滤波器功能：使低于某一频率(如f0)的信号能通过，而高于f0

信号不能通过。

一阶有源低通滤波器（反相型）

6526.5.3信号处理电路1）低通滤波器归一化的幅频特性

6536.5.3信号处理电路1）低通滤波器目的：提高增益和带负载能力方法：可将RC无源网络接到运放的同相输入端

缺点：滤波效果不够好。理想的低通滤波器,其幅频特性应该呈矩形。6546.5.3信号处理电路1）低通滤波器上图所示低通滤波器的幅频特性，在时有3dB衰减；而当时，以－20dB/10倍频程的速率下降，衰减不够快。

6556.5.3信号处理电路二阶有源低通滤波器电路AB节点A：节点B：6566.5.3信号处理电路二阶有源低通滤波器电路AB类似谐振回路的品质因素

为不同值时对幅频特性的影响

需要指出:当时，将趋于无穷大，意味着电路将产生自激振荡，因此必须小于，且要求元器件性能稳定。

6576.5.3信号处理电路4.有源滤波电路2）高通滤波器将低通滤波器中起滤波作用的电阻、电容互换即可变成高通滤波器。两者是“镜像”关系。

6586.5.3信号处理电路4.有源滤波电路3）带通滤波器功能：允许某一频带内的信号通过，而处于该频带外的信号都不能通过。可以由低通和高通电路结合而成。

优点：改变和的比例就可改变频带宽度而不影响中心频率。

中心角频率频带宽度品质因数若只能让某一频率的信号通过，则称为选频放大器。6596.5.3信号处理电路4.有源滤波电路4）带阻滤波器功能：在规定的频带内信号不能通过(或受到很大衰减)，而在其余频率范围，则信号能顺利通过。

原理方框图

6606.5.3信号处理电路4.有源滤波电路若是阻止某一频率分量通过，称这种带阻滤波器为陷波器。

6616.5.3信号处理电路5.取样—保持电路方框图原理电路波形图实际电路6636.5.3信号处理电路6.其他应用举例1）模拟电感电路求下图所示电路的输入阻抗，并说明其性质。虚短6646.5.3信号处理电路1）模拟电感电路此电路实质上是一模拟电感电路6656.5.3信号处理电路2）恒流源电路求证：当满足时，与负载电阻无关。

证明：恒流源6666.6实际集成运放电路的误差分析实际工程简化应注意的几点:对输入为交流信号的运放电路，可以将模型中电压源短路，电流源开路。对反相输入的运放，共模抑制比可忽略不计。对同相输入的运放，共模抑制比引入的误差就不可忽略。可以将失调误差和增益误差分别考虑，然后叠加组合，得到总误差。如果讨论某个(些)参数的影响，则其它参数可视为理想的。

667例6-19

下图所示的反相放大器电路中，设运放的开环电

压增益，，，，求与理想运放比较，它的闭环电压增益是多少？相对误差是多少？由于输入为低频信号，和均可不予考虑，可认为开路，可认为为零。

6.6实际集成运放电路的误差分析668解：由输入和输出共同作用产生，利用叠加原理6.6实际集成运放电路的误差分析669解：增益的相对误差：6.6实际集成运放电路的误差分析670例6-20

如图所示的同相放大器电路，设开路电压增益、

共模抑制比为有限值，其他参数均为理想值，试推导

的表达式。解：6.6实际集成运放电路的误差分析671解：式中6.6实际集成运放电路的误差分析672解：6.6实际集成运放电路的误差分析例6-21

分析参数失调引起的误差。令并考虑为无穷大，则673解：6.6实际集成运放电路的误差分析减小输出失调电压，令即运算放大器反相输入端和同相输入端的直流电阻相等时，输出失调电压最小。结论：设计运算放大器电路时，一定要使反相输入端和同相输入端直流电阻平衡，即满足

674解：6