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第1篇 基础知识篇3

第1章　导论3

1.1　放大电路的作用3

1.2　难学晶体管电路的原因3

1.2.1 直流工作与交流工作需要分别处理3

1.2.2 参数多且离散性大4

1.2.3 理解晶体管电路工作原理的重要性5

1.3　先掌握运算放大器电路的必要性6

【专栏】 国际单位制词头与希腊字母7

第2章　概述9

2.1　何谓运算放大器9

2.1.1 运算放大器的诞生9

2.1.2 作为理想元件处理9

2.1.3 增益仅由电阻比决定10

2.1.4 直流工作与交流工作不需要分开处理10

2.2　运算放大器的特性参数11

2.2.1 本书中列举的运算放大器11

2.2.2 表示使用上极限值的“绝对最大额定值”11

2.2.3 表示工作时性能的“电气特性”12

【专栏】 分贝19

第3章　运算放大器的基础知识21

3.1　电源的选用21

3.1.1 电源的重要性21

3.1.2 单电源工作方式与双电源工作方式22

3.1.3 电源电压的大小22

3.1.4 使用双电源时的电源接通顺序23

3.1.5 旁路电容的接入24

3.2　使用注意事项25

3.2.1 未使用的运算放大器端子的处理25

3.2.2 与外设连接时的处理25

3.2.3 交调失真26

【专栏】 运算放大器电路中使用的两个电气定律26

3.3　运算放大器的种类与使用27

3.3.1 运算放大器的种类27

3.3.2 通用运算放大器28

3.3.3 运算放大器的使用28

3.3.4 双极型运算放大器与CMOS运算放大器的使用29

第4章　运算放大器的基本工作原理31

4.1　各端子的工作情况31

4.1.1 运算放大器的两个输入端与一个输出端31

4.1.2 运算放大器不加电源时不工作32

4.2　信号放大时的运算放大器工作原理32

4.2.1 两个输入端间电压差恒为0V32

4.2.2 虚短路应用实例34

4.2.3 通过实验观察虚短路34

第2篇　使用篇39

第5章　动态范围39

5.1　确保宽动态范围39

5.1.1 输入与输出动态范围39

5.1.2 数据表中运算放大器的动态范围39

5.1.3 通过实验观察运算放大器的动态范围40

5.2　增大输出电流的方法44

5.2.1 负载电流增大则输出动态范围变窄44

5.2.2　增设缓冲器45

5.2.3　增设偏置电路46

【专栏】 术语47

第6章　负反馈的使用49

6.1 负反馈对各种特性的改善效果49

6.1.1 增益精度的提高49

6.1.2 噪声与失真的降低53

6.1.3　输出阻抗的降低54

【专栏】 负反馈55

6.2　通过实验观察负反馈的效果57

6.2.1 输出阻抗的降低57

6.2.2 输入阻抗的增大57

第7章 降低输出失调电压的方法59

7.1　输出失调电压发生的原因与计算59

7.1.1 用噪声增益进行评价59

7.1.2 输入换算失调电压与输入偏置电流59

7.2　降低输入换算失调电压的方法60

7.2.1 方法①60

7.2.2 方法②61

7.2.3 方法③61

【专栏】　噪声增益62

7.3　减小输入偏置电流影响的方法64

7.3.1 调整与反相端与同相端连接的电阻值64

7.3.2　RB阻值的选择64

7.3.3 失调电压的温度特性65

7.4　通过实验观察输出失调电压降低的效果67

7.4.1 有无RB与输出失调电压的变化67

7.4.2 降低失调的窍门与秘诀68

7.4.3 通过实验观察降低失调的窍门69

第8章　基本放大电路71

8.1　反相放大电路71

8.1.1 反相放大电路中可忽略CMRR71

8.1.2 反相放大电路的输入阻抗低72

8.1.3 交流反相放大电路72

8.2　T型反馈电路72

8.2.1 T型反馈电路的优点72

8.2.2 噪声增益的增大73

8.3　同相放大电路74

8.3.1 CMRR引起同相放大电路误差的增大74

8.3.2 同相放大电路的输入阻抗高74

8.3.3 交流同相放大电路的输入阻抗74

8.4 自举电路75

8.4.1 增大交流同相放大电路输入阻抗的方法75

8.4.2 增大反相放大电路输入阻抗的方法76

8.5　可调电阻的使用方法76

8.5.1 基本构造76

8.5.2 可调电阻与电位器76

8.5.3 碳膜可调电阻的使用方式77

8.5.4　基本选用方式77

8.6　增益与电平的调整方法78

8.6.1 电平调整78

8.6.2 增益调整79

8.6.3 增益与电平的切换80

8.6.4 通过实验观察增益调整情况81

【专栏】 E系列数值与允许误差及符号83

第9章　积分电路与微分电路85

9.1　积分电路85

9.1.1 积分电路的概念85

9.1.2　RC积分电路86

9.1.3 简化伯德图的画法87

9.1.4　RC积分电路的实验89

9.1.5 密勒积分电路90

9.1.6 运算放大器积分电路的误差91

9.1.7 通过实验观察积分电路93

9.1.8 加速电阻94

9.1.9　各种积分电路95

9.2　微分电路96

9.2.1 微分电路的概念96

9.2.2　RC微分电路97

9.2.3 通过实验观察RC微分电路98

9.2.4　运算放大器微分电路99

9.2.5 通过实验观察微分电路100

9.3　复习基本的交流理论101

9.3.1 交流电压与交流电流的时间表示方式101

9.3.2 交流电压与交流电流的频率表示方式101

9.3.3 瞬态时用s，稳态时用jω103

9.3.4 电阻的交流表示方式——阻抗与导纳103

第10章　振荡的原因及对策105

10.1　放大电路振荡的条件105

10.1.1 运算放大器振荡时的输出波形105

10.1.2 振荡条件——Aβ=-1106

10.2　设计不振荡放大电路的基础知识107

10.2.1 利用伯德图判断放大电路是否振荡107

10.2.2 增益裕量和相位裕量的最佳值107

10.2.3 2次滞后电路容易振荡108

10.2.4 2次滞后电路负反馈时的响应108

10.3　运算放大器放大电路的不振荡设计110

10.3.1 消除输入电容引起的电路工作的不稳定110

10.3.2 消除负载电容引起的电路工作的不稳定113

10.4　微分电路振荡的对策115

10.4.1 微分电路容易振荡115

10.4.2 典型失败实例115

10.4.3 对策117

10.5 除运算放大器IC外的振荡因素的对策117

10.5.1 增设射极跟随器时要接入电阻117

10.5.2 注意配线引起相位的旋转117

第11章 降低噪声的对策119

11.1 主要的固有噪声119

11.1.1 感应噪声以外的噪声——固有噪声119

11.1.2 固有噪声的构成要素119

11.2 固有噪声的性质120

11.2.1 频率特性120

11.2.2 时间变化121

11.3　噪声电平的基本处理方式122

11.3.1 噪声源为两个以上时的噪声电平122

11.3.2 表示噪声频带的“等效噪声带宽”122

11.4　构成固有噪声的各种噪声124

11.4.1 能量消耗时产生的“热噪声”124

11.4.2 半导体内部产生的“散粒噪声”125

11.4.3 电导率变化产生的“接触噪声”125

11.4.4 两个电极分别流经电流时产生的“分配噪声”126

11.5　运算放大器放大电路的噪声126

11.5.1 运算放大器IC噪声的计算方法126

11.5.2 运算放大器放大电路的低噪声化技术130

【专栏】 有关噪声的统计术语132

11.5.3 有关参考文献132

第3篇 应用电路篇135

第12章 差动放大电路的设计135

12.1　差动放大电路的基本工作原理135

12.1.1 差模信号与共模信号135

12.1.2 共模信号136

12.1.3 共模信号产生的原因136

12.1.4 单端放大电路与差动放大电路的工作原理137

12.1.5　基本电路与工作原理138

12.2　影响CMRR的三个因素139

12.2.1 影响差动放大电路误差的因素139

12.2.2 运算放大器IC自身的CMRR引起的误差139

12.2.3　使用电阻引起的误差140

12.2.4 信号源阻抗引起的误差141

12.3　实用差动放大电路142

12.3.1 不受信号源阻抗影响的电路142

12.3.2 输入级放大电路具有较大增益的仪用放大器142

12.3.3 高输入阻抗的差动放大电路144

12.3.4 反转型差动放大电路146

12.4　差动放大电路的调整148

12.4.1 调整目的148

12.4.2　调整方法148

12.5　实际仪用放大器IC150

12.5.1 AD622与AD623A150

12.5.2 失调电压与失调电流152

12.6　差动放大电路的动态范围152

12.6.1 输入的动态范围很重要152

12.6.2 用单电源工作时差动放大电路的动态范围153

12.7　各种差动放大电路的CMRR与输入输出特性155

12.7.1 特性的实测155

12.7.2 类型Ⅰ的特征159

12.7.3 类型Ⅱ和类型Ⅲ的特征159

12.8 可靠工作的有关技术159

12.8.1 充分发挥CMRR的特性159

12.8.2 二极管保护电路与CMRR159

12.8.3 旁路电容与偏置电阻160

12.9　获得更高CMRR特性的方法160

12.9.1 浮置电源161

12.9.2　输入虑波器161

12.9.3　输入电缆162

第13章　恒流电路与基准电压电路165

13.1　恒流电路165

13.1.1 恒流电路的概况165

13.1.2　基本电路166

13.1.3　其他恒流电路167

13.1.4 功能等效电路的利用167

13.1.5 输出电流的动态范围168

13.1.6 提高精度的关键问题169

13.2　实际恒流电路的特性169

13.2.1 实验169

13.2.2 实验结果170

13.3　直流基准电压电路的设计172

13.3.1 基准电压电路172

13.3.2 实际IC及其使用172

13.3.3 高精度基准电压电路173

第14章 电压－电流转换电路175

14.1 电压转换为电流的电路175

14.1.1 基本放大电路的转换电路175

14.1.2 使地基准负载具有恒流的差动放大电路的转换电路176

14.1.3 一个运算放大器的电压－电流转换电路177

14.1.4 负载电阻不能过大178

14.1.5 实际电压－电流转换电路的工作原理178

14.1.6 仪表用电流环的应用181

14.2　电流转换为电压的电路181

14.2.1 电源线上电流的检测182

14.2.2 电源电流检测电路的输入输出特性184

14.2.3 电流－电压转换电路的工作原理与设计要点184

第15章　加减运算电路187

15.1　加减运算电路187

15.1.1 基本电路187

15.1.2 实际的加减运算电路188

15.2　单电源工作的加减运算电路189

15.2.1 只对交流信号进行加减运算的电路189

15.2.2 直接加法电路189

第16章 比较器电路193

16.1　非线性电路193

16.1.1 各种非线性电路193

16.1.2 滞留时间194

16.2 比较器IC195

16.2.1 比较器的基础知识195

16.2.2 比较器与运算放大器的区别196

16.3　各种比较器电路202

16.3.1　基本电路202

16.3.2 电流加法比较器电路202

16.3.3 回差比较器电路203

16.3.4　接口电路204

16.4　比较器电路的实验204

16.4.1 回差比较器204

16.4.2 电流加法比较器206

16.4.3 运算放大器与比较器构成的接口电路206

16.5　防止噪声引起误动作的方法207

16.5.1 必须接入电源旁路电容207

16.5.2 具有回差特性207

16.5.3 比较器输入前的信号进行放大207

16.5.4　接入滤波器208

16.5.5 响应速度需要的最低限208

16.6 比较器的应用209

16.6.1 PWM调制电路209

16.6.2 窗口比较器209

16.6.3 电平检测电路209

第17章 二极管应用电路213

17.1 二极管的基础知识213

17.1.1 基本特性213

17.1.2 二极管的选择与使用216

17.2　同相理想二极管电路217

17.2.1 理想二极管电路217

17.2.2 同相理想二极管电路的基本工作原理217

17.3　反相理想二极管电路219

17.3.1 反相理想二极管电路219

17.3.2 基本工作原理219

17.4　绝对值电路220

17.4.1 绝对值电路（取出输入信号绝对值的电路）220

17.4.2 电路的工作原理221

17.4.3 失调可调整的绝对值电路221

17.4.4　各种绝对值电路222

17.5　理想二极管电路特性的改善方法223

17.5.1 高频特性的改善223

17.5.2 直流特性的改善224

17.6　线性检波电路224

17.6.1 线性检波电路（求出绝对平均值的电路）224

17.6.2 高精度化与宽带化的方法224

17.7　峰值保持电路225

17.7.1 峰值保持电路（保持峰值的电路）225

17.7.2 实用峰值保持电路的设计226

17.7.3 比较器构成的高速峰值保持电路226

17.8　限幅电路227

17.8.1 限幅电路（将信号电平抑制在某值以下的电路）227

17.8.2 限幅电路的应用（防止饱和的电路）228

17.9　折线近似电路229

第18章　有源滤波器231

18.1　有源滤波器的基础知识231

18.2　用有源滤波器替换无源滤波器232

18.2.1 无源滤波器和有源滤波器的工作原理232

18.2.2 2节RC 1次滞后电路＋正反馈构成LC无源LPF233

18.2.3 图18.4与图18.3示出相同特性234

18.3　有源滤波器设计的自由度大236

【专栏】 表示对通过滤波器信号波形影响的“群延迟”237

18.4　五种滤波器237

18.5 1次／2次滤波器的传递函数与频率特性的关系238

18.5.1 LPF的传递函数与频率特性239

18.5.2　HPF的传递函数与频率特性240

18.5.3 2次BPF的传递函数与频率特性242

18.5.4 2次BEF的传递函数与频率特性242

18.5.5 APF的传递函数与频率特性243

【专栏】 滤波器的传递函数244

第19章 有源低通滤波器的设计247

19.1　LPF设计步骤247

19.1.1 步骤①——选择频率特性247

19.1.2 步骤②——决定电路方式与常数249

19.1.3 通过仿真确认频率特性250

19.2　Sallen-Key LPF设计实例250

19.2.1　Sallen-Key电路250

19.2.2 利用正规化表求出传递函数254

19.2.3　决定常数254

19.2.4　通过仿真确认特性258

19.2.5 元件误差对特性影响的研究259

19.3　实用LPF设计的先进技术260

19.3.1 扩大动态范围（后接高Q值电路）260

19.3.2 减小噪声（在前级接高Q值的电路）260

19.3.3 奇次Sallen-Key LPF的泄漏小261

19.3.4　直流失调输出的对策261

19.4　Sallen-Key电路＋1个电阻构成高性能的多重反馈型LPF262

19.4.1 失真小，直流增益可自由设定262

19.4.2 多重反馈型LPF的缺点262

19.5 LC模拟滤波器263

19.6 LC模拟滤波器的典型电路——“FDNR滤波器”的设计264

19.6.1 FDNR（输入阻抗特性与频率平方成反比例的电路）264

19.6.2 设计步骤264

19.6.3 频率特性偏差大但增益偏差小266

第20章 高通、带通、带阻及全通滤波器的设计267

20.1 高通滤波器HPF的设计267

20.1.1 设计步骤与LPF相同267

20.1.2 Sallen-Key HPF的设计267

20.1.3 有源HPF的缺点268

20.2 带通滤波器BPF的设计269

20.2.1 常数计算的基本步骤269

20.2.2 多重反馈型BPF270

20.2.3 DAPF型BPF271

20.3 带阻滤波器BEF的设计272

20.3.1 传递函数与常用电路272

20.3.2 BEF的应用实例274

20.3.3 f0的调整274

20.3.4 调整后的特性276

20.3.5 失真成分提取电路的应用277

【专栏】 高精度滤波器的调整方法278

20.4 全通滤波器APF的设计279

第21章 RC正弦波振荡电路281

21.1 正弦波振荡电路的种类与选用281

21.1.1 按频率选择电路可分为三类281

21.1.2 着眼于振荡频率282

21.1.3 着眼于振荡频率的稳定度282

21.1.4 减小高次谐波失真率时282

21.2 RC振荡电路的工作原理282

21.2.1 RC振荡电路是有源BPF的扩展电路282

21.2.2 与负反馈振荡电路的不同之处282

21.2.3 振荡启动条件（Aβ＞1加上触发信号）283

21.2.4 振荡开始后振幅与频率保持恒定283

21.3 各种RC振荡电路284

21.3.1 文氏电桥振荡电路284

21.3.2 桥式T型振荡电路284

21.3.3 状态变量型振荡电路286

21.4 RC振荡电路的核心部分“振幅控制电路”287

21.4.1 振幅控制电路287

21.4.2 实用的振幅控制电路287

21.4.3 高次谐波失真的产生288

21.5 频率可变的情况289

21.6 RC振荡电路的实验290

21.6.1 文氏电桥振荡电路290

21.6.2 桥式T型振荡电路291

21.6.3 状态变量型振荡电路292

【专栏】 传递函数与s平面293

第22章 LC正弦波振荡电路297

22.1 LC振荡电路的特征与基本工作原理297

22.1.1 得到比RC振荡电路失真低的特性297

22.1.2 将有源元件换成电流－电压变换元件297

22.1.3 科耳皮兹与哈脱莱振荡电路298

22.1.4 实际的振荡电路299

22.2 科耳皮兹振荡电路300

22.2.1 负反馈电路中接入电阻与有源元件可得到必要的增益300

22.2.2 实际的振荡形式302

22.3 哈脱莱振荡电路302

22.3.1 按照大概计算得到常数的工作情况302

22.3.2 实际电路（使用带抽头的电感线圈）303

22.3.3 实际振荡情况303

22.4 富兰克林振荡电路304

22.4.1 控制放大电路特性就能稳定振荡304

22.4.2 用一个反相器时元件选择很麻烦305

22.4.3 实际振荡情况305

22.5 各种LC振荡电路的频率稳定性306

【专栏】 射极跟随器振荡的原因及对策306

第23章 机械振子正弦波振荡电路309

23.1 机械振子振荡电路的种类与特征309

23.1.1 典型机械振子陶瓷与石英309

23.1.2 机械振子以多个频率进行振荡309

23.2 石英振子与陶瓷振子的不同之处310

23.2.1 关注Qm与△f310

23.2.2 振荡的形式311

23.3 各种机械振子的振荡电路312

23.3.1 萨巴洛夫振荡电路312

23.3.2 泛音振荡电路313

第24章 多谐振荡器与函数发生器315

24.1 弛张振荡电路316

24.1.1 由H/L电平状态存储电路与时间常数电路组成316

24.1.2 在时域而不在频域分析工作情况316

24.2 无稳态多谐振荡器316

24.2.1 多谐振荡器316

24.2.2 使用回差比较器构成自激多谐振荡器317

24.2.3 占空比可变的自激多谐振荡器321

24.2.4 使用逻辑反相器IC构成的自激多谐振荡器322

24.2.5 自激多谐振荡器专用IC323

24.2.6 IC内置自激多谐振荡器324

24.3 函数发生器326

【专栏】 函数波形的有效值与平均值332

参考及引用＊文献335