集成运算放大器及其应用.pdf

卓越工程师培养计划电子技术 集成运算放大器及其应用 杜树春 编著 内 容 简 介 本书以实例讲解的形式，全面、系统地介绍了集成运算放大器及其应用。本书主要内容包括集成运算放大器基础知识、由运算放大器构成的信号放大电路、仪表放大器、由运算放大器构成的模拟信号运算电路、有源滤波电路、电压比较器、波形发生电路、信号转换电路、在集成运算放大器使用中的限幅电路、电流反馈运算放大器、参考电压芯片的应用。书中介绍了 100 多个集成运算放大器应用电路经典实例，每个实例不仅介绍了电路原理，还给出了相应的 Proteus 调试结果。本书内容通俗易懂，实用性强，既适合初学者自学使用，也可供相关专业的工程技术人员阅读参考，还可作为高等学校相关专业的教学用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 集成运算放大器及其应用/杜树春编著.北京：电子工业出版社，2018.10（卓越工程师培养计划）ISBN 978-7-121-35048-1.集 .杜 .集成电路运算放大器电路设计 .TN722.7 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2018）第 214089 号 策划编辑：张 剑（）责任编辑：夏平飞 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：15 字数：384 千字 版 次：2018 年 10 月第 1 版 印 次：2018 年 10 月第 1 次印刷 定 价：58.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：。前 言 什么是运算放大器？顾名思义，运算放大器就是具有“放大”和“运算”功能的电子器件。其实，运算放大器加上由电阻、电容等元件组成的外围电路，除了能实现“放大”和“运算”功能外，还可以实现各种各样的电路功能。集成运算放大器就是做成集成电路器件的运算放大器，广泛应用于电子测量、自动控制、通信、计算机等多个领域。本书由大量的集成运算放大器应用电路经典实例组成，对于大多数实用电路，既有电路原理图，也有对应的 Proteus 调试图，还有反映调试结果的各种图表。本书最大特色是采用 Proteus 仿真和调试软件分析每一个实例。这种分析方法比传统的调试方法优越得多：传统方法是在要调试某一电路之前先要画出电路原理图，购买所需元器件，根据电路图把元器件焊接起来（或插在面包板上），然后用示波器、高低频信号发生器、频率仪和万用表等电子仪器配合调试。新方法的开发步骤是：首先在计算机上用仿真软件画好电路原理图；其次在计算机上用仿真软件调试，直至调试完成；然后购买元器件、焊接、再次调试这样就可大大加快开发进度，降低开发成本。为了便于读者阅读，特提供本书范例下载资源，请访问http:/，到“资源下载”栏目下载。本书范例下载资源的内容是以书中章节为单位的，在每一章（指第 1 章到第 11 章）下都有一个章文件夹，每章下面有（例 N.1）、（例 N.2）例文件夹，例文件夹内是这个例子的名称，打开名称文件夹，又有多个文件。其中，扩展名为“pdsprj”的文件是 Proteus 仿真原理图文件。在计算机已安装 Proteus 软件的前提下，双击具有“pdsprj”扩展名的文件就可进入显示电路原理图画面，也就是 Protues 的调试状态，此时就可以进行仿真和调试了。书中的所有例子都已在 Proteus 环境下调试通过，读者既可以原封不动地运行，也可以用代替法替换其中的部分或全部元件及其参数，边改边试。在本书范例下载资源中，还包括 Protues 8.0 软件用法和全书例题索引等内容。书中，公式的推导较少，大都是只取其结论。对公式推导感兴趣的读者可查阅书末的参考文献。本书的侧重点是各种应用电路原理图的绘制及电路的调试、测试、仿真，并将测试结果与理论计算值进行比较，以使读者花最少的时间掌握各类运算放大器经典电路的使用 方法。书中，Protues 软件是调试电路的工具。在用 Protues 软件画的电路原理图中，电容的单位 F、nF、pF 分别写为 u、n、p；电阻的单位是 k、M时，对应的表示法是 k 和 M；当电阻的单位是时，只用纯数字表示，如 100，就表示 100。用 Protues 软件画的电路原理图中，符号不能使用下标，如 RF，只能写为 RF。本书所用 Proteus 的版本是 8.0，书中的所有实例都是在 Proteus 8.0 下调试通过的。对于初次接触 Proteus 软件的读者，在阅读本书正文之前，建议先熟悉一下 Protues 8.0 软件的 集成运算放大器及其应用 IV 用法。目前，一般的工科院校中电子、计算机、通信、机电等专业都开有“模拟电子技术”课程，集成运算放大器是“模拟电子技术”课程的重要组成部分。本书可作为学生学习“模拟电子技术”这门课程的辅助教材。本书适合三部分人阅读或参考：一是学习模拟电子技术的在校学生；二是和电子专业有关的广大工程技术人员；三是广大电子科技爱好者。本书的另一特点是通俗易懂，实用性强，既适合初学者，也适合有一定电子技术基础的爱好者及专业技术人员。在图书编写过程中，参考了许多国内外的优秀教材，这些已列在书末的参考文献中，同时也得到了电子工业出版社的指导和帮助。在此，向以上单位和个人表示衷心感谢。由于编著者水平有限且时间仓促，书中难免存在缺点和疏漏，恳请读者批评指正。编 著 者 目 录 第 1 章 集成运算放大器基础知识 1 1.1 放大器的概念 1 1.2 电压模式集成运算放大器的主要参数 2 1.3 集成运算放大器的分类 3 1.4 通用型集成运算放大器 4 1.5 专用型集成运算放大器 5 1.6 集成运算放大器的理想化条件 5 1.7 集成运算放大器的电压传输特性 5 1.8 理想集成运算放大器的性能测试 6 1.9 放大电路的频率响应及波特图 8 1.10 实际集成运算放大器的性能测试 9 1.11 集成运算放大器在实际使用中应注意的问题 10 第 2 章 由运算放大器构成的信号放大电路 13 2.1 基本放大电路 13 2.2 反相输入放大电路 14 2.2.1 反相输入放大基本电路 14 2.2.2 反相输入放大电路的性能扩展 14 2.2.3 反相输入放大电路的应用实例 16 2.3 同相输入放大电路 19 2.3.1 同相输入放大基本电路 19 2.3.2 电压跟随器 20 2.3.3 可编程增益放大器 20 2.3.4 同相输入放大器的堵塞现象及其预防 21 2.3.5 同相输入放大电路应用实例 22 2.4 差分输入放大电路 27 2.4.1 差分输入放大基本电路 27 2.4.2 高输入电阻的差分输入放大电路 27 2.4.3 高共模输入的差分输入放大电路 29 2.4.4 差分输入放大电路应用实例 29 第 3 章 仪表放大器 33 3.1 仪表放大器的定义 33 集成运算放大器及其应用 VI 3.2 由运算放大器构成的仪表放大器 34 3.2.1 由双运算放大器构成的仪表放大器 34 3.2.2 由三运算放大器构成的仪表放大器 35 3.3 集成仪表放大器 37 3.3.1 低价、低功耗仪表放大器 AD620 37 3.3.2 低漂移、低功耗仪表放大器 AD621 40 3.3.3 低成本仪表放大器 AD622 41 3.3.4 精密仪表放大器 AD624 42 3.3.5 单电源满摆幅仪表放大器 MAX4460-62 45 3.3.6 轨对轨仪表放大器 LTC2053 48 第 4 章 由运算放大器构成的模拟信号运算电路 51 4.1 比例运算电路 51 4.2 加减运算电路 51 4.2.1 求和运算电路 52 4.2.2 加减运算电路 53 4.2.3 组合加减运算电路 53 4.2.4 求和及加减运算电路应用实例 54 4.3 积分运算电路和微分运算电路 57 4.3.1 积分运算电路 57 4.3.2 微分运算电路 59 4.3.3 微积分运算电路应用实例 60 4.4 对数运算和指数运算电路 63 4.4.1 对数运算电路 63 4.4.2 指数（或反对数）运算电路 66 4.4.3 对数和指数运算电路应用实例 67 第 5 章 有源滤波电路 72 5.1 有源滤波电路的基本性能和结构 72 5.2 有源低通滤波电路 76 5.2.1 一阶有源低通滤波电路 76 5.2.2 二阶有源低通滤波电路 79 5.3 有源高通滤波电路 86 5.3.1 一阶有源高通滤波电路 86 5.3.2 二阶有源高通滤波电路 89 5.4 有源带通滤波电路 94 5.4.1 一阶有源带通滤波电路 94 5.4.2 二阶有源带通滤波电路 96 5.5 有源带阻滤波电路 101 5.5.1 型有源带阻滤波电路 102 5.5.2 II 型二阶带通与加法器构成带阻滤波电路 104 目 录 VII 5.6 全通滤波电路 106 5.7 状态变量滤波电路和集成通用有源滤波电路 108 5.7.1 状态变量滤波电路 108 5.7.2 集成通用有源滤波电路 116 第 6 章 电压比较器 117 6.1 电压比较器介绍 118 6.1.1 单（门）限电压比较器 118 6.1.2 双（门）限电压比较器 122 6.1.3 迟滞比较器 126 6.2 电压比较器应用 128 6.2.1 单（门）限电压比较器 128 6.2.2 双（门）限电压比较器 132 6.2.3 迟滞比较器 137 6.3 集成电压比较器 140 6.3.1 集成电压比较器 LM2901 140 6.3.2 单双电源、低功耗、超快、精密 TTL 比较器 MAX913 141 6.3.3 超低功耗、单双电源电压比较器 MAX921 142 6.3.4 低成本、低功耗电压比较器 MAX9203 143 第 7 章 波形发生电路 146 7.1 正弦波发生电路 146 7.1.1 反馈式正弦波发生器 146 7.1.2 积分式正弦波发生器 150 7.1.3 由方波或三角波经低通滤波后形成的正弦波 154 7.2 非正弦波发生电路 155 7.2.1 矩形波发生电路 156 7.2.2 三角波发生电路 162 7.2.3 锯齿波发生电路 164 7.2.4 函数发生电路 167 7.2.5 集成函数发生器 168 第 8 章 信号转换电路 173 8.1 电压-电流、电流-电压转换电路 173 8.1.1 电压-电流转换电路 173 8.1.2 电流-电压转换电路 174 8.2 精密整流电路 176 8.2.1 精密半波整流电路 176 8.2.2 精密全波整流电路 178 8.2.3 绝对值电路 179 8.3 电压-频率、频率-电压转换电路 179 8.3.1 电压-频率转换电路 180 集成运算放大器及其应用 VIII 8.3.2 频率-电压转换电路 183 第 9 章 在集成运算放大器使用中的限幅电路 186 9.1 限幅电路的分类及主要指标 186 9.2 二极管接在运算放大器输入回路中的限幅电路 187 9.2.1 二极管串联式限幅电路 187 9.2.2 二极管并联式限幅电路 188 9.2.3 二极管区间限幅电路 190 9.3 二极管接在运算放大器反馈电路中的限幅电路 193 9.3.1 二极管双向限幅电路 193 9.3.2 稳压管双向限幅电路 196 9.3.3 二极管桥式区间限幅电路 199 第 10 章 电流反馈运算放大器 203 10.1 电流反馈运算放大器的同相输入方式 203 10.1.1 闭环直流特性 203 10.1.2 闭环频率特性 204 10.1.3 实例 204 10.2 电流反馈运算放大器的反相输入方式 205 10.2.1 闭环直流特性 205 10.2.2