運算放大器電路

《運算放大器電路》是2009年科學出版社出版的圖書，作者是內山明治。

基本介紹

• 書名：運算放大器電路
• 作者：內山明治 譯者:陳鏡超
• ISBN：9787030234070
• 定價： 29.00 元
• 出版社：科學出版社
• 出版時間：2009年01月
• 開本：16開

內容簡介

《運算放大器電路》是“電工電子技術叢書”之一。《運算放大器電路》共分7章，主要介紹：運算放大器、規格表的讀法和用法、運算放大器的基本電路、非線性電路中運算放大器的用法、運算放大器的各種使用方法，由集成運算放大器構成的電路實例以及集成運算放大器的電路構成與原理及使用時的注意事項等。《運算放大器電路》內容簡潔、重點突出、實用性強，輔以大量插圖，有較強的可讀性及參考性。

《運算放大器電路》既可供工科院校相關專業師生參考，亦可供從事電子技術相關方面的技術人員閱讀使用。

圖書目錄

第1章 運算放大器

1.1 運算放大器概述

運算放大器最早被設計出來的目的是將電壓類比成數字，用來進行加、減、乘、除的運算，同時也成為實現模擬計算機（analog computer）的基本建構方塊。然而，理想運算放大器的在電路系統設計上的用途卻遠超過加減乘除的計算。今日的運算放大器，無論是使用電晶體（transistor）或真空管（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或積體電路（integrated circuits）元件，運算放大器的效能都已經逐漸接近理想運算放大器的要求。早期的運算放大器是使用真空管設計，現在則多半是積體電路式的元件。但是如果系統對於放大器的需求超出積體電路放大器的需求時，常常會利用分立式元件來實現這些特殊規格的運算放大器。

1960年代晚期，仙童半導體（Fairchild Semiconductor）推出了第一個被廣泛使用的積體電路運算放大器，型號為μA709，設計者則是鮑伯·韋勒（Bob Widlar）。但是709很快地被隨後而來的新產品μA741取代，741有著更好的性能，更為穩定，也更容易使用。741運算放大器成了微電子工業發展歷史上一個獨一無二的象徵，歷經了數十年的演進仍然沒有被取代，很多積體電路的製造商至今仍然在生產741

1.1.1 “運算”一詞的由來

1.1.2 運算放大器的誕生背景

1.2 發揮五官的作用

1.2.1 身邊的各種感受

1.2.2 運算放大器和顯微鏡

運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網路共同組成某種功能模組。由於早期套用於模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名“運算放大器”。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現，也可以實現在半導體晶片當中。隨著半導體技術的發展，大部分的運放是以單晶片的形式存在。運放的種類繁多，廣泛套用於電子行業當中。

1.3 運算放大器和油壓裝置

1.3.1 油壓裝置

1.3.2 超微型油壓裝置

1.4 中心線

1.4.1 偏離中心

1.4.2 集成運算放大器的輸出偏離——失調

1.5 內外之分

1.5.1 內部狀態與外部狀態

1.5.2 運算放大器的“內外”之分

1.6 槓桿原理

槓桿原理亦稱“槓桿平衡條件”。要使槓桿平衡，作用在槓桿上的兩個力（用力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂成反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為F1· l1=F2·l2。式中，F1表示動力，l1表示動力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂。從上式可看出，欲使槓桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。

1.7 槓桿和電阻

1.7.1 通過槓桿的運動來控制油壓裝置的運動

1.7.2 槓桿和電阻的工作原理

1.8 在運算放大器上連線電阻

1.8.1 失調調節法

1.8.2 反饋電阻的作用

1.9 放大倍數的決定因素

1.9.1 放大倍數由電阻的比值決定

1.9.2 運放由負反饋決定

1.10 運算放大器的圖形符號

1.10.1 使用圖形符號使電路圖變得簡明

1.10.2 沒有逆流的“力”

1.11 信號和電能

1.11.1 電的利用方法

1.11.2 信號

1.12分貝（dB）

1.12.1 尺度

1.12.2 將倍數A換算成增益G

本章小結

第2章 規格表的讀法和用法

2.1 集成運算放大器的型號

2.1.1 封裝

2.1.2 集成運算放大器的名稱

2.2 集成運算放大器的外形尺寸和工作溫度

2.2.1 集成運算放大器的外形尺寸

2.2.2 集成運算放大器的工作溫度

2.2.3 原創品和非原創品

2.3 極限參數

2.4 直流參數

2.4.1 輸入失調電壓

2.4.2 輸入偏置電流和失調電流

2.4.3 輸入電阻和輸入電容

2.4.4 電源電流（消耗功率）

2.5 直流參數

2.5.1 電壓增益和開環增益

2.5.2 輸入失調電壓和電流的溫度係數（溫漂）

2.5.3 上下波動（輸出電壓振幅）

2.5.4 輸入電壓範圍

2.5.5 共模抑制比CMRR

為了說明差分放大電路抑制共模信號及放大差模信號的能力，常用共模抑制比作為一項技術指標來衡量，其定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數Aud與對共模信號的電壓放大倍數Auc之比，稱為共模抑制比，英文全稱是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用簡寫CMRR來表示，符號為Kcmr，單位是分貝db。

差模信號電壓放大倍數Aud越大，共模信號電壓放大倍數Auc越小，則CMRR越大。此時差分放大電路抑制共模信號的能力越強，放大器的性能越優良。當差動放大電路完全對稱時，共模信號電壓放大倍數Auc=0，則共模抑制比CMRR→∞，這是理想情況，實際上電路完全對稱是不存在的，共模抑制比也不可能趨於無窮大。

◇ 電路對稱性——電路的對稱性決定了被放大後的信號殘存共模干擾的幅度，電路對稱性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信號（干擾）的能力也就越差。

◇ 電路本身的線性工作範圍——實際的電路其線性範圍不是無限大的，當差模信號超出了電路線性範圍時，即使正常信號也不能被正常放大，更談不上共模抑制能力。實際電路的線性工作範圍都小於其工作電壓，這也就是為什麼對共模抑制要求較高的設備前端電路也採用較高工作電壓的原因。

2.5.6 電源抑制比PSRR

電源抑制比(PSRR)是輸入電源變化量(以伏為單位)與轉換器輸出變化量(以伏為單位)的比值，常用分貝表示。對於高質量的D/A轉換器，要求開關電路及運算放大器所用的電源電壓發生變化時，對輸出的電壓影響極小。通常把滿量程電壓變化的百分數與電源電壓變化的百分數之比稱為電源抑制比。

電源抑制比可分為交流電源抑制比和直流電源抑制比,其具體意思如下.

交流電源抑制比(ACPSR)

先在標稱電源電壓(5V)的情況下,讀取一個測量值,然後在電源電壓上疊加一個頻率為100HZ,有效值為200mV的信號,在相同的輸入信號電平下,讀取第二個測量值,按測量誤差公式 "百分誤差=（第二測量值-第一測量值）/第一測量值" 計算得到的百分比誤差即為交流電源抑制比.

直流電源抑制比(DCPSR)

先在標稱電源電壓(5V)的情況下,讀一個測量值,然後使電源電壓變化 5%,在相同的輸入信號電平下讀取第二個測量值,按測量誤差公式(同上題公式)計算得到的百分誤差即為直流電源抑制比.

2.6 交流參數

2.6.1 過渡回響

2.6.2 信號經過電路後會變形（轉換速率SR）

本章小結

第3章 運算放大器的基本電路

3.1 反相放大電路（高溫測量）

3.1.1 將溫度變化轉換成電信號

3.1.2 放大倍數為100倍的反相放大器

3.1.3 反相放大器的輸入電阻

3.1.4 溫漂怕熱

3.2 同相放大電路（光度測量）

3.2.1 將亮度變化轉換成電信號

3.2.2 放大倍數為10倍的同相放大器

3.2.3 同相放大器的輸入電阻和特徵

3.2.4 運算放大器的最大輸出電壓

3.2.5 運算放大器的負載電阻

3.3 差動放大

3.3.1 反相跟隨同相

3.3.2 電阻型感測器的用法

3.4 運算放大器的本來面目是差動放大

3.4.1 拉長電線會使電阻值增加

3.4.2 通過檢測物體的變形來測量重量

3.4.3 抵消因溫度變化帶來的測量誤差

3.5 地線與高增益電路

3.5.1 地線的處理方法

3.5.2 增益可變的電路

3.5.3 增益很高的電路

3.6 施密特觸發器

3.6.1 同相放大電路與施密特電路的區別

3.6.2 線性電路和非線性電路

3.7 燈到黃昏自動亮

3.7.1 燈到黃昏自動亮

3.7.2 繼電器驅動電路

3.8 用運算放大器製作的交流放大電路

3.8.1 連微動都沒有的“靜止”狀態

3.8.2 用運算放大器製作的交流放大電路

3.8.3 活動不敏捷

3.8.4 運算放大器的過渡特性和轉換速率

本章小結

第4章 非線性電路中運算放大器的用法

4.1 非線性電路

4.1.1 非線性電路

4.1.2 非線性電路的作用

4.2 理想二極體和直線檢波

4.2.1 消除死區（理想二極體）

4.2.2 二極體的工作原理

4.3 將交流變成直流（AC/DC變換）

4.3.1 求交流的絕對值和平均值

4.4 對數放大器和反對數放大器

4.4.1 對數放大器

對數放大器是指輸出信號幅度與輸入信號幅度呈對數函式關係的放大電路。實際的對數放大器總是兼具線性和對數放大功能,它的輸入-輸出幅度特性如圖1。輸入信號弱時,它是一個線性放大器,增益較大；輸入信號強時,它變成對數放大器,增益隨輸入信號的增加而減小。對數放大器在雷達設備中有特別重要的作用。它不僅可以保證雷達接收機有很寬的動態範圍，而且可以限制接收機輸出的雜波干擾電平，達到恆虛警的效果。對於單脈衝雷達（見跟蹤雷達），還可歸一化角誤差信號；對於動目標顯示雷達，還可抑制固定目標起伏。

在雷達、通信和遙測等系統中，接收機輸入信號的動態範圍通常很寬，信號幅度常會在很短時間間隔內從幾微伏變化到幾伏，但輸出信號應保持在幾十毫伏到幾伏範圍內。採用對數放大器可以滿足這種要求，它能使弱信號得到高增益放大，對於強信號則自動降低增益，避免飽和。 設計良好的對數放大器能達到D1超過100分貝而D2在30分貝以下。除動態範圍外，對數放大器的主要指標還包括對數關係的準確度和頻率回響。

對數中頻放大器和對數射頻放大器，可用相同的方法獲得對數特性。

晶體二極體的PN結電壓（見固態電子器件）是結電流的對數函式，用它作為放大電路的負載或反饋元件可以使放大器具有對數幅度特性。使用這種方法雖然電路簡單，但通常只能達到小於50分貝的輸入動態範圍，而且放大器的頻帶受PN結電容的限制，不能太寬。利用多級放大器串聯或並聯相加形成近似對數放大特

性，可以獲得較好的結果。圖2是多級串聯相加對數放大器的框圖，其中每級都是一個線性-限幅放大器。當輸入信號弱時,放大器各級均不飽和，總增益最高。隨著輸入信號幅度的增大，從末級起各級放大器依次進入飽和狀態，總增益隨之降低。實用的對數放大器常用 4～10級限幅放大器組成。若規定放大器的動態範圍，較多的級數能達到的對數關係也較準確。

4.4.2 反對數放大器

4.4.3 用途

4.5 折線近似電路

4.5.1 稍有彎曲（折線電路）

4.5.2 折線電路的基本原理

……

第5章 運算放大器的各種使用方法

第6章 由集成運算放大器構成的電路實例

第7章 集成運算放大器的電路構成與原理及使用時的注意事項

附錄