模拟电路原理、设计及应用_王鲁云,于海霞,李美花_9787302472469

模拟电路原理、设计及应用

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丛书名：全国普通高校电子信息与电气学科基础规划教材

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     本书是以工程型人才培养为目标, 注重模拟电路基本原理和应用方法学习的一本基础性教材。全书共分为十章, 内容包括: 绪论、半导体二极管及其基本电路、双极结型晶体管原理及放大电路、场效应管及其放大电路、集成运算放大器、功率放大电路、信号运算电路、反馈、信号处理电路与信号产生电路、直流电路。

“模拟电路”是从事电子科学与技术、信息与通讯工程、控制科学与工程、计算机科学与技术等领域工作的工程技术人员，在学习电路应用与设计时的一门重要基础课。本书是在全体编者总结长期从事模拟电路理论及实践教学经验、并对之前参加编写的《模拟电路分析与设计》教材进行充分总结基础上进行再次改编而成的。

为了适应工程型人才培养的特点，以及让模拟电路充分发挥出专业基础教学的重要功能，本书十分重视把先修课程“电路分析”中的许多重要概念和分析方法，以具体工程问题运用实例的形式在模拟电路的分析中加以强化和展示，使读者在对模拟电路有更好认识理解的同时，还能够更加透彻灵活理解和运用电路分析理论、提高在更一般的电子工程领域中电路分析的能力。结合以上所述，本书主要具有以下方面特点。

1. 弱化半导体物理方面的介绍，强化理解如何基于非线性器件实现信号放大的一般原理和基本概念。

2. 在关于BJT管放大电路介绍中，与一般教学策略不同，本书先通过对BJT管的基本特性和静态参数及参数波动区间分析的学习，然后再介绍信号的耦合和响应的分析方法。先从读者较为熟悉的直流分析入手帮助加深理解BJT特性，通过分析电路参数的波动区间为动态分析铺垫基础，最后再从基于信号偶合输入和偶合输出可能的几种方法上，对其交流特性进行分析，此种教学方法在实践中取得了较好的效果。

3. 注意更多地引入如何进行放大电路参数设计方面的介绍，弥补许多教材在此方面的相对不足。

4. 较充分地兼顾工程型教学层面中研究能力相对偏弱的特点，在课后习题的设计编排上，注意尽可能将问题以各种大类进行分类，通过对各种大类问题采取概念、判断、分析和计算这样的问题分解过程，先帮助解决怎么分析问题，然后再帮助怎么计算，循序渐进地引导学生逐步深入掌握解题方法。

5. 培养良好的阅读习惯和能力是学生学习能力培养的重要手段和体现。为了较好地适应工程型教学层面学生阅读和自学能力培养的需要，本书在语言风格上力争做到描述细致、通俗易懂，在涉猎的知识面上以能够构成适应工程需求的、基本的模拟电路知识体系框架为限，而不对问题进行更多和更深入的探讨，以保证对于一般读者的可读性。

　　“模拟电路”是从事电子科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程、计算机科学与技术等领域工作的工程技术人员，是习电路应用与设计时的一门重要基础课。本书是在全体编者总结长期从事模拟电路理论及实践教学经验，并对之前参加编写的《模拟电路分析与设计》教材进行充分总结基础上进行再次改编而成的。

　　作为模拟电子电路课程的基础，本书以研究微变信号的放大为核心任务，以BJT管和FET管为基本器件，以研究和掌握与之相关的各种问题和概念为主要学习对象，以能够满足一般工程应用需求为基本目标进行研究分析，并在此基础上引申到基于电子系统环境下的反馈理论、集成运放性能及运用、信号变换与处理以及电源系统的学习。

　　为了适应工程型人才培养的特点，以及让模拟电路充分发挥出专业基础教学的重要功能，本书十分重视把先修课程“电路分析”中的许多重要概念和分析方法，以具体工程问题运用实例的形式在模拟电路的分析中加以强化和展示，使读者在对模拟电路有更好认识理解的同时，还能够更加透彻灵活地理解和运用电路分析理论，提高在更一般的电子工程领域中电路分析的能力。结合以上所述，本书主要具有以下5个特点。

　　（1）弱化半导体物理方面的介绍，强化理解如何基于非线性器件实现信号放大的一般原理和基本概念。

　　（2）在关于BJT管放大电路介绍中，与一般教学策略不同，本书先通过对BJT管的基本特性和静态参数及参数波动区间分析的学习，然后再介绍信号的耦合和响应的分析方法。先从读者较为熟悉的直流分析入手帮助加深理解BJT特性，通过分析电路参数的波动区间为动态分析铺垫基础，最后再从基于信号耦合输入和耦合输出可能的几种方法上，对其交流特性进行分析，此种教学方法在实践中取得了较好的效果。

　　（3）注意更多地引入如何进行放大电路参数设计方面的介绍，弥补许多教材在此方面的相对不足。

　　（4）较充分地兼顾工程型教学层面中研究能力相对偏弱的特点，在课后习题的设计编排上，注意尽可能将问题以各种大类进行分类，通过对各种大类问题采取概念、判断、分析和计算这样的问题分解过程，先帮助解决怎么分析问题，然后再帮助怎么计算，循序渐进地引导学生逐步深入掌握解题方法。

　　（5）培养良好的阅读习惯和能力是学生学习能力培养的重要手段和体现。为了较好地适应工程型教学层面学生阅读和自学能力培养的需要，本书在语言风格上力争做到描述细致、通俗易懂，在涉猎的知识面上以能够构成适应工程需求的、基本的模拟电路知识体系框架为限，而不对问题进行更多和更深入的探讨，以保证对于一般读者的可读性。

　　本书内容可分为以下五大部分，建议教学用时在64~80学时之间：第一大部分（第2~4章）是模拟电路核心器件基本特性和应用电路的分析研究；第二大部分（第5、6章）是以改善某关键技术指标为关注点的放大电路改进研究；第三大部分（第8章）是放大电路系统性能改善的研究；第四大部分（第7、9章）是集成放大电路系统的应用介绍；第五大部分（第10章）是模拟电路应用的基本单元——电源部分。

　　参加本书编写工作的有王鲁云（第1、2、3、5章）、于海霞（第7、9章）、李美花（第4、6章）、许少娟（第8、10）章，陶秀兰在第1、2、3章中协助做了许多整理工作并提出了一些较好的修改意见，全书由王鲁云统稿并最终定稿。

　　由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，请读者不吝指正。

　　编者

　　2017年6月

　　第5章集成运算放大器

　　集成运算放大器(简称集成运放)是采用微电子技术将许多电子器件制作在一块硅片上的高度微缩化的电路，与分立元件电路相比，集成电路在设计理念、电路结构、设计方法、可靠性和稳定性等方面都具有很多优越性。

　　本章首先介绍构成运算放大器的主要单元电路——差分放大器和电流源电路的工作原理和结构特点，并对它们的性能和参数进行详细分析，最后介绍典型的集成运算放大器电路实例。本章重点讨论BJT集成运放电路，MOS集成运放电路工作原理及分析方法与之完全相同，读者可自行对比了解。

　　5.1概述

　　集成电路与分立元件电路相比具有体积小、质量轻、功耗低、工作可靠、性能指标高等优点，广泛运用于信号的产生、运算、变换等方面，因此在自动控制、测量仪表等领域具有极其广泛的应用。集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，集成运算放大器是模拟集成电路的一种，它的设计目标是尽可能满足在各种情况下对信号放大有最灵活的实用性，具有极高的电压增益、极高的输入阻抗和较低的输出阻抗，在电路结构上集成运算放大器采用了同相和反相两个输入端的设计，使运算放大器使用非常灵活，得到广泛应用。

　　集成运算放大电路由差分放大电路、电流源、中间放大和输出电路等几部分组成，其中电流源提供整个电路的偏置电流，并作为放大器的有源负载；差分放大电路作为集成运放的输入级，用于抑制零点漂移。本章主要介绍差分放大电路、电流源电路及这两种电路的工作原理，然后介绍典型运放电路、性能指标及模拟集成运放的电路模型。

　　5.2差分放大器

　　5.2.1基本差分放大器

　　1. 交流耦合放大器存在的问题

　　在前面学过的每个单级放大电路的输入和输出端上，都要加一个如图5.2.1所示的耦合电容(或是耦合变压器)，这类放大电路统称为交流放大器。

　　图5.2.1阻容耦合电路

　　示意图

　　交流放大器只传递交流信号而不传递直流信号，这样可避免放大器的输入端或输出端在接入其他电路时，因构成新的直流通路而破坏本级静态工作点的情况，以达到本级放大电路静态工作点参数不受接入前后级电路带来影响的目的。

　　但交流放大器对于几十赫兹以下的缓变信号(如温度信号)或直流信号，会因耦合电容的容抗太大而无法传输信号，这对于含有直流信号的放大是严重问题。另一方面，对于集成电路芯片来讲，制作一个晶体管所占面积相对较小，而制作几百皮法以上的耦合电容，就会因占用面积相对较大而显得很不经济，至于电感线圈则就变得更无法想象。为此人们开始研究不采用交流耦合器件，而是通过适当地增加晶体管使用数量和改变电路结构的方法，实现能将包含直流信号在内的各种信号进行传输放大的电路——直接耦合放大器(也叫直耦放大器或直流放大器)，以解决上述提及的各种问题。

　　设计直接耦合放大器存在的最大问题就是需要解决BJT受温度变化影响产生工作点漂移而带来的输出误差(一般被称为温漂或零点漂移)。

　　在图5.2.2的电路中，当去掉A、B之间的交流耦合器件而改用导线直接耦合的话，T1管的温漂信号ΔUC1不再局限于本级电路,而会传递到T2基极，对T2的基极电流造成影响。以此类推，对多级直接耦合放大电路来说，第一级产生的微弱温漂信号就有可能在末级产生非常大的漂移电压，造成放大器无法正常工作，这成为直接耦合放大器必须克服的关键问题。

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