集成电路原理及应用期末复习资料解析

1.什么是差动放大电路？什么是差模信号？什么是共模信号？差动放大器对差模信号和共模信
号分别起什么作用？
差动放大电路是把两个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相输入端，然后在输出端取出两个信号的差模成分，而尽量抑制两个信号的共模成分的电路。

共模信号：双端输入时，两个大小相同，极性相同的信号。

差模信号：双端输入时，两个大小相等，极性相反的信号。

对差模输入信号的放大作用、对共模输入信号的抑制作用
2.集成运放有哪几部分组成？各部分的典型电路分别是什么？
输入级、中间级、输出级、偏置电路四大部分组成
输入级的典型电路是差动放大电路, 利用它的电路对称性可提高整个电路的性能，减小温漂；
中间级的典型电路是电平位移电路, 将电平移动到地电平，满足零输入时零输出的要求；
输出级的典型电路是互补推挽输出放大电路，使输出级输出以零电平为中心，并能与中间电压放大级和负载进行匹配；
偏置电路典型电路是电流源电路，给各级电路提供合适的静态工作点、所需的电压
3.共模抑制比的定义？
集成运放工作于线性区时，其差模电压增益Aud与共模电压增益Auc之比
4.集成运放的主要直流参数：
输入失调电压Uos、输入失调电压的温度系数△Uos/△T、输入偏置电流、输入失调电流、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰--峰电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压
5.集成运放主要交流参数：
开环带宽、单位增益带宽、转换速率、全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。

6.理想集成运放的基本条件。

1.差模电压增益为无穷大
2.输入电阻为无穷大
3.输出电阻为0
4.共模抑制比CMRR为无穷大
5.转换速率为无穷大即Sr=00
6.具有无限宽的频带
7.失调电压·失调电流极其温漂均为0
8.
干扰和噪声均为0
7.理想集成运放的两个基本特性：虚短和虚断。

代表的实际物理意义。

其实，虚短和虚断的原因只有一个，那就是：输入端输入电阻无穷大。

虚短：集成运放两输入端的电位相等。

集成运放的两个输入端好像短路，但不是真正的短路，所以成为虚短，只有集成运放工作于线性状态时，才存在虚短
虚断：集成运放两输入端的输入电流为零。

由于集成运放输入电阻为无穷大，不可能吸收任何电流，就像输入端被剪断了，跟断路了一样。

但是绝对不是真的断路，这大概就是虚断的由来。

1. 集成运放的线性电路包含哪些？非线性电路又包含哪些？
线性电路包括：模拟集成电路的基本放大电路（反相放大器，同相放大器，差动放大器）积分电路，微分电路。

非线性电路包括：对数器和指数器，乘法器，二极管检波器和绝对值变换器，限幅器，二极管函数变换器，电压比较器
1. 什么是反相放大器？如何计算其输入电阻？放大比例？以及其电路图？ 输入电压和输出电压的相位相反。

2. 什么是同相放大器？如何计算其输入电阻？放大比例？以及其电路图？ 输入电压与输出电压极性相同。

3. 什么是反相加法器？放大比例？以及其电路图？ 输出电压与输入电压的极性相反。

试分析图1所示电路是什么电路，有何特点？图中设
3
4
21R R R R =。

（图1）
解：第一级运放为同相放大器。

对A 1：由“虚断”和“虚短”得 i 1=i 2，v -1=v +1=u 1i ，
则u 1i =
1211R R R u o +，即11
21)1(i o u R R
u +=，
对A 2：由“虚断”和“虚短”得 i 3=i 4，v -2=v +2=u 2i ， 则
4
2321R u u R u u o
i i o -=-，即1342
34)1(o i o u R R u R R u -+= 代入u 1o 得))(1(
123
4
i i o u u R R u -+=， 因两个输入信号均从同相端输入，所以输入阻抗比较高。

该电路为高输入阻抗的差动放大器。

电压比较的原理及其分类?
两个模拟电压比较，一个是待比较的模拟信号，另一个是门限电压或参考电压，他的比较结果是高低电平，即数字信号p92 单限电压比较器 迟滞电压比较器 窗口电压比较器 4. 单电压比较器的优缺点？
电路简单，灵敏度高。

但是抗干扰性差，如果Ui 的值恰好在门限电平附近的话，输出电压Uo 会由于温漂或外界的干扰而不断在高低电平间跳跃，对于系统极其不利
5. 迟滞电压比较器原理及其分析方法。

如何计算支持电压比较器的门限宽度？p95
具有正反馈电路，从而获得迟滞性，同时也加速了比较器的转换过程。

上门限电位和下门限电位，两者之差为门限宽度。

迟滞电压比较器也可理解为加正反馈的单限电压比较器 6. 什么是上行特性？什么是下行特性？
输入信号从反相端输入的为下行特性，输入信号从同相端输入的为上行特性 7. 什么是窗口电压比较器？p97
有上下两个门限电位，二者之差为门限宽度，门限宽度内为一种逻辑电平，门限宽度外又为另一种逻辑电平
求图3所示电路的增益A f ，并说明该电路完成什么功能。

解：该电路由两个集成运放构成，A1为主放大器接成反相运算放大器，A2为辅助放大器，A2也接成反相放大器，利用A2对A1构成正反馈，是整个电路向信号源索取的电流极少。

主放大器A 1：由“虚断”和“虚短”得
21R u R u o i -=
,则A f =121o o i i u u R
u u R ===- 辅助放大器A2的电压放大倍数：221222
2o o VF i o u u R
A u u R =
==- 该电路为自举电路，目的是提高电路的输入电阻。

由1i i
i i U U R I I I
=
=
- 由
12i o U U R R =-和321
2o U U
R R =-得32i U U = 所以 1i i
i U U I R R
=
- 因此1
1
i i i U RR R I R R =
=
- 当1R R =时，i R →∞，1I I =
求图4所示电路输出电压与输入电压的表达式，并说明该电路完成什么功能。

解：对A 1：由“虚断”和“虚短”得
R
u R u o i 1
1-=，即u 1o =-u 1i 。

A 1为倒相器 对A 2：由“虚断”和“虚短”得
f o
i o R u R u R u -=+2211则u o =)(2211i f o f u R R u R R +-，A 2为反相放大器
将u 1o =-u 1i 代入上式得u o =
22
11
i f i f u R R u R R -
故该电路为减法电路。

1. 什么是函数发生器？
函数发生器是一种多波形的信号源。

它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。

有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO 控制。

1. 滤波器的分类。

按元件分：有源，无源，陶瓷，晶体，机械，锁相环，开关电容 按信号处理方式：模拟、数字
按通频带分：低通、高通、带通、带阻 2. 集成有源滤波器的特点？
1．在制作截止频率或中心频率低的滤波器时，可做到体积小重量轻成本低 2.无须阻抗匹配 3.可方便制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器 4.采用集成电路，受环境因素的影响小 5.受电磁干扰影响小
6．实现滤波的同时，可得到一定的增益
7.若使用电位器，可变电容器等，可使滤波器的精度达到百分之0.5
8.采用集成电路，可避免个滤波节之间的负载效应而使滤波器的设计和计算大大简化，且易于
进行电路调试
3. 高通/低通/带通/带阻滤波器的定义？传输函数?幅频特性？ 高通：滤除低频信号，使高频成分通过 低通：滤除高频信号，使低频成分通过
带阻：阻滤波器是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波
器
如图6所示电路为积分反馈式微分电路，试分析此电路的工作原理，并写出传递函数的表达式。

解：对A 1：由“虚断”得 v -1=v +1
由“虚短”得
2
111R u v R v u o i -=
---，4
1234o R v u R R +=+ 又R 3=R 1，R 4=R 2 整理得2
21
()(()())o o i R u s u s u s R =
- 对A 2：由“虚断”和“虚短”得2()
1()o o u s u s SC R
=-
代入上式得
()2
12()A s ()o i u s R u s R R SCR
=
=-
+ A 1为差动放大器，A 2以A 1的输出为反相输入，经过积分放大后的输出电压在电阻R 4
上的分压作为A 1放大器的同相输入。

试分析如图3所示电路输出电压与输入电压之间的关系，并说明此电路在什么条件下能完成全
波整流功能，此电路有什么特点？
(习题3.7图) 解：对A 1：u i ≥0时，u -=u +=u i , VD 2导通，VD 1截止 , u 1o =u i
对A 2：u -=u +=u i 故流过R 2f 的电流为
零，故u o =u i
当u i <0时，VD 2截止,VD 1导通, 对A 1：u 1o =(1+
1
1R R f )u i , 对A 2：u -=u +=u i ，
2
21f i
o o i R u u R u u -=
- 此时u o =21
R （R 2+R 2f --1
1R R f 1）u i
当
21
R （R 2+R 2f 221
1f f f R R R R --）=-1时，完成全波整流功能；由于为同相输入，故该电 路输入电
阻较高。

3.8 设计一个能实现图4所示曲线的二极管函数变换器。

（习题3.8图）
页）
解：设计图为：（可参考课本P
88
如图6所示电路为集成块BG307专用电压比较器，画出其传输特性（常温下输出高电平为3.2V ，低电平为-0.5V ）。

（图3.10） 解：由“虚断”和“虚短”得
3
2R U U R U U o
i -=
-++ r U U U ==-+=3V
故o i U U 3
1
4-= 则：
()
()()
V U V U mh ml 16.45.03
1
493.22.33
1
4≈-⨯-=≈⨯-=
其传输特性如下所示：
求下图所示电路的输入阻抗，假定图中的集成运放满足理想条件。

（图4.1）
解：
o o
o
i
i
i i SC U U R U U I U Z 1∙
∙
∙
∙
∙∙
-'+
'=
=
又''
'1o i i o o s U U U U U I R SC R --=+=
，i o U U = 则'00o s
i o s s
R SCR R U U R SCR R R +=
++
将上式代入，则'01
i i i s o s s U U I U R R SCR R R -==++
因此 0110000100i
i o
s s i
U Z R S C R R R j I ω=
=++=+ 4.2 求下图所示电路的输入阻抗，假定图中的集成运放满足理想条件。

（图4.2） 解：
整体有：
SC
I U U i
o i 12
=
-∙
∙
∙ 对2A 有：
1222210o o o o U a U R
a U R U -=⇒-= 对1A 有：
i o i
o i U a U a R U U R U 1111)
1(=⇒--= 以上各式联立得：
()C
a a j I U i
i ω211(1
+=
∙
∙
s R
10k Ωo
R 100k Ωi
Z o
C 0.1μF A
求如图3所示电路的输入阻抗，并说明其性质，假定图中的集成运放满足理想条件。

(图4.3） 解：对于A 1有：
∙
-∙∙==i O U U U 1
对于A 2有：
()o o U R R U ∙∙
=-211
则U o =∙
-i U R R 1
2﹍① 整体有：
SC
I U U i
o
i 1
=
-∙
∙
∙
﹍② ①②联立整理得：
⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛+=
⎪
⎪⎭⎫ ⎝
⎛+=
=
∙
∙
12121111R R c j R R SC I U Z i
i ie ω
则该电路输入端等效为一电容，等效的电容值为⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+
='121R R C C 该电路为电容倍增器，通过改变
1
2
R R 的值，以及C 的大小，可得到任意大小的电容值。

4.12 A/D 转换器的主要技术指标有哪些？D/A 转换器的技术指标有哪些？设某DAC 有二进制14位，满量程模拟输出电压为10V ，试问它的分辨率和转换精度各为多少？ 答：A/D 转换器的主要技术指标有：
①分辨率；②量程；③精度；④转换时间和转换率；⑤输出逻辑电平；⑥对参考电压的 要求。

D/A 转换器的技术指标有：①分辨率；②转换精度；③偏移量误差；④线性度；⑤输入编码方式；⑥输出电压；⑦ 转换时间。

分辨率为10V ×214-≈610.4μV ；
转换精度为2
1
LSB=305.2μV 。

某一控制系统要使用D/A 转换器，要求该D/A 转换器的精度小于0.25%，那么应选择多少位的D/A 转换器？
解：转换精度a=2
1LSB ，又LSB=b ×2n
-（b 为量程，n 为位数）
则21b ×2n
-/b<0.25% 得n ≥8
11位A/D 转换器分辨率的百分数是多少？如果满刻度电压为10V ，当输入电压为5mV 时，写出其输出的二进制代码。

解：2
11
-×100%≈0.49% 因此A/D 转换器的分辨率为10V 0.49%=4.9mV ⨯
因此当输入电压为5mV 时，二进制代码为000 0000 0000b
如图1所示，当分别取如下两组参数时，试分别求出该电路的G 0，n ω，ξ等参数。

（1）R 1=R 2=24k Ω，C 1=940pF ，C 2=470pF ，R=∞。

（2）R 1=7.3k Ω，R 2=39.4k Ω，C 1=C 2=0.047μF ，R=4k Ω，R f =20k Ω。

(图6.4） 解：由电路得：()2
2111211112221211,1
,1C R C
R G C R C R C R C R C C R R W R
R G o n f o --+=
=
+
=ξ 则当取⑴参数时：1≈o G
()()4.112
,
/107.6212
11232
12
1≈--=⨯≈=
C C
G C C s rad C C R W o n ξ
当取⑵参数时：64
20
1=+
=o G ，(),/106.12541
32
121s rad C C R R W n ⨯≈=
()6.012
12112≈--+=
R R G R R R R o ξ
成都理工大学信息科学与技术学院
11 设计一个一阶高通滤波器，其截止频率为2kHz 。

要求画出电路图，写出传递函数的表达式。

解：电路图如下所示：
其传递函数为：
()S W G S G c o +=
1 又c f =2KHZ ，则1
11C R W C ==12.56(rad/s) 令21-=-=R R G f
o , 取C 1=0.1μF
则R 1=796.18Ω，R f =1592.36Ω
6.7 设计一个二阶低通滤波器，其截止频率为10kHz 。

要求画出电路图，选择集成电路芯片的型号和各种元器件的参数值。

解：电路图如下所示：
选择巴特沃斯型滤波器
则()1414.12++=S S G S G o
又
KHZ RC
f c 1021=∏= 令R 1=R 2=R, C 1=C 2=C 取C=0.1μF 则
R=160Ω，
又414.13=-=o G ξ，则o G =1.586 又R R G f o +
=1 取R f =58.6K Ω,则R=100K Ω。