第3章集成电路运算放大电路

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电子线路基础(梁明理)第3章

第3章集成运算放大电路
3.4 基本运算电路 3. 积分电路
v1 i1 = = iC R1
iC = −C
dvo dt
1 1 vo =- ∫ iC dt = ∫ vi dt C R1C
第3章集成运算放大电路
3.4 基本运算电路 4. 微分电路
vo =-iR = − RC dvi dt
第3章集成运算放大电路
第3章集成运算放大电路
3.1 集成运放的基本单元电路
集成运放是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。集成运放是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
vo = Avo (vP − vN )
第3章集成运算放大电路
输入级
3.1 集成运放的基本单元电路
第3章集成运算放大电路
中间级
3.1 集成运放的基本单元电路
第3章集成运算放大电路
3.3 集成运放的基本电路 2. 同相放大电路
vP = vi
vn = R2 R1
R1 vo R1 + R2
Av = 1 +
第3章集成运算放大电路
3.3 集成运放的基本电路 3. 差分输入放大电路
vi1 − vn vi1 − vo = R1 R2 R2 vp = vi2 R1 + R2
R p =R1 // R2 // R3 // R4 ≈ 1.3kΩ
R4 R4 =5 R1 = = 20kΩ R1 5 R4 R4 =0.2 R3 = = 500kΩ R3 0.2
第3章集成运算放大电路
习题课
vI1 − vp R1 vI2 − vp R2 vI3 − vp R3
&# vI2 vI3 vp + + = + + R1 R2 R3 R1 R2 R3 令Rp = R1 // R2 // R3

电子技术基础教学课件——第三章集成电路运算放大电路

RC2 ，βl =β2等)。电路中有两组电源VCC ，和VEE。两个三
极管的发射极连接在一起，并接了一个恒流源，它提供恒定的发射极电流I0 。这个电路有两个输入端和两个输出端，称为双端输入、双端输出差动放大电路。差动放大电路没有耦合电容，是直接耦合放大电路。
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3.1 差分放大电路
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3.2集成运算放大电路简介
集成运放具有可靠性高、使用方便、放大性能好(如极高的放大倍数、较宽的通频带、很低的零漂等)等特点。随着技术指标的不断提高和价格日益降低，作为一种通用的高性能放大器，目前已广泛应用在自动控制、精密测量、通信、信号运算、信号处理、波形产生及电源等电子技术应用的各个领
3.2.2集成运放的组成及各部分的作用
集成运放有两个输入端，一个称为同相输入端，一个称为反相输入端；一个输出端；符号如图3-4(a)所示。图中，带“-”号的输入端称为反相输入端，带“+”号的输入端称为同相输入端，三角形符号表示运算放大器。“∞”表示开路增益极高。它的三个端分别用U- 、U+ 和UO 来表示。一般情况下可以不画出电源连线。其输入端对地输入，输出端对地输出。
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3.2集成运算放大电路简介
1．输入级输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大电路。输入级
的好坏影响着集成运放的大多数参数。 2．中间级中间级是整个电路的主放大器，主要功能是获得高的电压放大
倍数。 3．输出级输出级应具有输出电压范围宽，输出电阻小，有较强的带负载
能力，非线性失真小等特点。 4．偏置电路
图3—3是半导体硅片集成电路放大了的削面结构示意图。它把小硅片电路及其引线封装在金属或塑料外壳内，只露出外引线。

集成运算放大电路教学课件PPT

Rc
Rb
VO1
VO2T1
Rb
+
+
Vi1
T1
Rw
1/2TR2 w
Vi2
2Re
－
Re
－ Ee
－
－ Ee
IB·Rb + VBE +（1+β）IB（1/2Rw+2·Re）= Ee
IBQ=
Ee－ VBE Rb +（1+β）（1/2Rw+2·Re）
VBQ=－IBQ·Rb
ICQ = β·IBQ
VCQ = EC－ ICQ·RC
读图就是对电路进行分析。读图可培养综合应用的能力；进一步熟悉已知电路；认识和学习新电路。
1、读图的步骤与方法
① 化整为零
将整个电路分成若干个部分。零越大越好，最小值为单级电路。
② 各个击破
弄清每部分电路的结构和性能，进一步化整为零，弄清每个元件和电路的功能。
③ 统观整体
研究各部分之间的相互关系，理解电路如何实现所具有的功能。
提高共模抑制比的主要途径是增加Re的值。
三、差分放大电路的四种接法
1 、四种接法
双端输入——双端输出双端输入——单端输出
单端输入——双端输出单端输入——单端输出
注意
◆各种接法的实际应用
◆只要输出端形式相同，双端输入的结论全部适用于单端输入。
◆电路的输入、输出电阻
Rid = 2
·Ri
= 2〔Rb+rbe+（1+β）
AC = －
β· （RC// RL）
Rb+rbe+（1+β）（
1 2
RW
+2 Re）

第三章差动放大电路及集成运算放大器第一节差动放大电路

温漂严重干扰了放大器的工作，会引起输出信号失真，严重时会把有用信号完全淹没。这是直流放大器必须克服的问题。实用中常采用多种补偿措施来抑制温漂，其中最为有效的方法是使用差动放大电路。该电路也是集成运算放大器的输入级电路。
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计和调整带来诸多不便。

电工与电子技术第三章集成运算放大器及其应用

各级工作点相互影响适于放大直流或变化缓慢的信号电压放大倍数为各级放大倍数之积零点漂移
零点漂移---当输入信号为零时，输出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动，这种现象叫零点漂移。
产生原因---温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等。
第一级产生的零漂对放大电路影响最大。
∴ i 1＝ i f
即 ui/R1=－uo/ Rf
uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电压变化方向相反。
电路中引入深度负反馈，闭环放大倍数Auf 与运放的Au无关，仅与R1、Rf 有关。
当R1＝Rf 时， uo＝－ui ，该电路称为反相器。 R2－－平衡电阻同相端与地的等效电阻。其作用是保持输入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。
共模信号－－极性相同，幅值相同的信号。
u i1= u i2
差模输入（信号）
ui1 ui2 ui 2
IC1 IC2
UCE1 UCE2 u0 UCE1 Δ UCE2 2 UCE1
Ad 2 UCE1 / ui 2 UCE1 / 2ui1 UCE1 / ui1
i3 ui3 R3
i f u0 Rf
ui1 R1 i1
Rf if
ui2 R2 i2 ui3 R3 i3
－＋＋∞
uo
RP
u0 ui1 ui 2 ui 3 R f R1 R2 R3
uo R f ( ui1 ui2 ui3 ) R1 R2 R3
若 R1 R2 R3 R f
AOUi
uo
I－≈I+ ≈0
二、Rf if
ui R1 i1 R2

第3章-集成电路运算放大电路精选全文完整版

uo
( u i1 R1
RF
ui2 R2
RF
ui3 R3
RF )
请看例题
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3.3 集成运算放大器的基本运算电路
3.3.4 减法运算电路
减法运算电路是指输出电压与多个输电压和差值呈比例的电路，常用差动输入方式来实现。如图3－9所示。
uo
uo
uo
RF R1
u i1
(1
RF R1
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3.1 差分放大电路
2．产生零点漂移的原因产生零点漂移的原因有电源电压的波动、温度变化、元器件老化等，其中温度变化是产生零漂的最主要的原因，因此，也称为温度漂移。
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3.1 差分放大电路
3．抑制零点漂移的措施 (1)选用稳定性能好的高质量的硅管。 (2)采用高稳定度的稳压电源可以抑制电源电压波动引起的零漂。 (3)利用恒温系统来减小温度变化引起的零漂。 (4)利用两只特性相同的三极管组成差动放大器，它可以有效地抑制零漂。
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3.2集成运算放大电路简介
3．2．4 集成运放的种类
1．通用型 2．低功耗型 3．高精度型 4．高阻型
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3.2集成运算放大电路简介
3.2.5 理想运算放大器
1.理想集成运放的特性
（1）开环电压放大倍数Aod = ∞ ；（2）差模输入电阻rid = ∞ ；（3）输出电阻ro =0；（4）共模抑制比KCMR = ∞ ；（5）输入偏置电流IB1 =IB2 =0。
的相位相同，即必须A 是F正反2馈n。
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3.4集成运算放大器的应用
2.正弦波振荡电路

集成运算放大电路

功耗
描述放大电路在工作过程中消耗的能量，包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同频率下的电压增益来计算开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和功耗特性，包括电源电压、静态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输入信号之间的线性关系，包括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的精度和稳定性，包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下的响应速度和带宽范围，包括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分输入的电压信号转换成单端输出的电压信号，并实现电压放大的集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、低失真度、低噪声等优点，广泛应用于信号放大、运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式，将两个输入端之间的电压差作为输入信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制，通过反馈网络将输出信号的一部分反馈到输入端，以改善电路的性能。

电子线路第3章_集成电路和运算放大器

输出级一般由共集电极电路组成。它的作用有两个：一是对信号进行功率放大；二是与负载有效的连接。
电源及偏置为电路提供能量；并保证各放大器能正常工作。
2020/5/5
3.2.1 差分放大电路的工作原理
1. 差分放大器的基本信号差模输入信号就是指差分放大器两个输入端的输入信号
为一对大小相等，极性相反的输入信号电压，id1 id2
第3章集成电路与运算放大器
集成电路是20世纪60年代初期发展起来的，采用一定的制造工艺将晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等许多元器件组成的具有特定功能的电路制作在同一块半导体基片上，然后加以封装所构成的半导体器件，由于其集成度高、体积小、功能强、功耗低、外部的连线及焊点少，大大提高了电子设备的可靠性和灵活性，是元器件、电路与系统的高度融合。集成电路根据功能来划分有模拟集成电路和数字集成电路。
2020/5/5
3.2.2 差分放大电路的基本性能分析
( 3)差模电压增益
差模电压增益是指差分放大器的差模输出电压对差模输入电压的比值
A dodid o1 d id 1
od o1 do2 d2o1 d
i di1 di 2 d2i1 d
Ad
RL'
Rs rbe
2020/5/5
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3.2.1 差分放大电路的工作原理
当在两个输入端各加入一个大小相等，极性相同的信号电压υic1＝υic2＝υic时，两管的输入电压同时增加或同时减小，两管相应的输出电流也同时增加或者同时减小，双端输出的共模电压为
即输入共o模c 信号o时1c ，由o于2 c电路0的对称性且采
iE 1 iE 2IC1Q IC2 Q 2 iC
I0 2iC

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3.2集成运算放大电路简介
2.理想集成运放的两个重要结论
(1)因rid→∞有i+≈i-≈0，即理想运放两个输入端的输入电流近似为零。 (2)因Auo→∞，故有u+≈u-即理想运放两个输入端的电位近似相等。
请看动画
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3.2集成运算放大电路简介
3.集成运放的传输特性
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3.1 差分放大电路
3.动态特性
(1)差模特性电路的两个输入端各加上一个大小相等、极性相反的电压信号，称为差模输入方式。此时，uIl =uI /2，uI2 = - uI /2，若用uID 表示差模输入信号，则有uID =uI1 –uI2。在差模输入信号作用下，差动放大电路一个管的集电极电流增加，而另一管的集电极电流减少，使得uO1 和uO2 以相反方向变化，在两个输出端将有一个放大了的输出电压 uO 。这说明，差动放大电路对差模输入信号有放大作用。
1．通用型 2．低功耗型 3．高精度型 4．高阻型
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3.2集成运算放大电路简介
3.2.5 理想运算放大器
1.理想集成运放的特性
（1）开环电压放大倍数Aod = ∞ ；
（2）差模输入电阻rid = ∞ ；（3）输出电阻ro =0；
（4）共模抑制比KCMR = ∞ ；
（5）输入偏置电流IB1 =IB2 =0。
请看例题
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3.3集成运算放大器的基本运算电路
3.3.2 同相比例运算电路
如图3－7所示，输入信号ui经外接电阻R2送到同相输入端，而反相输入端通过电阻R1接地。反馈电阻RF跨接在输出端和同相输入端之间，形成电压串联负反馈。
uo R 1 F ui R1 输出电压与输入电压也是一种比例运算关系，或者说是比例放大的关系。同相输入比例放大电路的闭环电压放大倍数也仅与外部电阻R1和RF的比值有关，而与运算放大器本身的参数无关。 Auf
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3.2 集成运算放大电路简介
集成运放具有可靠性高、使用方便、放大性能好(如极高的放大倍数、较宽的通频带、很低的零漂等)等特点。随着技术指标的不断提高和价格日益降低，作为一种通用的高性能放大器，目前已广泛应用在自动控制、精密测量、通信、信号运算、信号处理、波形产生及电源等电子技术应用的各个领域。图3—3是半导体硅片集成电路放大了的削面结构示意图。它把小硅片电路及其引线封装在金属或塑料外壳内，只露出外引线。
请看动画（方波放大电路及其零点漂移现象
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图3-2 基本差动放大电路
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图3-3 集成电路剖面结构示意图
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图3-4 集成运放的符号及内部电路框图
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图3－5 集成运放的传输特性曲线
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图3－6 反相比例运算电路
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3.2集成运算放大电路简介
1．输入级输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大电路。输入级的好坏影响着集成运放的大多数参数。 2．中间级中间级是整个电路的主放大器，主要功能是获得高的电压放大倍数。 3．输出级输出级应具有输出电压范围宽，输出电阻小，有较强的带负载能力，非线性失真小等特点。 4．偏置电路偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。
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3.1 差分放大电路
4.共模抑制比
Ad Ac
K CMR
K CMR
Ad 20 lg Ac
(dB)
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3.1 差分放大电路
5.抑制零点漂移
在差动放大电路中，温度或电源电压的波动，会引起两管集电极电流相同的变化，其效果相当于共模输入方式。由于电路元器件的对称性及发射极接有恒流源，在理想情况下，可使输出电压保持不变，从而抑制了零点漂移。当然，实际上要做到两管电流完全对称和理想恒流源是比较困难的，由于实际的电路元器件存在微小的不对称，造成差动放大电路静态时的输出电压不为0。但是，可以在差动放大电路中加上调零电路使静态时的输出电压为0。
3.4.1 积分和微分运算电路
1．积分运算电路
将反相输入比例运算电路的反馈电阻RF用电容C替换，则成为积分运算电路，如图3－10所示。
uo 1 u i dt RC
输出电压与输入电压对时间的积分成正比。
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3.4集成运算放大器的应用
2.微分运算电路
将积分运算电路的R、C位置对调即为微分运算电路，如图3-11所示。
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3.4集成运算放大器的应用
2.正弦波振荡电路
（1）振荡电路的组成 ①放大电路：由三极管、场效应管、运放等构成的各种基本放大电路。 ②选频网络：有LC选频网络、RC选频网络等，这部分决定了正弦波发生器的振荡频率。 ③反馈网络：有变压器反馈、LC反馈网络、RC反馈网络及其组合电路。
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3.4集成运算放大器的应用
（2）正弦波振荡器的分类根据选频网络的不同，可将振荡器分为RC振荡器(振荡频率范围为几十赫兹至几十千赫兹)；LC振荡器(振荡频率的范围为几千赫兹至几百千赫兹 )；石英晶体振器（约为兆赫兹数量级）。每一类电路中，放大电路和反馈网络又可采用各种不同的电路形式。
电子技术基础
第3章集成运算放大电路
目录
• • • •
3.1 3.2 3.3 3.4
差动放大电路集成运算放大电路简介集成运算放大器的基本运算电路集成运算放大器的应用
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3.1 差动放大电路
3.1.1 零点漂移
1．零点漂移现象当放大电路处于静态时，即输入信号电压为零时，输出端的静态电压应为恒定不变的稳定值。但是在直流放大电路中，即使输入信号电压为零，输出电压也会偏离稳定值而发生缓慢的、无规则的变化，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。如图 3-1(a) 所示直接耦合放大电路，即使将输入端短路，在其输出端也会有变化缓慢的电压输出，即 Ui ＝0，U00。
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3.3集成运算放大器的基本运算电路
3.3.3 加法运算电路
如果在反相比例运算电路的输入端增加若干输入电路，如图3－8所示，则构成反相加法运算电路。
ui1 ui 2 ui 3 u o ( RF RF RF ) R1 R2 R3
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3.3 集成运算放大器的基本运算电路
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3.1 差分放大电路
(2)共模特性电路的两个输入端各加上一个大小相等、极性相同的电压信号，称为共模输入方式。此时，uIl =uI2 =uI /2，若用uIC表示共模输入信号，则有uIC =( uIl +uI2)/2。在共模信号作用下，由于电路参数对称，两管集电极电流的变化是大小相等、方向相同，因此uO1 和uO2 相等，输出端uO =uO 1 -uO2 =0。这说明，差动放大器电路对共模输入信号没有放大作用，起抑制作用。
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3.1 差分放大电路
3.1.2 差动放大电路
1.电路组成
图3-2是一个基本差动放大电路，它由两个特性相同的三极管VT1和VT2组成对称电路，电路参数均对称(比如RCl = RC2 ，β l =β 2等)。电路中有两组电源VCC ，和VEE。两个三极管的发射极连接在一起，并接了一个恒流源，它提供恒定的发射极电流I0 。这个电路有两个输入端和两个输出端，称为双端输入、双端输出差动放大电路。差动放大电路没有耦合电容，是直接耦合放大电路。
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3.3集成运算放大器的基本运算电路
3.3.1 反相比例运算电路
如图3－6所示，输入信号ui经外接电阻R1送到反相输入端，而同相输入端通过电阻R2接地。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间，形成电压并联负反馈。
uo RF Auf ui R1
输出电压与输入电压是一种比例运算关系，或者说是比例放大的关系，比例系数只取决于RF与RL的比值，而与集成运放本身的参数无关。
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3.2集成运算放大电路简介
3.2.3 集成运算放大器的主要参数
1.最大输出电压Uopp 2.开环电压放大倍数Auo 3.输入失调电压Uio 4.输入失调电流Iio 5.输入偏置电流IB 6.最大共模输人电压UICM
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3.2集成运算放大电路简介
3．2．4 集成运放的种类
iC C duc du C i dt dt
输出电压与输电压对时间的微分成正比。
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3.4集成运算放大器的应用
3.4.2 电压比较器
电压比较器的基本功能是对输入端的两个电压进行比较，判断出哪一个电压大，在输出端输出比较结果。输入端的两个电压，一个为参考电压或基准电压UR，另一个为被比较的输入信号电压Ui。作为比较结果的输出电压U0，则是两种不同的电平，高电平或低电平，即数字信号1或0。
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3.2集成运算放大电路简介
3.2.1 集成运算放大器的特点：
1．集成运放采用直接耦合方式，是高质量的直接耦合放大电路。 2 ．集成运放采用差动放大电路克服零点漂移。由于在很小的硅片上制作很多元件，所以可使元件的特性达到非常好的对称性，加之采用其它措施，集成运放的输入级具有高输入电阻、高差模放大倍数、高共模抑制比等良好性能。 3 ．用有源元件取代无源元件。用电流源电路提供各级静态电流，并以恒流源替代大阻值电阻。 4．采用复合管以提高电流放大系数。
表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性曲线，如图3-5所示，可分为线性区和非线性区。 (1)线性区工作在线性区时，UO和Ui是线性关系，即 UO=AodUi=Aod（U- -U+） (2) 非线性区集成运算放大器工作在非线性区时，这时输出电压只有两种可能。当U- ＞U+时，UO=-UOm 当U- ＜U+时，UO=+UOm 此时虚短原则不成立，U- ≠U+，虚断原则仍然成立，即有I- =I+= 0。