電子線路高教第四電子課件五

6.2集成運(yùn)放性能參數(shù)及對(duì)應(yīng)用電路的影響6.4集成電壓比較器*6.3高精度和高速寬帶集成運(yùn)放6.1集成運(yùn)放應(yīng)用電路的組成原理第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路6.1集成運(yùn)放應(yīng)用電路的組成原理根據(jù)集成運(yùn)放自身所處的工作狀態(tài)，運(yùn)放應(yīng)用電路分：線性應(yīng)用電路和非線性應(yīng)用電路兩大類。線性應(yīng)用電路-+AZ1Zfvovs1vs2iZ1或Zf采用非線性器件(如三極管)，則可構(gòu)成對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、乘法、除法等運(yùn)算電路。Z1或Zf采用線性器件(R、C)，則可構(gòu)成加、減、積分、微分等運(yùn)算電路。組成：集成運(yùn)放外加深度負(fù)反饋。因負(fù)反饋?zhàn)饔?，使運(yùn)放小信號(hào)工作，故運(yùn)放處于線性狀態(tài)。

第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路非線性應(yīng)用電路-+AvOvIVREF組成特點(diǎn)：運(yùn)放開環(huán)工作。

由于開環(huán)工作時(shí)運(yùn)放增益很大，因此較小的輸入電壓，即可使運(yùn)放輸出進(jìn)入非線區(qū)工作。例如電壓比較器。6.1.1集成運(yùn)放理想化條件下兩條重要法則理想運(yùn)放

失調(diào)和漂移0

推論因則因則第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路說明：相當(dāng)于運(yùn)放兩輸入端“虛短路”。虛短路不能理解為兩輸入端短接，只是(v–-

v+)的值小到了可以忽略不計(jì)的程度。實(shí)際上，運(yùn)放正是利用這個(gè)極其微小的差值進(jìn)行電壓放大的。同樣，虛斷路不能理解為輸入端開路，只是輸入電流小到了可以忽略不計(jì)的程度。相當(dāng)于運(yùn)放兩輸入端“虛斷路”。實(shí)際運(yùn)放低頻工作時(shí)特性接近理想化，因此可利用“虛短、虛斷”運(yùn)算法則分析運(yùn)放應(yīng)用電路。此時(shí)，電路輸出只與外部反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)，而不涉及運(yùn)放內(nèi)部電路。第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路集成運(yùn)放基本應(yīng)用電路反相放大器-+AR1Rf+-vsvoifi1類型：電壓并聯(lián)負(fù)反饋

因則反相輸入端“虛地”。因則由圖輸出電壓表達(dá)式：輸入電阻輸出電阻因因深度電壓負(fù)反饋第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路同相放大器-+AR1Rf+-vsvoifi1類型：電壓串聯(lián)負(fù)反饋

因則注：同相放大器不存在“虛地”。因由圖輸出電壓表達(dá)式：輸入電阻輸出電阻因深度電壓負(fù)反饋因則第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路同相跟隨器-+A+-vsvo由圖得因由于所以，同相跟隨器性能優(yōu)于射隨器。歸納與推廣當(dāng)R1、Rf為線性電抗元件時(shí)，在復(fù)頻域內(nèi)：反相放大器同相放大器拉氏反變換

得注：拉氏反變換時(shí)第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路加、減運(yùn)算電路反相加法器6.1.2運(yùn)算電路-+AR2Rf+-vs2voifi2R1i1+-vs1因則因i

0則即整理得說明：線性電路除可以采用“虛短、虛斷”概念外，還可采用疊加原理進(jìn)行分析。

令vs2=0則令vs1=0則例如第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路同相加法器-+AR2Rf+-vs1voR1+-vs2R3利用疊加原理：則減法器Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令vs2=0，則令vs1=0，第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路積分和微分電路有源積分器-+ARC+-vsvo方法一：利用運(yùn)算法則則方法二：利用拉氏變換拉氏反變換得第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路有源微分器利用拉氏變換：拉氏反變換得-+ARC+-vsvo波形變換tvsO輸入方波積分輸出三角波votO微分輸出尖脈沖tvoO第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)變換器對(duì)數(shù)變換器-+AR+-vsvo利用運(yùn)算法得：由于整理得缺點(diǎn)：vo受溫度影響大、動(dòng)態(tài)范圍小。vs必須大于0。第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路改進(jìn)型對(duì)數(shù)變換器VCC-+A1+-vsvo+-A2+-RLR3R4tvB2R2R5T1T2R1iC2iC1由圖由于(很小)則(T1、T2特性相同)利用R4補(bǔ)償

VT，改善溫度特性。vS大范圍變化時(shí)，vO變化很小。第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路反對(duì)數(shù)變換器利用運(yùn)算法則得由于整理得缺點(diǎn)：vo受溫度影響大。vs必須小于0。-+AR+-vsvoT第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路乘、除法器vO1-+A1vXRXiXR1iXT1vO2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vO3T3vZRZiZiZ因T1、T2、T3、T4構(gòu)成跨導(dǎo)線性環(huán)，則分析方法一：由圖整理得(實(shí)現(xiàn)乘、除運(yùn)算)第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ分析方法二：A1、A2、A3對(duì)數(shù)放大器A4反對(duì)數(shù)放大器第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路6.1.3精密整流電路精密半波整流電路利用集成運(yùn)放高差模增益與二極管單向?qū)щ娞匦?，?gòu)成對(duì)微小幅值電壓進(jìn)行整流的電路。vo-+AvIR1voR2RL+-D1D2vI=0時(shí)vO

=0D1、D2vO=0vI>0時(shí)vO

<0D1、D2vO=0vI<0時(shí)vO

>0D1、D2vO=-(R2/R1)vI工作原理：vOvI-R2/R1傳輸特性vItvOtvIR2R1-輸入正弦波輸出半波第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路精密轉(zhuǎn)折點(diǎn)電路

當(dāng)v-

>0，即vI>-(R3/R1)VR時(shí)：

當(dāng)v-

<0，即vI

<-(R3/R1)VR時(shí)：vo-+AVRR1voR2RL+-D1D2R3vI由圖

vO

>0D1、D2傳輸特性vOvI-R2/R3VRR3R1-vO

<0D1、D2則vO

=0則第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路精密轉(zhuǎn)折點(diǎn)電路實(shí)現(xiàn)非線性的函數(shù)R/R1vO1-+A1VR1Rr1RD1D2R1vIvO2-+A2VR2Rr2RD3D4R2RR-+A3VR3Rr3RD5D6R3RvO3-+A4vORR/R2R/R3vOvIvI1vI2vI3傳輸特性第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路6.1.3儀器放大器儀器放大器是用來放大微弱差值信號(hào)的高精度放大器。

特點(diǎn)：KCMR很高、Ri很大，Av

在很大范圍內(nèi)可調(diào)。三運(yùn)放儀器放大器由得由得由減法器A3得：若R1=R2、R3=R5、R4=R6整理得vI1+-A1R1-+A2RGvO1vOvI2-+A3R2R3R4R5R6iGvO2第6章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路有源反陡饋儀器揉放大器可證明vI1+-A3R1-+A1RGvOIO+-A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2

差放T3、T4

差放A3

跟隨器A2

跟隨器A1

放大器采用嚴(yán)猛格配對(duì)剝的低噪竊聲對(duì)管改和精密敲電阻，庸可構(gòu)成穩(wěn)低噪聲解、高精恨度、增硬益可調(diào)麗的儀器帶放大器膏。第6伍章狗集成運(yùn)熄算放大委器及其深應(yīng)用電押路儀器放招大器的血應(yīng)用儀器放大滑器單片集色成產(chǎn)品：LH00太36、L狼H003頓8、AM宵P-03糞、AD3芬65、A父D524蘭等。例：儀器祝放大器構(gòu)趨成的橋路種放大器溫度為娃規(guī)定值歉時(shí)RT=R路橋撇平衡vo=0。溫度變娘化時(shí)RTR路尖橋不平栗衡vo產(chǎn)生變化痕。儀器放大器RGRTRRRtoVREFvo第6意章宇集成運(yùn)猾算放大妨器及其割應(yīng)用電畫路6.1.殺5電流辱傳輸器電流傳但輸器：宗通用集幫成器件燒，廣泛鹿用于模告擬信號(hào)綱處理電懷路中。電流傳蹤蝶輸器電財(cái)路符號(hào)喪及特點(diǎn)YXZCCvXvYvZiY

=0iXiZY輸程入端：iY=0，即RY；X輸入逗端：vX=vY，且vX與iX大小無怖關(guān)，RX0；Z輸出臥端：iZ=iX，且iZ與vZ大小無關(guān)弟。第6令章集成角運(yùn)算放大膨器及其應(yīng)西用電路電流傳貸輸器構(gòu)飽成的模臉擬信號(hào)紡處理電腐路YXZCCviRLiXiOR+-互導(dǎo)放大數(shù)器互阻放童大器電流放危大器YXZCCisRLiXiOR2R1YXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-第6執(zhí)章求集成運(yùn)齊算放大早器及其庫(kù)應(yīng)用電繳路負(fù)阻變換稀器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiIiZ2R1iZ1RL第6遼章堪集成運(yùn)眼算放大哥器及其氏應(yīng)用電布路6.2青集成運(yùn)放宋性能參數(shù)駁及對(duì)應(yīng)用鞠電路影響6.2數(shù).1維集成運(yùn)露放性能誕參數(shù)Avd高(80晉~1回40唇dB)，Rid高(M)，Rod低(<2薄00)差模特性KCMR高(80~劉120信dB)，Ric高(>1探00剃M)共模特性輸入直流串誤差特性IIB(10早~1捎00A)，VIO(mV)，IIO(為IIB的5%挽~10%)大信號(hào)動(dòng)態(tài)虛特性轉(zhuǎn)換速率SR，全功民率帶寬BWP第6蒸章斥集成運(yùn)房誠(chéng)算放大貸器及其厲應(yīng)用電勵(lì)路vidRidvO+-v+v-Avdvid+-Rod+-RicRicIIBIIBIIO2IIO2+-VIO+-AvdvicKCMR集成運(yùn)放電路模型6.2.再2直流繼和低頻參臘數(shù)對(duì)性能轟的影響Avd、Rid、Rod為有限值寸的影響運(yùn)放應(yīng)用費(fèi)場(chǎng)合不同旬，各項(xiàng)性主能參數(shù)影彎響也不同踐。因此工跡程估算時(shí)謝，可針對(duì)僻不同場(chǎng)合走，有選擇營(yíng)地分析運(yùn)造算誤差?？勺C明其中Avd對(duì)精度叢影響最耕大。Avd越大，摘運(yùn)算誤問差越小蜂。第6故章信集成運(yùn)俯算放大表器及其項(xiàng)應(yīng)用電仍路vidRidvO+-v-Avdvid-

+Rod+-R1Rfvs+-RL-+AR1Rf+-vsvoRLKCMR、Ric為有限惱值的影雅響可證明其中Avd、KCMR越大，同恭相放大器做運(yùn)算精度屢越高。由于同東相放大抵器輸入講端引入址了共模交信號(hào)，呈因此必穿須考慮KCMR的影響。RicvO+-v-AvdvidRod+-R1RfvsRLv+RicRid+-AvdvicKCMR第6喚章集成微運(yùn)算放大水器及其應(yīng)壇用電路+--+AR1RfvsvoRL輸入偏建置電流IIB對(duì)性能眨的影響-+AR1Rf+-vsvoR+=R1//Rf則IIB在外電衛(wèi)路反相揀端產(chǎn)生捐的直流嫂電壓：則IIB在外電齊路同相形端產(chǎn)生醉的直流據(jù)電壓：設(shè)R-、R+分別為欺外電路剛在反相衫端和同飾相端等答效的直狐流電阻冤。輸入偏置電流若則輸出無失昆調(diào)例：注：平衡稻電阻R+的接入隔對(duì)性能感指標(biāo)計(jì)釋算沒有姥影響，枯但運(yùn)算巾精度得童到明顯波改善。因此，為減小IIB對(duì)運(yùn)算精度的影響，要求外接在集成運(yùn)放兩輸入端的直流電阻相等。第6唱章栽集成運(yùn)議算放大脅器及其并應(yīng)用電培路失調(diào)電流IIO與失調(diào)電張壓VIO的影響可證明為減小失攤調(diào)的影響沿：在R+較小時(shí)，校應(yīng)選擇VIO小的運(yùn)放匠；在R+較大時(shí)瘦，應(yīng)選換擇IIO小的運(yùn)涼放。第6訊章集成看運(yùn)算放大毛器及其應(yīng)含用電路vO+-R1RfRLIIBIIBIIO2IIO2+-VIOR+6.2風(fēng).3緊高頻參質(zhì)數(shù)對(duì)性票能的影僵響小信號(hào)頻餐率參數(shù)開環(huán)帶旱寬BW內(nèi)補(bǔ)償?shù)膭兗蛇\(yùn)放冶可近似看臟成是單極邀點(diǎn)系統(tǒng)，纖該運(yùn)放的星上限截止密頻率即開忌環(huán)帶寬BW(或稱徹3d步B帶肝寬)。單位增蜻益帶寬BWG指增益下腰降到1(0d像B)時(shí)對(duì)應(yīng)擾的頻率攀。小信鴿號(hào)工作襯時(shí)，其宵值為常煌數(shù)，且BWG=AvdI·BW。當(dāng)運(yùn)放閉扇環(huán)工作時(shí)削，BWG等于反怎饋電路岔的增益什帶寬積駐。反饋越冊(cè)深，Avf越小，閉篩環(huán)帶寬BWf越寬。即BWG=Avf·BWf第6基章俊集成運(yùn)差算放大萬器及其守應(yīng)用電始路大信號(hào)之動(dòng)態(tài)參絮數(shù)指集成運(yùn)替放輸出電遺壓隨時(shí)間夸最大可能擱的變化速鋼率。其值越們大，運(yùn)醬放高頻賴性能越績(jī)好。影響SR主要原困因：運(yùn)倡放內(nèi)部壇存在寄開生電容爹和相位買補(bǔ)償電限容。轉(zhuǎn)換速率(又稱壓擺率)指集成運(yùn)潮放輸出最挽大不失真題峰值電壓眠時(shí)，允許嚼的最高工潔作頻率。全功率帶寬當(dāng)SR一定時(shí)展，最大恩不失真駕輸出電活壓與工島作頻率劍成反比腹。工作吹頻率越渣高，不處失真輸紫出的Vom就越小飽。第6唱章集成痕運(yùn)算放大嘆器及其應(yīng)雪用電路6.4紋集成電壓孫比較器電壓比撿較器的就作用比較兩話輸入信似號(hào)大小勾，并以儲(chǔ)輸出高姜、低電呈平來指或示。電壓比較幻玉器的特點(diǎn)輸入模攻擬量，弦輸出數(shù)偷字量。義實(shí)現(xiàn)模訪擬量與誼數(shù)字量鏡間的轉(zhuǎn)通換。6.4.郊1電壓魯比較器的稻作用電壓比較份器工作原玻理可知，只少要開環(huán)Avd很大，則v+、v-間的微壞小差值滾，即可檢使運(yùn)放淹輸出工嘆作在飽攏和狀態(tài)孫。由v+>v-時(shí)，vO=Voma朵x(正飽和獸值)v+<v-時(shí)，vO=Vomi追n(負(fù)飽和鉆值)v+=v-時(shí)，邏輯狀態(tài)悶轉(zhuǎn)換因此第6蜂章集成碼運(yùn)算放大溝器及其應(yīng)機(jī)用電路理想比較組特性-+AvOvIVREFvIvOVREFVomaxVominOvI<VREF時(shí)，vO=Voma扮xvI>VREF時(shí)，vO=VominvI=VREF時(shí)，邏輯狀復(fù)態(tài)轉(zhuǎn)換理想特菠性vIvOVREFVomaxVominO實(shí)際比較麗特性實(shí)際特性vI<VREF-Vomax/Avd時(shí)，vO=VomaxvI>VREF-Vomin/Avd時(shí)，vO=Vomin注：Avd越大，貴比較特扔性越接桃近理想頃特性，VREF作為門恢限值的比較精瘋度越高辛。第6幫章集成宰運(yùn)算放大娛器及其應(yīng)幫用電路6.4.炊1具有梳不同比較嶺特性的電滾壓比較器單限電壓食比較器特點(diǎn)：豬運(yùn)放開溜環(huán)工作奏。過零比栽較器-+AvOvI+-R1D1D2RR(VREF=0)R1限流電阻臉，與D1、D2共同構(gòu)睜成電平棚變換電贈(zèng)路。VOH=VZ+VD(on)VOL=-(VZ+VD(on))vIvOVOHVOLO比較特性tvOOtvIO第6望章集成概運(yùn)算放大殃器及其應(yīng)姑用電路單限比三較器-+AvOvI+-R3D1D2R1//R2VREFR1R2i1i2分析方愿法：1)令v-=v+，求出的約輸入電京壓vI即門限抽電平。2)分別分析vI大于門葵限、小侄于門限奴時(shí)的輸較出vO電平。令得門限電平即v+<v-若則vO=VOL即v+>v-若則vO=VOH比較特性vIvOVOHVOLVREFR2R1-第6般章集成鴿運(yùn)算放大糞器及其應(yīng)熊用電路單限比犁較器優(yōu)柱點(diǎn)：電路結(jié)梁構(gòu)簡(jiǎn)單越，可不展計(jì)有限KCMR的影響。單限比較余器缺點(diǎn)：電路抗干截?cái)_能力差嚷。例如：券過零比底較器，四當(dāng)門限千電平附詞近出現(xiàn)嫌干擾信邊號(hào)時(shí)，熄輸出會(huì)質(zhì)出現(xiàn)誤伴操作。tvOOvItO第6您章集成壁運(yùn)算放大丘器及其應(yīng)幻玉用電路遲滯比億較器(施密特臂觸發(fā)器)-+AvOvI+-R3D1D2RVREFR1R2特點(diǎn)正反饋電路具有雙門限令得門限電屆平：反相輸附入遲滯能比較器遲滯寬藥度：vIvOVOHO比較特性VOLVILVIH第6耐章您集成運(yùn)每算放大瀉器及其醒應(yīng)用電哪路-+AvOvI+-R3D1D2RVREFR1R2令得門限過電平：同相輸入霉遲滯比較喂器遲滯寬盞度：vIvOVOHO比較特性VOLVILVIH將反相確遲滯比獨(dú)較器中娃的vI與VREF交換，即迅得同相輸蛇入遲滯比率較器。第6戀章紋集成運(yùn)繩算放大慘器及其倦應(yīng)用電錫路遲滯比較者器優(yōu)點(diǎn)：電路抗干看擾能力強(qiáng)。例：反羨相輸入梢遲滯比后較器的悶比較特