集成运算放大器 (2).ppt
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1、6.2 6.2 集成运放性能参数及对应用电路的影响集成运放性能参数及对应用电路的影响6.4 6.4 集成电压比较器集成电压比较器6.3 6.3 高精度和高速宽带集成运放高精度和高速宽带集成运放6.1 6.1 集成运放应用电路的组成原理集成运放应用电路的组成原理 第六章第六章 集成运算放大器及其应用电路集成运算放大器及其应用电路 6.1 6.1 集成运放应用电路的组成原理集成运放应用电路的组成原理 根根据据集集成成运运放放自自身身所所处处的的工工作作状状态态,运运放放应应用用电电路路分分:线性应用电路和非线性应用电路两大类。线性应用电路和非线性应用电路两大类。q 线性应用电路线性应用电路 -+A
2、Z1Zfvovs1vs2iZ1或或Zf采采用用非非线线性性器器件件(如如三三极极管管),则则可可构构成成对对数数、反反对数、乘法、除法对数、乘法、除法等运算电路。等运算电路。Z1或或Zf采用线性器件采用线性器件(R、C),则可构成加、减、积分、微,则可构成加、减、积分、微分等运算电路。分等运算电路。组成:组成:集成运放外加深度负反馈。集成运放外加深度负反馈。因负反馈作用,使运放小信号因负反馈作用,使运放小信号工作,故运放处于线性状态。工作,故运放处于线性状态。q 非线性应用电路非线性应用电路 -+AvovIVREF组成特点:组成特点:运放运放开环工作。开环工作。由于开环工作时运放增益很大,因此
3、较小的输入电压,由于开环工作时运放增益很大,因此较小的输入电压,即可使运放输出进入非线区工作。即可使运放输出进入非线区工作。例如电压比较器。例如电压比较器。6.1.1 6.1.1 集成运放理想化条件下两条重要法则集成运放理想化条件下两条重要法则 理理想想运运放放 失调和漂移0 推论推论因因则则因因则则说明:说明:相当于运放两输入端相当于运放两输入端“虚短路虚短路”。虚短路不能理解为两输入端短接,只是虚短路不能理解为两输入端短接,只是(v-v+)的值小到了可以忽略不计的程度。实际上,运放的值小到了可以忽略不计的程度。实际上,运放正是利用这个极其微小的差值进行电压放大的。正是利用这个极其微小的差值
4、进行电压放大的。同同样样,虚虚断断路路不不能能理理解解为为输输入入端端开开路路,只只是是输入电流小到了可以忽略不计的程度。输入电流小到了可以忽略不计的程度。相当于运放两输入端相当于运放两输入端“虚断路虚断路”。实实际际运运放放低低频频工工作作时时特特性性接接近近理理想想化化,因因此此可可利利用用“虚虚短短、虚虚断断”运运算算法法则则分分析析运运放放应应用用电电路路。此此时时,电电路路输输出出只与外部反馈网络参数有关,而不涉及运放内部电路。只与外部反馈网络参数有关,而不涉及运放内部电路。q 集成运放基本应用电路集成运放基本应用电路 反相放大器反相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1类型:电
5、压并联负反馈类型:电压并联负反馈 因因则则反相输入端反相输入端“虚地虚地”。因因则则由图由图输出电压表达式:输出电压表达式:输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻因因因深度电压负反馈因深度电压负反馈,同相放大器同相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1类型:电压串联负反馈类型:电压串联负反馈 因因则则注:同相放大器不存在注:同相放大器不存在“虚地虚地”。因因由图由图输出电压表达式:输出电压表达式:输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻因深度电压负反馈因深度电压负反馈,因因则则 同相跟随器同相跟随器 -+A+-vsvo由图得由图得因因由于由于所以,同相跟随器性能所以,同相跟随器性能优于优于射随器。射随器
6、。q 归纳与推广归纳与推广 当当R1、Rf为线性电抗元件时,在复频域内:为线性电抗元件时,在复频域内:反相放大器反相放大器同相放大器同相放大器拉氏反变换拉氏反变换 得得注:注:拉氏反变换时拉氏反变换时 q 加、减运算电路加、减运算电路 反相加法器反相加法器 6.1.2 6.1.2 运算电路运算电路-+AR2Rf+-vs2voifi2R1i1+-vs1因因则则因因则则即即整理得整理得说明:说明:线性电路除可以采用线性电路除可以采用“虚短、虚断虚短、虚断”概念外,还可概念外,还可采采 用叠加原理进行分析。用叠加原理进行分析。令令vs2=0则则令令vs1=0则则例如例如 同相加法器同相加法器 -+A
7、R2Rf+-vs1voR1+-vs2R3利用叠加原理:利用叠加原理:则则 减法器减法器 Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令令vs2=0,则则令令vs1=0,q 积分和微分电路积分和微分电路 有源积分器有源积分器 -+ARC+-vsvo方法一:利用运算法则方法一:利用运算法则则则方法二:利用方法二:利用拉氏变换拉氏变换拉氏反变换得拉氏反变换得 有源微分器有源微分器 利用利用拉氏变换:拉氏变换:拉氏反变换得拉氏反变换得-+ARC+-vsvo 波形变换波形变换 tvs0输入方波输入方波积分输出三角波积分输出三角波vot0微分输出尖脉冲微分输出尖脉冲tvo0q 对数、反对数变换器对数、反对数变换
8、器 对数变换器对数变换器 -+AR+-vsvo利用运算法得:利用运算法得:由于由于整理得整理得缺点:缺点:vo受温度影响大、动态范围小。受温度影响大、动态范围小。vs必须大于必须大于0。改进型对数变换器改进型对数变换器 -+A1+-vsvo+-A2VCC+-RLR3R4tovB2R2R5T1T2R1iC2iC1由图由图由于由于(很小)(很小)则则(T1、T2特性相同)特性相同)利用利用R4补补偿偿VT,改善,改善温度特性。温度特性。vS大范围大范围变化时,变化时,vO 变化很小。变化很小。反对数变换器反对数变换器 利用运算法则得利用运算法则得由于由于整理得整理得缺点:缺点:vo受温度影响大。受
9、温度影响大。vs必须小于必须小于0。-+AR+-vsvoTq 乘、除法器乘、除法器 vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ因因T1、T2、T3、T4 构成跨导线性环,构成跨导线性环,则则分析方法一:分析方法一:由图由图整理得整理得(实现乘、除运算)(实现乘、除运算)vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ分析方法二:分析方法二:A1、A2、A3对数放大器对数放大器A4反对数放大器反对数放大器
10、6.1.3 6.1.3 精密整流电路精密整流电路 q 精密半波整流电路精密半波整流电路 利利用用集集成成运运放放高高差差模模增增益益与与二二极极管管单单向向导导电电特特性性,构构成成对微小幅值电压进行整流的电路。对微小幅值电压进行整流的电路。vo-+AvIR1vo R2RL+-D1D2 vI=0时时 vO =0 D1、D2 vO=0 vI 0时时 vO 0 D1、D2 vO=0 vI 0 D1、D2 vO=-(-(R2/R1)vI工作原理:工作原理:vOvI-R2/R1传输特性传输特性vItvOtvIR2R1-输入正弦波输入正弦波输出半波输出半波q 精密转折点电路精密转折点电路 当当v-0,即
11、,即 vI -(-(R3/R1)VR 时:时:当当v-0,即,即 vI 0 D1、D2 传输特性传输特性vOvI-R2/R3VRR3R1-vO 0 D1、D2 vO=0 则则则则q 精密转折点电路实现非线性的函数精密转折点电路实现非线性的函数 R/R1vo1-+A1VR1Rr1RD1D2R1vIvo2-+A2VR2Rr2RD3D4R2RR-+A3VR3Rr3RD5D6R3Rvo3-+A4vORR/R2R/R3vOvIvI1vI2vI3传输特性传输特性6.1.4 6.1.4 仪器放大器仪器放大器 仪器放大器是用来放大微弱差值信号的高精度放大器。仪器放大器是用来放大微弱差值信号的高精度放大器。特点
12、:特点:KCMR很高、很高、Ri 很大,很大,Av 在很大范围内可调。在很大范围内可调。q 三运放仪器放大器三运放仪器放大器 由由得得由由得得由由减法器减法器A3得:得:若若R1=R2、R3=R5、R4=R6 整理得整理得vI1+-A1R1-+A2RGvo1vOvI2-+A3R2R3R4R5R6iGvo2q 有源反馈仪器放大器有源反馈仪器放大器 可证明可证明vI1+-A3R1-+A1RGvOIO+-A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2差放差放T3、T4差放差放A3跟随器跟随器A2跟随器跟随器A1放大器放大器 采用严格配对的低噪声对管和精密电阻,可
13、构成低噪声、采用严格配对的低噪声对管和精密电阻,可构成低噪声、高精度、增益可调的仪器放大器。高精度、增益可调的仪器放大器。q 仪器放大器的应用仪器放大器的应用 仪器放大器单片集成产品:仪器放大器单片集成产品:LH0036、LH0038、AMP-03、AD365、AD524等。等。例:仪器放大器构成的桥路放大器例:仪器放大器构成的桥路放大器温度为规定值时温度为规定值时 RT=R 路桥平衡路桥平衡 vo=0。温度变化时温度变化时 RT R 路桥不平衡路桥不平衡 vo 产生变化。产生变化。仪器仪器放大器放大器RGRTRRRt oVREFvo 有有源源滤滤波波器器实实际际上上是是一一种种具具有有特特定
14、定频频率率响响应应的放大器。的放大器。滤波器的功能:对频率进行选择滤波器的功能:对频率进行选择,过滤掉噪声过滤掉噪声和干扰信号,保留下有用信号。和干扰信号,保留下有用信号。6.1.5 有源滤波电路有源滤波电路 滤波器的分类:滤波器的分类:低通滤波器(低通滤波器(LPF)高通滤波器(高通滤波器(HPF)带通滤波器(带通滤波器(BPF)带阻滤波器(带阻滤波器(BEF)|A|0C通通带阻阻带A0|A|0CA0通通带阻阻带|A|0C1A0阻阻阻阻C2通通|A|0C1A0阻阻C2通通通通 各种各种滤波器理想的幅频特性:滤波器理想的幅频特性:(1)低通)低通(2)高通)高通(1)带通)带通(1)带阻)带阻
15、 滤波器的用途滤波器的用途 滤滤波波器器主主要要用用来来滤滤除除信信号号中中无无用用的的频频率率成成分分,例例如如,有有一一个个较较低低频频率率的的信信号号,其其中中包包含含一些较高频率成分的干扰。一些较高频率成分的干扰。1.一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)一一.低通有源滤波器低通有源滤波器传递函数:传递函数:截止频率:截止频率:幅频特性:幅频特性:此电路的缺:此电路的缺:1、带负载能力差。、带负载能力差。2、无放大作用。、无放大作用。3、特性不理想,边沿不陡。、特性不理想,边沿不陡。幅频特性:幅频特性:0.707 H截止频率截止频率01|A|2.一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波
16、器传递函数:传递函数:通带增益:通带增益:截止频率:截止频率:幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线传递函数:传递函数:幅频特性:幅频特性:缺点:阻带衰减太慢。缺点:阻带衰减太慢。H0.707 1+Rf/R101+Rf/R1|A|3.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器传递函数:传递函数:当当 Ao3时,滤波器可时,滤波器可以稳定工作以稳定工作。此时特性此时特性与与Q有关。当有关。当Q=0.707时,时,幅频特性较平坦。幅频特性较平坦。当当ffL时,幅频特性时,幅频特性曲线的斜率曲线的斜率 为为-40dB/dec。当当Ao3时,时,源滤波器自激。源滤波器自激。幅频特性及幅频特性曲线幅频特
17、性及幅频特性曲线传递函数:传递函数:通带增益:通带增益:截止频率:截止频率:二二.高通有源滤波器高通有源滤波器1.一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器幅频特性:幅频特性:缺点:阻带衰减太慢。缺点:阻带衰减太慢。幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线传递函数:传递函数:01+Rf/R10.707(1+Rf/R1)L|A|2.二阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器由此绘出频率响应特性曲线由此绘出频率响应特性曲线 (2)(2)通带增益通带增益(1)幅频特性:)幅频特性:其中:其中:当当AO3时,电路自激。时,电路自激。幅频特性曲线幅频特性曲线 当当 Ao3时,滤波器可时,滤波器可以稳定工作以稳定
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