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6.2集成运放性能参数及对应用电路的影响6.4集成电压比较器*6.3高精度和高速宽带集成运放6.1集成运放应用电路的组成原理第6章集成运算放大器及其应用电路6.1集成运放应用电路的组成原理根据集成运放自身所处的工作状态,运放应用电路分:线性应用电路和非线性应用电路两大类。线性应用电路-+AZ1Zfvovs1vs2iZ1或Zf采用非线性器件(如三极管),则可构成对数、反对数、乘法、除法等运算电路。Z1或Zf采用线性器件(R、C),则可构成加、减、积分、微分等运算电路。组成:集成运放外加深度负反馈。因负反馈作用,使运放小信号工作,故运放处于线性状态。第6章集成运算放大器及其应用电路非线性应用电路-+AvOvIVREF组成特点:运放开环工作。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。例如电压比较器。6.1.1集成运放理想化条件下两条重要法则理想运放dvAidR0odRCMRKBW失调和漂移0推论idR0dovAvvv因则vv因则0i第6章集成运算放大器及其应用电路vv说明:0i相当于运放两输入端“虚短路”。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,运放正是利用这个极其微小的差值进行电压放大的。同样,虚断路不能理解为输入端开路,只是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“虚断路”。实际运放低频工作时特性接近理想化,因此可利用“虚短、虚断”运算法则分析运放应用电路。此时,电路输出只与外部反馈网络参数有关,而不涉及运放内部电路。第6章集成运算放大器及其应用电路集成运放基本应用电路反相放大器-+AR1Rf+-vsvoifi1类型:电压并联负反馈vv因则0v反相输入端“虚地”。0i因则f1ii1s1s1RvRvvifofofRvRvvi由图输出电压表达式:s1fovRRv输入电阻1iRR输出电阻0oR因0v因深度电压负反馈第6章集成运算放大器及其应用电路同相放大器-+AR1Rf+-vsvoifi1类型:电压串联负反馈vv因则svv注:同相放大器不存在“虚地”。0i因1s110RvRvifosfofRvvRvvi由图输出电压表达式:vRRvRRv)1()1(1fs1fo输入电阻iR输出电阻0oR因深度电压负反馈0i因则f1ii第6章集成运算放大器及其应用电路同相跟随器-+A+-vsvo由图得sovvvvv因由于1fvAiR0oR所以,同相跟随器性能优于射随器。归纳与推广当R1、Rf为线性电抗元件时,在复频域内:)()()()(s1fosvsZsZsv反相放大器)(])()(1[)(s1fosvsZsZsv同相放大器拉氏反变换)(otv得注:拉氏反变换时tsddtsd1第6章集成运算放大器及其应用电路加、减运算电路反相加法器6.1.2运算电路-+AR2Rf+-vs2voifi2R1i1+-vs1vv因则0v因i0则f21iiifo2s21s1RvRvRv即整理得s22fs11fovRRvRRv说明:线性电路除可以采用“虚短、虚断”概念外,还可采用叠加原理进行分析。2o1oovvv令vs2=0则s11fo1vRRv令vs1=0则s22fo2vRRv例如第6章集成运算放大器及其应用电路同相加法器-+AR2Rf+-vs1voR1+-vs2R3利用叠加原理:212s1211s2RRvRRRvRv则vRRv)1(3fo))(1(212s1211s23fRRvRRRvRRR减法器Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令vs2=0,则s11fo1vRRv令vs1=0,32s231fo2)1(RRvRRRv2o1oovvvs11fvRR32s231f)1(RRvRRR第6章集成运算放大器及其应用电路积分和微分电路tvCRvd)(dos有源积分器-+ARC+-vsvo方法一:利用运算法则则tstvRCv0od1方法二:利用拉氏变换)()(Z)()(s1fosvssZsv)(1ssvsRC)()/(1ssvRsC拉氏反变换得tstvRCv0od1第6章集成运算放大器及其应用电路有源微分器利用拉氏变换:)()(Z)()(s1fosvssZsv)(sssRCv)()/(1ssvsCR拉氏反变换得tvRCvddso-+ARC+-vsvo波形变换tvsO输入方波积分输出三角波votO微分输出尖脉冲tvoO第6章集成运算放大器及其应用电路对数、反对数变换器对数变换器-+AR+-vsvoTBEeSsVvIRv利用运算法得:由于oBEvv整理得RIvVvSsToln缺点:vo受温度影响大、动态范围小。vs必须大于0。第6章集成运算放大器及其应用电路改进型对数变换器VCC-+A1+-vsvo+-A2+-RLR3R4tvB2R2R5T1T2R1iC2iC1由图1CC2T1CC2TBE1BE2B2lg3.2lniiViiVvvv由于1sC1/Rvi2CC22BCCC2//)(RVRvVi(很小)则)lg(3.2lg3.2sCC12T2CC1TB2vVRRViiVv)lg()1(3.2)1(sT432B43oKvVRRvRRv(T1、T2特性相同)利用R4补偿VT,改善温度特性。vS大范围变化时,vO变化很小。第6章集成运算放大器及其应用电路反对数变换器RvIVvoSTBEe利用运算法则得由于sBEvv整理得TseSoVvRIv缺点:vo受温度影响大。vs必须小于0。-+AR+-vsvoT第6章集成运算放大器及其应用电路乘、除法器vO1-+A1vXRXiXR1iXT1vO2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vO3T3vZRZiZiZ因T1、T2、T3、T4构成跨导线性环,则OZYXiiii分析方法一:由图整理得XXX/RviYYY/RviZZZ/Rvi4OO/RviZYXYXZ4OvvvRRRRv(实现乘、除运算)第6章集成运算放大器及其应用电路vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ分析方法二:XSXTBE1o1lnRIvVvvZYXYXZ4vvvRRRRBE1YSYTBE1BE2o2lnvRIvVvvvZSZTBE3o3lnRIvVvvA1、A2、A3对数放大器A4反对数放大器To3o2e4SOVvvRIv第6章集成运算放大器及其应用电路6.1.3精密整流电路精密半波整流电路利用集成运放高差模增益与二极管单向导电特性,构成对微小幅值电压进行整流的电路。vo-+AvIR1voR2RL+-D1D2vI=0时vO=0D1、D2vO=0vI0时vO0D1、D2vO=0vI0时vO0D1、D2vO=-(R2/R1)vI工作原理:vOvI-R2/R1传输特性vItvOtvIR2R1-输入正弦波输出半波第6章集成运算放大器及其应用电路精密转折点电路当v0,即vI(R3/R1)VR时:当v0,即vI(R3/R1)VR时:vo-+AVRR1voR2RL+-D1D2R3vI由图31R331I1RRVRRRvRvvO0D1、D2传输特性vOvI-R2/R3VRR3R1-vO0D1、D2则vO=0)(R13I32OVRRvRRv则第6章集成运算放大器及其应用电路精密转折点电路实现非线性的函数R/R1vO1-+A1VR1Rr1RD1D2R1vIvO2-+A2VR2Rr2RD3D4R2RR-+A3VR3Rr3RD5D6R3RvO3-+A4vOR)(R11r1I1O1VRRvRRv)(R22r2I2O2VRRvRRv)(R33r3I3O3VRRvRRv)(O3O2O1O3vvvvR/R2R/R3vOvIvI1vI2vI3传输特性第6章集成运算放大器及其应用电路6.1.3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。特点:KCMR很高、Ri很大,Av在很大范围内可调。三运放仪器放大器vv由G2I1IGRvvi得0i由)(G21G2OO1RRRivv得由减法器A3得:2O656341O34O)1(vRRRRRvRRv若R1=R2、R3=R5、R4=R6整理得)21(G342I1IOfRRRRvvvAvvI1+-A1R1-+A2RGvO1vOvI2-+A3R2R3R4R5R6iGvO2第6章集成运算放大器及其应用电路有源反馈仪器放大器可证明GS4432I1IofRRRRRvvvAvvI1+-A3R1-+A1RGvOIO+-A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2差放T3、T4差放A3跟随器A2跟随器A1放大器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。第6章集成运算放大器及其应用电路仪器放大器的应用仪器放大器单片集成产品:LH0036、LH0038、AMP-03、AD365、AD524等。例:仪器放大器构成的桥路放大器温度为规定值时RT=R路桥平衡vo=0。温度变化时RTR路桥不平衡vo产生变化。仪器放大器RGRTRRRtoVREFvo第6章集成运算放大器及其应用电路6.1.5电流传输器电流传输器:通用集成器件,广泛用于模拟信号处理电路中。电流传输器电路符号及特点YXZCCvXvYvZiY=0iXiZY输入端:iY=0,即RY;X输入端:vX=vY,且vX与iX大小无关,RX0;Z输出端:iZ=iX,且iZ与vZ大小无关。第6章集成运算放大器及其应用电路电流传输器构成的模拟信号处理电路YXZCCviRLiXiOR+-互导放大器互阻放大器电流放大器iYXvvvRvii/XXoRviAg/1/ioYXZCCisRLiXiOR2R11SYXRivv2XXo/Rvii21So//RRiiAiYXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-i1ZiiRivv1Z2YoRivArio/第6章集成运算放大器及其应用电路负阻变换器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiIiZ2R1iZ1RL21X1XiRivv12Y2ZiRviiL1XL1Z2YRiRivL21iiiRRRivR第6章集成运算放大器及其应用电路6.2集成运放性能参数及对应用电路影响6.2.1集成运放性能参数Avd高(80~140dB),Rid高(M),Rod低(200)差模特性KCMR高(80~120dB),Ric高(100M)共模特性输入直流误差特性IIB(10~100A),VIO(mV),IIO(为IIB的5%~10%)大信号动态特性转换速率SR,全功率带宽BWP第6章集成运算放大器及其应用电路vidRidvO+-v+v-Avdvid+-Rod+-RicRicIIBIIBIIO2IIO2+-VIO+-AvdvicKCMR集成运放电路模型6.2.2直流和低频参数对性能的影响Avd、Rid、Rod为有限值的影响运放应用场合不同,各项性能参数影响也不同。因此工程估算时,可针对不同场合,有选择地分析运算误差。)1(dL1fodffvvvARRRRAA可证明其中idf11////RRRRodfLL////RRRR1ff/
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