第八章：集成运放电路的分析

第八章信号的运算和处理电路理想运放的理想参数：开环增益：AVO=；输入电阻：ri=；输出电阻：ro=0；开环通频带：BW=；共模抑制比：KCMR=；理想运放工作在线性区的两个重要法则：iI=0i0rvvv+=v–VOoAvvvv0为有限值，Av0=v–v+–+voiI图8－1v+=v–=00iIrvvi§8.1基本运算电路一、反相放大器（反相比例放大器）vs–voi1RfR1R2图8－2iI=0v+=0v+=v–v–=0又iI=0i1=iffo1sRvRv1foRRvR2：平衡电阻。R2=R1//Rf若R1=Rfvo=–vs此为反相器。iI+if二、同相放大器（同相比例放大器）vsv++–voiIRfR1R2图8－3ifv–=v+=vs由于if=i11sf1oRvRRvs1fo)1(vRRv图8－4vo=vs此为电压跟随器+–vsvo三、加法电路vs2+–voi1RfR1图8－5ifvs1i2fo2s21s1RvRvRv)(s22fs11fovRRvRRvv–=0iI=0i1+i2=if若R1=R2=Rf则vo=–(vs1+vs2)若在输出端加一级反相器，则vo=vs1+vs2四、减法电路1.利用反相求和以实现减法运算+–voi1Rf1R1图8－6vs1R2+–Rf2R2vs2v01s11f1o1vRRv代入)(s22f2s12f21f1ovRRvRRRRv)(s22f2o12f2ovRRvRRv若R2=Rf2vo=vs1–vs2若R1=Rf1)(s2s12f2ovvRRv2.利用差动式电路以实现减法运算32s2RvRvv+–R3R2vs2vs1R1Rfvo解方程组得s11fs21f323o)1(vRRvRRRRRvfo1s1RvvRvvvv上式中，若取)(s1s21fo231fvvRRvRRRR，则此电路存在共模信号，应选KCMR高的电路；而利用反相求和实现的减法器，电路中无共模信号。五、积分电路tvCRvddosi1=iftvRCvd1so+–RvsvoCi1图8－8if若vs为阶跃电压，则：tRCvvso电容以恒流方式充电，vo与t成正比Rvs当t=RC时，vo=–Vsvo的值受最大输出电压的限制tvsVst–voVs图8－9六、微分电路RvtvCosddi1=iftvRCvddso+–RvsvoCi1if图8－10当vs为阶跃电压，由于信号源总有内阻，t=0时，电容上压降vo=0。充电电流很大，–vo亦很大，由于充电时间常数=rc很小，充电电流很快降为0，–vo亦很快为0，如图8－11tVsvst–voVs图8－11此电路对高频噪声敏感噪声为高频谐波，设为vs=sint严重时输出噪声会淹没有用信号，tRCtvRCvcosddsovo正比于，频率越高，噪声越大，例8－1下图中A为理想运放，求vi=0.3V时v0的值。解：v+=v–=0.2VV4.0)1(12MvRRv04.002.002.0204.0102.04.0R4R23MoiiRvvvo=vM+0.04R3=0.4+0.0410=0.8V+–R2voiR210k20kR4iR4R1R5R610k20k0.3VviR310k10KM例8－2下图所示电路中，假设各运放具有理想特性。(1)指出A1、A2、A3各组成什么电路；(2)写出v01、v02、v03的表达式。+–R3+–+–A3A2A110kvivo310kR4R510k10kR1R210kvo2vo1解：(1)A1：电压跟随器；A2：反相求和电路；A3：同相比例放大器。(2)vo1=viii13o123o22)(vvRRvRRvio254o34)1(vvRRv例8－3求下图所示电路的电压放大倍数21oiivvv设A1、A2都是理想运算放大器。+–10k–+A1A210k100k100k10k10k100kvi1vi2vovo1解：对于A2：vo1=vo对于A1：11101001010010i1oi1ovvvvvi2i2111010010100vvvv+=v–vo=10(vi2–vi1)10i2i1ovvv故例8－4由运放组成的晶体管测量电路如下图，假设运放具有理想特性，晶体管的VBE=0.7V.(1)求出晶体管c、b、e各极的电位；(2)若电压表读数为200mV，求被测量晶体管的值。+––+A1A26k10kv1R2cebR310kR1v2(+6V)(+12V)V电压表解：(1)vC=6VvB=0VvE=–0.7V(2)μA2010200mV2002BRImA166121C1CRvvI50BCII故例8－5下图电路中，A1、A2、A3均为理想运放101fRR,R3C=1ms.vi1=0.1V,vi2=0.3V为直流输入电压，在t=0时加入。(1)求vo1，vo2，vo3；(2)若t=0时电容上C上的初始电压uC(o)=0，问需经多久时间使uo4=5V？+––+R2R3R1vo4–+–+R1R2RfRfR1R3RRRfvo2vi1vi2vo1vo3CR2V1101i1f1ovRRv解：(1)(2)V533oo4tCRvvV2)(2o221o22o3vRRvRRvV3i21fo2vRRv512tms5.2t§8－3对数和反对数运算放大器一、对数运算放大器图8－12voRiCivSPN–+Ti=iCTOTBESSSVvVVeIeIRvSSTOlnRIvvvIS：三极管发射结反向饱和电流缺点：幅值不能超过0.7V；温漂严重。二、反对数运算放大器iE=iCRveIVVOSTBERveIVvOSTSTSSOVveRIv缺点：vS限定为正值；存在温漂。图8－13voRiFvS–+TiE8－5有源滤波器滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。一、有源滤波器的分类通带：能通过的信号频率范围阻带：受阻或衰减的信号频率范围截止频率：通带和阻带的界限频率|A|oA0c通带阻带图8－14(a)(a)带通滤波器截止角频率：c带宽：BW=c|A|oA0c阻带通带图8－14(b)(b)高通滤波器截止角频率：c带宽：BW=(理论上)|A|oA0cU阻带通带图8－14(c)阻带cL0(c)带通滤波器截止角频率：cL,cU带宽：BW=cL–cU中心角频率：0图8－14(d)|A|oA0cU阻带通带通带cL0(d)带阻滤波器截止角频率：cL,cU带宽：BWcU(理论上无穷大)中心角频率：0二、一阶有源滤波器一级RC低通电路加一个电压跟随器)(11)(11)(iiosvsRCsvsCRsCsV图8－15voRvi–+–+C–+nio1111)()()(ssRCsvsvsA传递函数RC1n特征角频率2.图8－16voRvi–+–+C–+R1R2一级RC低通电路加一个同相放大器n0io1)()()(sAsvsvsARC1n1201RRA为同相放大器的电压增益。