集成运放及其应用电路

第六章集成运放及其应用电路6.1集成运算放大器6.1.1集成运放概述集成运放符号:集成运放特点:高增益；高输入阻抗；低输出阻抗；集成运放的种类:通用型；高输入阻抗型；低温漂型；宽带高速型；低功耗型；高压型；大功率型6.1.2MOS运放核心电路MOS两级运算放大器MOS折叠式共源共栅运算放大器优点：宽共模输入范围；可以获得更宽的带宽；电源噪声抑制能力强具有输出缓冲的集成运放6.2集成运放应用电路的组成原理6.2.1集成运放的理想化条件idodvvAvidididivR0oR7.0BWcdCMRvvAAK失调和漂移趋于零；电源电压抑制能力无穷大根据上述理想化条件，当集成运放线性工作时：0dovAvvvvvdvAidR0i6.2.2集成运放应用电路的分类VOmaxVOminvOv+v-线性工作区O三、混合应用根据输入信号幅度范围的不同，集成运放可能工作在闭环状态，也可能工作在开环状态，典型的应用是精密整流电路。一、闭环应用包括基本放大器、各种运算电路、仪器放大器、电流传输器、滤波器等；二、开环应用包括直接由集成运放构成的电压比较器、迟滞比较器，振荡器等；集成运放的电压传输特性6.2.3集成运放的基本应用电路一、反相放大器1s1s1RvRvvifofofRvRvvi1fsofRRvvAv二、同相放大器f11oRRRvv1f1f1sof1RRRRRvvAvRf=0，R1→∞，同相放大器可以构成同相跟随器6.3集成运放应用电路6.3.1闭环应用一、运算电路1.加、减法器电路利用线性叠加原理：(a)反相加法器OO1O2f1S1f2S2()()vvvRRvRRv利用线性叠加原理：(b)同相加法器S2211S1212fO1vRRRvRRRRRv2.积分和微分电路i1≈vS/R积分电路tttvRCtiCv0S01Od1d1微分电路若C上的起始电压为零，则tvRCRivddS1O3.对数和反对数放大器对数放大器)/ln()/ln(SSTSCTBEORIvVIiVvv反对数放大器TSTBEeeSSCfOVvVvRIRIRiRiv由于VT和IS是温度敏感的参数，为减小温度对输出的影响，对数放大器可做如下改进：B2BE2BE1TC2C1TC2C1ln2.3lgvvvViiVii2CC2B2CCC21SC1,/RVRvViRviB2TC1C2T2S1CC2.3lg2.3lgvViiVRvRVO34B234TS12.31lgvRRvRRVKv根据类似的原理，可以构成具有温度补偿作用的反对数放大器4.乘除法器T1～T4管构成跨导线性环，则iXiY=iZiOZYXYXZ4OvvvRRRRvZYXOvvvv当Z4YXRRRR时当vZ为定值，电路为vX和vY的乘法器当vY为定值，电路为vX和vZ的除法器该乘法器也可以看作对数和反对数放大器的组合二、仪器放大器利用叠加原理，先令vI2=0，由vI1在A1和A2输出端产生的输出电压分别为I1G2'2OI1G1'1O,)1(vRRvvRRv令vI1=0，由vI2在A1和A2输出端产生的输出电压分别为I2G1''2OI2G1''1O)1(,vRRvvRRv当R1=R2=R时，))(/21()()(I2I1G''2O'2O''1O'1OO2O1vvRRvvvvvv由于R3=R5，R4=R6，则))](/21[()(I2I1G34O2O134OvvRRRRvvRRv)21(G34I2I1OfRRRRvvvAv三、电流传输器Y端口输入阻抗无穷大(iY=0)，X端口电压跟随Y端口电压(vX=vY)，呈现零输入阻抗。流进X端口的电流被传输到高阻抗的输出Z端口(iZ=±iX)，而与输出端口电压vZ无关。利用运算放大器的两输入端和理想化特性可以构成性能优良的电流传输器。(a)iZ=iX(b)iZ=iX电流传输器四、跨导放大器Ag=–1/RiO=iX=vI/R由电流传输器构成：由运放构成：Ag=1/R带通滤波器)(1)(1)(221112CsRCsRCsRsAv该滤波器是由低通滤波器和高通滤波器合成得到的，只要满足高通滤波器的下限角频率小于低通滤波器的上限角频率，其幅频特性就是带通的。如果将图中C1短路，则电路变为低通滤波器，如果去掉C2，电路就变为高通滤波器。五、有源滤波器带通滤波器AR1C1+vO+vIR3C2R2212121213212132)()(RRCCRsRCCRRRsCRsRsAvp2p1)(12121p1CCRR21321p2CCRCC时，带阻滤波器)1)]((1[)](1)[1()(2321143212CsRRRsCRRsCCsRsAv23432122111)(11)(1CRRRCCRRRC433212RRRRRR6.3.2开环应用一、电压比较器比较器的传输特性二、具有不同比较特性的电压比较器1．单限电压比较器VOH=VZ1+VD2(on)，VOL=(VZ2+VD1(on))过零检测器单限比较器电路iiVRvR12REF1I20门限电压：(R2/R1)VREF2．迟滞比较器REF211O212VRRRVRRRvREF211OH212IHVRRRVRRRVREF211OL212ILVRRRVRRRV)(OLOH212ILIHVVRRRVVV采用迟滞比较器构成方波发生电路1221ln2RRRCT212OLIL212OHIHRRRVVRRRVV6.3.2混合应用一、整流电路vI=0时，v'O=0，D1和D2都截止，运放开环工作，则vO=0vI0时，v'O0，D2导通，D1截止，运放闭环工作，vO=0I12O)/(vRRvvI0时，v'O0，D1导通，D2截止，运放闭环工作，二、精密转折点电路转折点电压就是D1和D2都截止，运放开环，作为比较器时的门限电压。改变该门限电压，就可以改变电路的转折点。当vIt+VRt0，即vIVR(R3/R1)时，D1导通、D2截止，构成反相放大器：R13I32RtIt312O//vRRvRRVvRRRv传输特性为非线性函数的电路理想化条件理想化模型应用闭环运用：所有的运算电路开环运用：比较器。混合运用：转折点电路。运算误差误差等效电路实际考虑小结