第4章 集成变换器及其应用

03二月2023集成电路原理及应用14.1阻抗变换器4.2U/I变换器第4章集成变换器及其应用03二月2023集成电路原理及应用24.1.1负阻抗变换器4.1.2阻抗模拟变换器4.1.3模拟电感器4.1.4电容倍增器4.1阻抗变换器03二月2023集成电路原理及应用3变换器或变换电路是指从一种电量或参数变换为另一种电量或参数的电路。本章主要介绍集成变换器及其应用，包括：阻抗变换器、U/I、I/U、U/F、F/U、T/I、T/U、A/D、D/A变换器等。本节主要介绍负阻抗变换器、阻抗模拟变换器、模拟电感器、电容倍增器等阻抗变换器。阻抗的模拟和变换是集成运放的一个重要应用方面，例如电容的损耗补偿、电阻时间常数补偿、电流互感器的误差补偿等。4.1阻抗变换器03二月2023集成电路原理及应用4图4-1-1中，若去掉电阻R1，实际是一个同相放大器，其输入阻抗很高，输出电压为（4-1-1）

图4-1-1负阻抗变换器4.1.1负阻抗变换器当电阻R1接入后，其等效输入阻抗将发生很大变化。这时由输入电压引起的输入电流为（4-1-2）将式(4-1-1)代入式(4-1-2)，可得等效输入阻抗为03二月2023集成电路原理及应用5由上式可知，从阻抗Z变换到等效输入阻抗Zie，它不仅按比值R1/R2变化，而且其特性也由正变为负，因此称之为负阻抗变换器。若将Z取为电阻R,则等效输入阻抗为负电阻,称之为负电阻变换器。若将Z取为电容C，则等效输入阻抗为电感为等效模拟电感。

03二月2023集成电路原理及应用6图4-1-2阻抗模拟变换器图中运放A1是同相放大器，起隔离作用和放大作用；运放A2是阻抗变换电路。4.1.2阻抗模拟变换器工作原理:A1的输出电压A2的输出电压解得03二月2023集成电路原理及应用7图4-1-2输入电流为代入得等效输入阻抗当选择不同性质的元件时，可构成不同性质的阻抗模拟电路。图4-1-2阻抗模拟变换器如可构成模拟对地电感、模拟对地电容、模拟对地负阻抗等。03二月2023集成电路原理及应用81.模拟对地电感若取Z1、Z2、Z3、Z5分别为电阻R1、R2、R3、R5

，而Z4为电阻R4和电容C4并联阻抗，则构成等效模拟电感电路。其等效阻抗为等效电感和内阻分别为由上式可知，调节R1、R3、R5中任一个电阻，即可线性调节等效电感的大小。若增大电阻R4

，可获得低内阻的等效模拟电感。03二月2023集成电路原理及应用9如图4-1-3所示，是密勒积分式模拟电感器。图4-1-3密勒积分式模拟电感器A1构成同相放大器，A2构成积分器。4.1.3模拟电感器假定集成运放满足理想化条件，由图可知可得03二月2023集成电路原理及应用10所以，等效输入阻抗为当Af>>1时，输入阻抗可近似为其中等效电感值为图4-1-3密勒积分式模拟电感器03二月2023集成电路原理及应用111.由反相放大器组成的电容倍增器4.1.4电容倍增器图4-1-4反相放大器构成的电容倍增器输入电流为等效输入阻抗为03二月2023集成电路原理及应用12由上式可知，此电路的输入阻抗是电阻R1和等效电容Cie的并联。其中等效电容为03二月2023集成电路原理及应用132.可变电容倍增器图4-1-5可变电容倍增器图中电位器RP的作用是调节电容的倍增系数，由A1组成的跟随器，起缓冲作用，以消除调整时对Cie的影响。其输入阻抗为其输入电流为03二月2023集成电路原理及应用14可见，该电路输入端等效为一电容，其等效电容的容值为调节电位器RP即可改变电容Cie的值。该电路突出的优点是，通过改变电阻就可以得到任意大的电容值。图4-1-5可变电容倍增器03二月2023集成电路原理及应用154.2.2精密U/I变换器4.2.1接地负载的U/I变换器4.2.3精密I/U变换器4.2U/I变换器和I/U变换器03二月2023集成电路原理及应用164.2U/I变换器和I/U变换器A1为同相加法器，A2为跟随器。由图可知Uo2=RLIL,I1=

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图4-2-1由两个运放构成的U/I变换器由两个运放构成的U/I变换器4.2.1接地负载的U/I变换器03二月2023集成电路原理及应用17图4-2-1由两个运放构成的U/I变换器代入U+得要使IL与RL无关，必须使或为此运放电路的匹配条件。03二月2023集成电路原理及应用18所以注意，因此电路为正反馈，所以必须分析其稳定性，为保证至少有10dB的稳定储备，应选择R5>2RL解得图4-2-1由两个运放构成的U/I变换器为简化分析，选取R3=R1,R4=R2,得03二月2023集成电路原理及应用19图4-2-2由运放构成的U/I变换器由图可知I1=

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由该式得2.由一个运放构成的U/I变换器03二月