电子线路高教第四电子课件五

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

失调和漂移0

推论因则因则第6章集成运算放大器及其应用电路说明：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

因则反相输入端“虚地”。因则由图输出电压表达式：输入电阻输出电阻因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

因则注：同相放大器不存在“虚地”。因由图输出电压表达式：输入电阻输出电阻因深度电压负反馈因则第6章集成运算放大器及其应用电路同相跟随器-+A+-vsvo由图得因由于所以，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：反相放大器同相放大器拉氏反变换

得注：拉氏反变换时第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+-vs1因则因i

0则即整理得说明：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。

令vs2=0则令vs1=0则例如第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：则减法器Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令vs2=0，则令vs1=0，第6章集成运算放大器及其应用电路积分和微分电路有源积分器-+ARC+-vsvo方法一：利用运算法则则方法二：利用拉氏变换拉氏反变换得第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：拉氏反变换得-+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+-vsvo利用运算法得：由于整理得缺点：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由图由于(很小)则(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利用运算法则得由于整理得缺点：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，则分析方法一：由图整理得(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：A1、A2、A3对数放大器A4反对数放大器第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=0vI>0时vO

<0D1、D2vO=0vI<0时vO

>0D1、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v-

>0，即vI>-(R3/R1)VR时：

当v-

<0，即vI

<-(R3/R1)VR时：vo-+AVRR1voR2RL+-D1D2R3vI由图

vO

>0D1、D2传输特性vOvI-R2/R3VRR3R1-vO

<0D1、D2则vO

=0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-+A4vORR/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。三运放仪器放大器由得由得由减法器A3得：若R1=R2、R3=R5、R4=R6整理得vI1+-A1R1-+A2RGvO1vOvI2-+A3R2R3R4R5R6iGvO2第6章集成运算放大器及其应用电路有源反陡馈仪器揉放大器可证明vI1+-A3R1-+A1RGvOIO+-A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2

差放T3、T4

差放A3

跟随器A2

跟随器A1

放大器采用严猛格配对剥的低噪窃声对管改和精密敲电阻，庸可构成稳低噪声解、高精恨度、增硬益可调丽的仪器带放大器膏。第6伍章狗集成运熄算放大委器及其深应用电押路仪器放招大器的血应用仪器放大滑器单片集色成产品：LH00太36、L狼H003顿8、AM宵P-03粪、AD3芬65、A父D524兰等。例：仪器祝放大器构趋成的桥路种放大器温度为娃规定值歉时RT=R路桥撇平衡vo=0。温度变娘化时RTR路尖桥不平栗衡vo产生变化痕。仪器放大器RGRTRRRtoVREFvo第6意章宇集成运猾算放大妨器及其割应用电画路6.1.杀5电流辱传输器电流传但输器：宗通用集帮成器件烧，广泛鹿用于模告拟信号纲处理电怀路中。电流传踪蝶输器电财路符号丧及特点YXZCCvXvYvZiY

=0iXiZY输程入端：iY=0，即RY；X输入逗端：vX=vY，且vX与iX大小无怖关，RX0；Z输出卧端：iZ=iX，且iZ与vZ大小无关弟。第6令章集成角运算放大膨器及其应西用电路电流传贷输器构饱成的模脸拟信号纺处理电腐路YXZCCviRLiXiOR+-互导放大数器互阻放童大器电流放危大器YXZCCisRLiXiOR2R1YXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-第6执章求集成运齐算放大早器及其库应用电缴路负阻变换稀器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiIiZ2R1iZ1RL第6辽章堪集成运眼算放大哥器及其氏应用电布路6.2青集成运放宋性能参数驳及对应用鞠电路影响6.2数.1维集成运露放性能诞参数Avd高(80晋~1回40唇dB)，Rid高(M)，Rod低(<2薄00)差模特性KCMR高(80~刘120信dB)，Ric高(>1探00剃M)共模特性输入直流串误差特性IIB(10早~1捎00A)，VIO(mV)，IIO(为IIB的5%挽~10%)大信号动态虚特性转换速率SR，全功民率带宽BWP第6蒸章斥集成运房诚算放大贷器及其厉应用电励路vidRidvO+-v+v-Avdvid+-Rod+-RicRicIIBIIBIIO2IIO2+-VIO+-AvdvicKCMR集成运放电路模型6.2.再2直流继和低频参腊数对性能轰的影响Avd、Rid、Rod为有限值寸的影响运放应用费场合不同旬，各项性主能参数影弯响也不同践。因此工迹程估算时谢，可针对僻不同场合走，有选择营地分析运造算误差。可证明其中Avd对精度丛影响最耕大。Avd越大，摘运算误问差越小蜂。第6故章信集成运俯算放大表器及其项应用电仍路vidRidvO+-v-Avdvid-

+Rod+-R1Rfvs+-RL-+AR1Rf+-vsvoRLKCMR、Ric为有限恼值的影雅响可证明其中Avd、KCMR越大，同恭相放大器做运算精度屡越高。由于同东相放大抵器输入讲端引入址了共模交信号，呈因此必穿须考虑KCMR的影响。RicvO+-v-AvdvidRod+-R1RfvsRLv+RicRid+-AvdvicKCMR第6唤章集成微运算放大水器及其应坛用电路+--+AR1RfvsvoRL输入偏建置电流IIB对性能眨的影响-+AR1Rf+-vsvoR+=R1//Rf则IIB在外电卫路反相拣端产生捐的直流嫂电压：则IIB在外电齐路同相形端产生醉的直流据电压：设R-、R+分别为欺外电路刚在反相衫端和同饰相端等答效的直狐流电阻冤。输入偏置电流若则输出无失昆调例：注：平衡稻电阻R+的接入隔对性能感指标计释算没有姥影响，枯但运算巾精度得童到明显波改善。因此，为减小IIB对运算精度的影响，要求外接在集成运放两输入端的直流电阻相等。第6唱章栽集成运议算放大胁器及其并应用电培路失调电流IIO与失调电张压VIO的影响可证明为减小失摊调的影响沿：在R+较小时，校应选择VIO小的运放匠；在R+较大时瘦，应选换择IIO小的运凉放。第6讯章集成看运算放大毛器及其应含用电路vO+-R1RfRLIIBIIBIIO2IIO2+-VIOR+6.2风.3紧高频参质数对性票能的影僵响小信号频餐率参数开环带旱宽BW内补偿的剥集成运放冶可近似看脏成是单极邀点系统，纤该运放的星上限截止密频率即开忌环带宽BW(或称彻3d步B带肝宽)。单位增蜻益带宽BWG指增益下腰降到1(0d像B)时对应扰的频率攀。小信鸽号工作衬时，其宵值为常煌数，且BWG=AvdI·BW。当运放闭扇环工作时削，BWG等于反怎馈电路岔的增益什带宽积驻。反馈越册深，Avf越小，闭筛环带宽BWf越宽。即BWG=Avf·BWf第6基章俊集成运差算放大万器及其守应用电始路大信号之动态参絮数指集成运替放输出电遗压随时间夸最大可能搁的变化速钢率。其值越们大，运酱放高频赖性能越绩好。影响SR主要原困因：运倡放内部坛存在寄开生电容爹和相位买补偿电限容。转换速率(又称压摆率)指集成运潮放输出最挽大不失真题峰值电压眠时，允许嚼的最高工洁作频率。全功率带宽当SR一定时展，最大恩不失真驾输出电活压与工岛作频率剑成反比腹。工作吹频率越渣高，不处失真输紫出的Vom就越小饱。第6唱章集成痕运算放大叹器及其应雪用电路6.4纹集成电压孙比较器电压比捡较器的就作用比较两话输入信似号大小勾，并以储输出高姜、低电呈平来指或示。电压比较幻玉器的特点输入模攻拟量，弦输出数偷字量。义实现模访拟量与谊数字量镜间的转通换。6.4.郊1电压鲁比较器的稻作用电压比较份器工作原玻理可知，只少要开环Avd很大，则v+、v-间的微坏小差值滚，即可检使运放淹输出工叹作在饱拢和状态孙。由v+>v-时，vO=Voma朵x(正饱和兽值)v+<v-时，vO=Vomi追n(负饱和钻值)v+=v-时，逻辑状态闷转换因此第6蜂章集成码运算放大沟器及其应机用电路理想比较组特性-+AvOvIVREFvIvOVREFVomaxVominOvI<VREF时，vO=Voma扮xvI>VREF时，vO=VominvI=VREF时，逻辑状复态转换理想特菠性vIvOVREFVomaxVominO实际比较丽特性实际特性vI<VREF-Vomax/Avd时，vO=VomaxvI>VREF-Vomin/Avd时，vO=Vomin注：Avd越大，贵比较特扔性越接桃近理想顷特性，VREF作为门恢限值的比较精疯度越高辛。第6帮章集成宰运算放大娱器及其应帮用电路6.4.炊1具有梳不同比较岭特性的电滚压比较器单限电压食比较器特点：猪运放开溜环工作奏。过零比栽较器-+AvOvI+-R1D1D2RR(VREF=0)R1限流电阻脸，与D1、D2共同构睁成电平棚变换电赠路。VOH=VZ+VD(on)VOL=-(VZ+VD(on))vIvOVOHVOLO比较特性tvOOtvIO第6望章集成概运算放大殃器及其应姑用电路单限比三较器-+AvOvI+-R3D1D2R1//R2VREFR1R2i1i2分析方愿法：1)令v-=v+，求出的约输入电京压vI即门限抽电平。2)分别分析vI大于门葵限、小侄于门限奴时的输较出vO电平。令得门限电平即v+<v-若则vO=VOL即v+>v-若则vO=VOH比较特性vIvOVOHVOLVREFR2R1-第6般章集成鸽运算放大粪器及其应熊用电路单限比犁较器优柱点：电路结梁构简单越，可不展计有限KCMR的影响。单限比较余器缺点：电路抗干截扰能力差嚷。例如：券过零比底较器，四当门限千电平附词近出现嫌干扰信边号时，熄输出会质出现误伴操作。tvOOvItO第6您章集成壁运算放大丘器及其应幻玉用电路迟滞比亿较器(施密特臂触发器)-+AvOvI+-R3D1D2RVREFR1R2特点正反馈电路具有双门限令得门限电届平：反相输附入迟滞能比较器迟滞宽药度：vIvOVOHO比较特性VOLVILVIH第6耐章您集成运每算放大泻器及其醒应用电哪路-+AvOvI+-R3D1D2RVREFR1R2令得门限过电平：同相输入霉迟滞比较喂器迟滞宽盏度：vIvOVOHO比较特性VOLVILVIH将反相确迟滞比独较器中娃的vI与VREF交换，即迅得同相输蛇入迟滞比率较器。第6恋章纹集成运绳算放大惨器及其倦应用电锡路迟滞比较者器优点：电路抗干看扰能力强。例：反羡相输入梢迟滞比后较器的闷比较特