电子线路高教第四电子课件一三

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。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三反馈三仪器三放大三器可证三明vI1+-A3R1-+A1RGvOIO+-A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2

差放T3、T4

差放A3

跟随器A2

跟随器A1

放大器采用三严格三配对三的低三噪声三对管三和精三密电三阻，三可构三成低三噪声三、高三精度三、增三益可三调的三仪器三放大三器。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路仪器三放大三器的三应用仪器三放大三器单三片集三成产三品：LH三00三36三、L三H0三03三8、三AM三P-三03三、A三D3三65三、A三D5三24三等三。例：三仪器三放大三器构三成的三桥路三放大三器温度三为规三定值三时RT=R路三桥平三衡vo=0。温度三变化三时RTR三路桥三不平三衡三vo产生三变化三。仪器放大器RGRTRRRtoVREFvo第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路电流三传输三器电流三传输三器：三通用三集成三器件三，广三泛用三于模三拟信三号处三理电三路中三。电流三传输三器电三路符三号及三特点YXZCCvXvYvZiY

=0iXiZY三输入三端：iY=0，三即RY三；X三输入三端：vX=vY，且vX与iX大小三无关三，RX三0；Z三输出三端：iZ=iX，且iZ与vZ大小三无关三。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路电流三传输三器构三成的三模拟三信号三处理三电路YXZCCviRLiXiOR+-互导三放大三器互阻三放大三器电流三放大三器YXZCCisRLiXiOR2R1YXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路负阻三变换三器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiIiZ2R1iZ1RL第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路6.三2三集成三运放三性能三参数三及对三应用三电路三影响集成三运放三性能三参数Avd高(80三~三1三40三d三B)，Rid高(M)，Rod低(<三20三0)差模三特性KCM三R高(80三~三1三20三d三B)，Ric高(>三10三0三M)共模三特性输入三直流三误差三特性IIB(10三~三1三00A)，VIO(mV)，IIO(为IIB的三5%三~10%)大信号三动态三特性转换三速率SR，全三功率三带宽BWP第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路vidRidvO+-v+v-Avdvid+-Rod+-RicRicIIBIIBIIO2IIO2+-VIO+-AvdvicKCMR集成运放电路模型直流三和低三频参三数对三性能三的影三响Avd、Rid、Rod为有三限值三的影三响运放三应用三场合三不同三，各三项性三能参三数影三响也三不同三。因三此工三程估三算时三，可三针对三不同三场合三，有三选择三地分三析运三算误三差。可证三明其中Avd对精三度影三响最三大。Avd越大三，运三算误三差越三小。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路vidRidvO+-v-Avdvid-

+Rod+-R1Rfvs+-RL-+AR1Rf+-vsvoRLKCM三R、Ric为有三限值三的影三响可证三明其中Avd、KCM三R越大三，同三相放三大器三运算三精度三越高三。由于三同相三放大三器输三入端三引入三了共三模信三号，三因此三必须三考虑KCM三R的影三响。RicvO+-v-AvdvidRod+-R1RfvsRLv+RicRid+-AvdvicKCMR第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路+--+AR1RfvsvoRL输入三偏置三电流IIB对性三能的三影响-+AR1Rf+-vsvoR+=R1//Rf则IIB在外三电路三反相三端产三生的三直流三电压三：则IIB在外三电路三同相三端产三生的三直流三电压三：设R-、R+分别三为外三电路三在反三相端三和同三相端三等效三的直三流电三阻。输入偏置电流若则输出三无失三调例：注：三平衡三电阻R+的接三入对三性能三指标三计算三没有三影响三，但三运算三精度三得到三明显三改善三。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。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路失调三电流IIO与失三调电三压VIO的影三响可证三明为减三小失三调的三影响三：在R+较小三时，三应选三择VIO小的三运放三；在R+较大三时，三应选三择IIO小的三运放三。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路vO+-R1RfRLIIBIIBIIO2IIO2+-VIOR+高频三参数三对性三能的三影响小信三号频三率参三数开环三带宽BW内补三偿的三集成三运放三可近三似看三成是三单极三点系三统，三该运三放的三上限三截止三频率三即开三环带三宽BW(或称三3三d三B三带宽)。单位三增益三带宽BWG指增三益下三降到三1(0三dB)时对三应的三频率三。小三信号三工作三时，三其值三为常三数，三且BWG=AvdI·BW。当运三放闭三环工三作时三，BWG等于三反馈三电路三的增三益带三宽积三。反馈三越深三，Avf越小三，闭三环带三宽BWf越宽三。即BWG=Avf·BWf第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路大信三号动三态参三数指集三成运三放输三出电三压随三时间三最大三可能三的变三化速三率。其值三越大三，运三放高三频性三能越三好。影响SR主要三原因三：运三放内三部存三在寄三生电三容和三相位三补偿三电容三。转换速率(又称压摆率)指集三成运三放输三出最三大不三失真三峰值三电压三时，三允许三的最三高工三作频三率。全功率带宽当SR一定三时，三最大三不失三真输三出电三压与三工作三频率三成反三比。三工作三频率三越高三，不三失真三输出三的Vom就越三小。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路6.三4三集成三电压三比较三器电压三比较三器的三作用比较三两输三入信三号大三小，三并以三输出三高、三低电三平来三指示三。电压三比较三器的三特点输入三模拟三量，三输出三数字三量。三实现三模拟三量与三数字三量间三的转三换。电压三比较三器的三作用电压三比较三器工三作原三理可知三，只三要开三环Avd很大三，则v+、v-间的三微小三差值三，即三可使三运放三输出三工作三在饱三和状三态。由v+>v-时，vO=Vom三ax(正三饱和三值)v+<v-时，vO=Vom三in(负三饱和三值)v+=v-时，逻辑三状态三转换因此第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路理想三比较三特性-+AvOvIVREFvIvOVREFVomaxVominOvI<VRE三F时，vO=Vom三axvI>VRE三F时，vO=Vom三invI=VRE三F时，逻辑三状态三转换理想三特性vIvOVREFVomaxVominO实际三比较三特性实际三特性vI<VRE三F-Vom三ax/Avd时，vO=Vom三axvI>VRE三F-Vom三in/Avd时，vO=Vom三in注：Avd越大三，比三较特三性越三接近三理想三特性三，VRE三F作为三门限三值的比较三精度三越高三。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路具有三不同三比较三特性三的电三压比三较器单限三电压三比较三器特点三：运三放开三环工三作。过零三比较三器-+AvOvI+-R1D1D2RR(VRE三F=三0)R1限流三电阻三，与三D1、D2共同三构成三电平三变换三电路三。VOH=VZ+VD(on)VOL=-(VZ+VD(on))vIvOVOHVOLO比较特性tvOOtvIO第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路单限三比较三器-+AvOvI+-R3D1D2R1//R2VREFR1R2i1i2分析三方法三：1)令v-=v+，求出三的输三入电三压vI即门三限电三平。2)分别三分析vI大于三门限三、小三于门三限时三的输三出vO电平三。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-第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路单限三比较三器优三点：电路三结构三简单三，可三不计三有限KCM三R的影三响。单限三比较三器缺三点：电路三抗干三扰能三力差三。例如三：过三零比三较器三，当三门限三电平三附近三出现三干扰三信号三时，三输出三会出三现误三操作三。tvOOvItO第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路迟滞三比较三器(施密三特触三发器)-+AvOvI+-R3D1D2RVREFR1R2特点正反馈电路具有双门限令得门三限电三平：反相三输入三迟滞三比较三器迟滞三宽度三：vIvOVOHO比较特性VOLVILVIH第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路-+AvOvI+-R3D1D2RVREFR1R2令得门三限电三平：同相三输入三迟滞三比较三器迟滞三宽度三：vIvOVOHO比较特性VOLVILVIH将反三相迟三滞比三较器三中的vI与VRE三F交换三，即三得同三相输三入迟三滞比三较器三。第三6三章三集成三运算三放大三器及三其应三用电三路迟滞三比较三器优三点：电路三抗干三扰能三力强。例：三反相三输入三迟滞三比较三器的三比较三特性三如图三示，三在已三知输三入信三号时三，试三画输三出信