集成运放及其应用电路

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,-,+,A,Z,1,Z,f,v,o,v,s1,v,s2,i,Z,1,或,Z,f,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。,Z,1,或,Z,f,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,-,+,A,v,O,v,I,V,REF,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,-,+,A,R,1,R,f,+,-,v,s,v,o,i,f,i,1,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,-,+,A,R,1,R,f,+,-,v,s,v,o,i,f,i,1,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,+,-,v,s,v,o,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,R,1,、,R,f,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,-,+,A,R,2,R,f,+,-,v,s2,v,o,i,f,i,2,R,1,i,1,+,-,v,s1,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,v,s2,=0,则,令,v,s1,=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,-,+,A,R,2,R,f,+,-,v,s1,v,o,R,1,+,-,v,s2,R,3,利用叠加原理：,则,减法器,R,f,-,+,A,R,3,v,s1,v,o,R,2,v,s2,R,1,令,v,s2,=0,，,则,令,v,s1,=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,-,+,A,R,C,+,-,v,s,v,o,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,-,+,A,R,C,+,-,v,s,v,o,波形变换,t,v,s,O,输入方波,积分输出三角波,v,o,t,O,微分输出尖脉冲,t,v,o,O,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,-,+,A,R,+,-,v,s,v,o,利用运算法得：,由于,整理得,缺点：,v,o,受温度影响大、动态范围小,。,v,s,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,V,CC,-,+,A,1,+,-,v,s,v,o,+-,A,2,+,-,R,L,R,3,R,4,t,v,B2,R,2,R,5,T,1,T,2,R,1,i,C2,i,C1,由图,由于,(,很小,),则,(,T,1,、,T,2,特性相同,),利用,R,4,补偿,V,T,，,改善温度特性。,v,S,大范围变化时，,v,O,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：,v,o,受温度影响大,。,v,s,必须小于,0,。,-,+,A,R,+,-,v,s,v,o,T,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,乘、除法器,v,O1,-,+,A,1,v,X,R,X,i,X,R,1,i,X,T,1,v,O2,-,+,A,2,v,Y,R,Y,i,Y,R,2,i,Y,T,2,-,+,A,4,T,4,i,O,v,O,R,4,i,O,-,+,A,3,R,3,v,O3,T,3,v,Z,R,Z,i,Z,i,Z,因,T,1,、,T,2,、,T,3,、,T,4,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,v,o1,-,+,A,1,v,X,R,X,i,X,R,1,i,X,T,1,v,o2,-,+,A,2,v,Y,R,Y,i,Y,R,2,i,Y,T,2,-,+,A,4,T,4,i,O,v,O,R,4,i,O,-,+,A,3,R,3,v,o3,T,3,v,Z,R,Z,i,Z,i,Z,分析方法二：,A,1,、,A,2,、,A,3,对数放大器,A,4,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。,v,o,-,+,A,v,I,R,1,v,o,R,2,R,L,+,-,D,1,D,2,v,I,=0,时,v,O,=0,D,1,、,D,2,v,O,=0,v,I,0,时,v,O,0,D,1,、,D,2,v,O,=0,v,I,0,D,1,、,D,2,v,O,=,-(,R,2,/,R,1,),v,I,工作原理：,v,O,v,I,-,R,2,/,R,1,传输特性,v,I,t,v,O,t,v,I,R,2,R,1,-,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,v,I,-,(,R,3,/,R,1,),V,R,时：,当,v,-,0,，,即,v,I,0,D,1,、,D,2,传输特性,v,O,v,I,-,R,2,/,R,3,V,R,R,3,R,1,-,v,O,0,D,1,、,D,2,则,v,O,=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,/,R,1,v,O1,-,+,A,1,V,R1,R,r,1,R,D,1,D,2,R,1,v,I,v,O2,-,+,A,2,V,R2,R,r,2,R,D,3,D,4,R,2,R,R,-,+,A,3,V,R3,R,r,3,R,D,5,D,6,R,3,R,v,O3,-,+,A,4,v,O,R,R,/,R,2,R,/,R,3,v,O,v,I,v,I1,v,I2,v,I3,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：,K,CMR,很高、,R,i,很大，,A,v,在很大范围内可调。,三运放,仪器放大器,由,得,由,得,由减法器,A,3,得：,若,R,1,=,R,2,、,R,3,=,R,5,、,R,4,=,R,6,整理得,v,I1,+,-,A,1,R,1,-,+,A,2,R,G,v,O1,v,O,v,I2,-,+,A,3,R,2,R,3,R,4,R,5,R,6,i,G,v,O2,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,有源反馈仪器放大器,可,证明,v,I1,+,-,A,3,R,1,-,+,A,1,R,G,v,O,I,O,+,-,A,2,R,2,R,3,V,CC,R,5,R,6,i,G,v,I2,R,S,V,EE,i,S,I,O,R,4,T,1,T,2,T,3,T,4,T,1,、,T,2,差放,T,3,、,T,4,差放,A,3,跟随器,A,2,跟随器,A,1,放大器,采用严格配对的低噪声对管和精密电阻，可构成低噪声、高精度、增益可调的仪器放大器。,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,仪器放大器的应用,仪器放大器单片集成产品：,LH0036,、,LH0038,、,AMP-03,、,AD365,、,AD524,等。,例：仪器放大器构成的桥路放大器,温度为规定值时,R,T,=,R,路桥,平衡,v,o,=,0,。,温度变化时,R,T,R,路桥不平衡,v,o,产生变化。,仪器,放大器,R,G,R,T,R,R,R,t,o,V,REF,v,o,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,6.1.5,电流传输器,电流传输器：通用集成器件，广泛用于模拟信号处理电路中。,电流传输器电路符号及特点,Y,X,Z,CC,v,X,v,Y,v,Z,i,Y,=,0,i,X,i,Z,Y,输入端：,i,Y,=,0,，,即,R,Y,；,X,输入端：,v,X,=,v,Y,，,且,v,X,与,i,X,大小无关，,R,X,0,；,Z,输出端：,i,Z,=,i,X,，,且,i,Z,与,v,Z,大小无关。,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,电流传输器构成的模拟信号处理电路,Y,X,Z,CC,v,i,R,L,i,X,i,O,R,+,-,互导放大器,互阻放大器,电流放大器,Y,X,Z,CC,i,s,R,L,i,X,i,O,R,2,R,1,Y,X,Z,CC1,i,i,R,v,o,i,Z1,R,L,Y,X,CC2,Z,+,-,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,负阻变换器,Y,X,Z,CC2,i,X1,R,2,Y,X,CC1,Z,v,i,i,I,i,Z2,R,1,i,Z1,R,L,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,6.2,集成运放性能参数及对应用电路影响,6.2.1,集成运放性能参数,A,v,d,高,(,80 140 dB,),，,R,id,高,(,M,),，,R,od,低,(,100 M,),共模特性,输入直流误差特性,I,IB,(,10 100,A,),，,V,IO,(,mV,),，,I,IO,(,为,I,IB,的,5%,10,%,),大,信号动态特性,转换速率,S,R,，,全功率带宽,BW,P,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,v,id,R,id,v,O,+,-,v,+,v,-,A,vd,v,id,+,-,R,od,+,-,R,ic,R,ic,I,IB,I,IB,I,IO,2,I,IO,2,+,-,V,IO,+,-,A,vd,v,ic,K,CMR,集成运放电路模型,6.2.2,直流和低频参数对性能的影响,A,v,d,、,R,id,、,R,od,为有限值的影响,运放应用场合不同，各项性能参数影响也不同。因此工程估算时，可针对不同场合，有选择地分析运算误差。,可证明,其中,A,v,d,对精度影响最大。,A,v,d,越大，运算误差越小。,第,6,章集成运算放大器及其应用电路,v,id,R,id,v,O,+,-,v,-,A,vd,v,id,-,+,R,od,+,-,R,1,R,f,v,s,+,-,R,L,-,+,A,R,1,R,f,+,-,v,s,v,o,R,L,K,CMR,、,R,ic,为有限值的影响,可证明,其中,A,v,d,、,K,CMR,越大，同相放大器运算精