武汉大学模电课件第六章
61页1、第6章 集成运算放大器的应用,概述,理想运放的特性,1、开环电压增益 Aod=,2、差模输入电阻 Rid=,3、输入偏置电流 IB1=IB2=0,4、输出电阻 R0=0,5、共模抑制比 KCMR=,6、频带宽度 BW=,7、输入失调电压、输入失调电流以及它们的漂移均为零,集成运放的应用,按功能分类,按工作区域分类,线性应用,非线性应用 电压比较器,线性应用的条件,必须引入负反馈,用Xf 抵消Xi ,使Vid Vim,运放工作在线性区。,由于AVO , 为深度负反馈,可用虚短和虚断。,虚断,vP= vN,虚短,增益与负载无关,6.1 集成运算放大器构成的放大电路,一、反相放大器,Rp=Rf/R1,电压并联负反馈,虚短、虚断,(虚地),性能特点,输入电阻小(Ri = R1 ),运放共模输入电压 0,有虚地 设计简单,平衡电阻 输入端对地的静态电阻相等,保证静态时输入差分级的对称性。,i1,例1,设计要求:,Ri = 1M ,AV = -100,解:,R1 = Ri = 1M,为了用低值电阻实现高电压增益的反相比例运算,R2 = R1 = Ri = 1M,取:,R2 R3 ,R4 (k),R
2、4 = 99k,R3 = 1k,二、同相放大器,电压串联负反馈,虚短、虚断,性能特点,输入电阻大(Ri = ),运放共模输入电压 vi,对运放KCMR 要求较高,三、电流与电压转换器,电流电压转换器,电压电流转换器,四、差动放大器,输入电阻,虚短,五、仪器放大器,第二级A3差分电路,第一级A1 、A2,6.2 集成运放组成的基本运算电路,反相比例加法,同相比例加法,反相器,一、加减法电路,例,(1) 求vO 表达式,(2) 说明A1 , A2各构成 什么功能电路。,解:,第一级A1反相比例,第二级A2反相加法,利用反相信号求和 以实现减法运算,多级运放结构,例,求vO 表达式,解: 方法一,虚短、虚断,方法二,叠加定理,vS1单独作用, vS2 =0 :,vS2单独作用, vS1 =0 :,反相比例,同相比例,减法电路,(1) 利用反相信号求和,(2)利用差分式电路,分析方法小结:,(1) 基本的虚短、虚断,(2) 分解为基本电路(多个运放),(3) 叠加原理,特点:,有虚地、结构简单,输入电阻小,特点:,电阻要配对、无虚地、,输入电阻不等,例,求电压增益表达式,解:,A1、A2为电压
3、跟随器, 所以,对A3利用虚短、虚断有,A4为反相比例,解得:,二、积分电路, 特点: 反相比例 Rf C, 输出表达式推导:,根据“虚短、虚断”,得,反相积分运算,方法二: C ZC = 1/sC,例如,设R=10k,C=0.05F。在t=0时VCO=0。而v0经过+6V时,电子开关动作,若vi在t=0时,由0 -3V,,则 解得T=1ms,即延迟时间为1ms,用途,(2)将方波变为三角波,(3)移相900,设输入信号是正弦波,则,vo比vi超前900,且这个相位差与频率无关,但输出电压的幅度随频率升高而下降。,工作原理,因输入端存在“虚地”,故,而i也流过R,故,电路存在的问题: (1)vo与vi成正比,vo对vi的变化非常敏感,故抗干扰能力差。 (2)RC环节对于反馈信号具有滞后作用,它和运放电路的滞后作用合在一起,可能引起自激振荡。 (3)当vi突变时,vo过大,严重时将使电路不能正常工作。,改进措施:,限流,限制vo,三、微分电路,缺点: (1)因VT和IS是温度的函数,故运算精度受温度的影响。 (2)小信号时 与1相差不多,因而误差大。 (3)大电流时,伏安特性与PN结方程
4、差别大,故上式只在小电流时成立。,1、对数电路,工作原理,设vi0,D导通,则有,四、对数和反对数电路,以三极管代替二极管,以获得较大的工作范围。,时,而,注意:vi必须大于零,电路的输出电压小于0.7伏,改进措施:,2、指数运算电路,五、综合运算电路,6.3 集成电压比较器,一、电压比较器的作用,,,单限电压比较器,分类:,滞回(迟滞)电压比较器,窗口电压比较器,电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路,1、单门限电压比较器,特点:开环,,运放工作在非线性状态下,工作原理:,传输特性:,直观,逻辑1(高电平),逻辑0(低电平),其他电路:,同相比较,反相比较,同相过零比较器,反相过零比较器,同(c)图(虚断),分析任务及方法,求传输特性, 方向, 输出电平VOH 、VOL, 门限电压Vth,同相和反相,Vom (运放线性范围=VCC-VCES ),Vom= VCC (忽略饱和压降),Vom= VZ (稳压电路), 输出vO翻转时相应的输入电压,显然当v+ v-时状态翻转,可用虚短、虚断,分析举例1,设运放是理想的, 且VREF= -1V, VZ= 5V,试求门限电压Vth ,画出传
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