第2章_模擬集成電路的線性應(yīng)用

1、2022-4-291 2.0 集成運(yùn)放的傳輸特性及應(yīng)用領(lǐng)域集成運(yùn)放的傳輸特性及應(yīng)用領(lǐng)域 2.1 模擬集成電路的基本放大電路模擬集成電路的基本放大電路 2.2 積分電路積分電路 2.3 微分電路微分電路 2.4 集成儀器放大器集成儀器放大器 2.5 動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器第第2章章 模擬集成電路的線性應(yīng)用模擬集成電路的線性應(yīng)用2022-4-292集成運(yùn)放的傳輸特性及應(yīng)用領(lǐng)域1) 集成運(yùn)放的傳輸特性集成運(yùn)放的傳輸特性 uoUomUomO非線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)ui理理想想運(yùn)運(yùn)放放實(shí)實(shí)際際運(yùn)運(yùn)放放2022-4-293電路結(jié)構(gòu)上存在從輸出端到反向輸入端的負(fù)反饋支路輸入信號(hào)幅度足夠小，以

2、保證集成運(yùn)算放大器的輸出處于最大輸出電壓的范圍內(nèi)。比如，由運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路（包括反相、同相、差動(dòng)放大器），積分電路，微分電路等電路結(jié)構(gòu)上，集成運(yùn)算放大器處于開環(huán)（無(wú)反饋）或存在從輸出端到同相輸入端的正反饋支路，輸出總是處于飽和狀態(tài)，即輸出在正、負(fù)最大值之間變化。比如，對(duì)數(shù)器、指數(shù)器、乘法器、電壓比較器等v 在分析具體的集成運(yùn)放應(yīng)用電路時(shí)，首先判斷集成運(yùn)放工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)，再運(yùn)用線性區(qū)和非線性區(qū)的特點(diǎn)分析電路的工作原理。集成運(yùn)放的傳輸特性及應(yīng)用領(lǐng)域線性應(yīng)用線性應(yīng)用非線性應(yīng)用非線性應(yīng)用2022-4-2942.1.1 反相型放大器反相型放大器1.反相型放大器的理想特性反相型放大器的理想

3、特性(1)基本型反相放大器基本型反相放大器利用理想集成運(yùn)放的條件：利用理想集成運(yùn)放的條件：虛短虛短和和虛斷虛斷，即，即 閉環(huán)增益閉環(huán)增益為為 121122ioFRRIRIRUUA12FRRA即即 2.1 模擬集成電路的基本放大電路模擬集成電路的基本放大電路圖圖2-1-1 基本反相放大器基本反相放大器+ + + + + ui+ + uoR1R2i1i2iB-iB+u = u+ + ， iB = iB+ + 2022-4-295輸入電壓與輸出電壓輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 i12ouRRu或或 i12oURRU也稱也稱比例放大器。比例放大器。 當(dāng)兩個(gè)電阻的比值為當(dāng)兩個(gè)電阻的比值為1

4、 1時(shí)，時(shí)，稱為稱為倒相器。倒相器。 等效輸入電阻等效輸入電阻為為 11111iieRIIRIUR等效輸出電阻等效輸出電阻為為 FARRd0oe1+圖圖2-1-1 基本反相放大器基本反相放大器+ + + + + ui+ + uoR1R2i1i2iB iB+ +2022-4-296理想條件下，理想條件下，(1+AdF)很大很大, ,Ro很小，很小， Roe0；一般一般R1、R2取值范圍為取值范圍為1k 1M ； 對(duì)于反相放大器必須設(shè)法提高其輸入電阻。對(duì)于反相放大器必須設(shè)法提高其輸入電阻。 說(shuō)明說(shuō)明：2022-4-297(2)改進(jìn)型反相放大器之一改進(jìn)型反相放大器之一 目的：目的：保證較大放大倍數(shù)的

5、保證較大放大倍數(shù)的同時(shí)避免使用大電阻同時(shí)避免使用大電阻 圖圖2-1-2 用用T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)代代 替替R2的反相放大器的反相放大器閉環(huán)增益閉環(huán)增益為為 在放大倍數(shù)較大時(shí)，可避免使用大電阻。在放大倍數(shù)較大時(shí)，可避免使用大電阻。但但Rf3的存在，削弱了負(fù)反饋。的存在，削弱了負(fù)反饋。特點(diǎn)特點(diǎn)：滿足了滿足了 Ri = R1 不取大值；不取大值； ioFUUA )(1f3f2f1f2f11RRRRRR+ + + 2022-4-298圖圖2-1-3 采用自舉采用自舉電路的反相放大器電路的反相放大器輸入電阻輸入電阻為為 IIUIUR 1iiii要使要使Ri增大，增大，設(shè)法使設(shè)法使Ii i減小。減小。 目的：目

6、的：提高輸入電阻提高輸入電阻 (2)改進(jìn)型反相放大器之二改進(jìn)型反相放大器之二 2022-4-2992. 反相型放大器的實(shí)際特性反相型放大器的實(shí)際特性分析分析Ad、Rd、R O 不為不為理想條件時(shí)等效電路理想條件時(shí)等效電路 (1)(1)反相放大器的反相放大器的 實(shí)際閉環(huán)增益實(shí)際閉環(huán)增益圖圖2-1-4 考慮了考慮了Ad、Rd和和 Ro的反相放大器電路的反相放大器電路FAFAAAddF0F1+)()(111)()(dF0FsFsAsAsA+或或 )111 (dF0FAA+2022-4-2910式中式中 AF反相放大器的實(shí)際閉環(huán)增益反相放大器的實(shí)際閉環(huán)增益 AF0反相放大器的理想閉環(huán)增益反相放大器的理

7、想閉環(huán)增益 Ad集成運(yùn)放的開環(huán)增益集成運(yùn)放的開環(huán)增益 F實(shí)際反饋系數(shù)，一般實(shí)際反饋系數(shù)，一般F F0 F0理想反饋系數(shù)理想反饋系數(shù) )()(111)()(dF0FsFsAsAsA+ + 2022-4-2911(2)反相放大器的實(shí)際等效輸出電阻反相放大器的實(shí)際等效輸出電阻圖圖2-1-5 輸出電阻等輸出電阻等 效計(jì)算電路效計(jì)算電路等效輸出電阻等效輸出電阻是在無(wú)是在無(wú)負(fù)載時(shí)輸出開路電壓負(fù)載時(shí)輸出開路電壓UO除以短路電流除以短路電流Ik kooeIUR 2ookRUREI + + )/()/(3d213d2iRRRRRRRUU+ + + + Uo Eo Ro Io)(3d3dRRURUA+ + Eo

8、Ad(U U+ +) )2022-4-2912)()()()(od321o23dd1dd3213d2okooeRRRRRRRRRARRRRRRRRRRIUR+ + + + + + + + + + + + 若考慮若考慮Ro R2、Ro R1，則，則FARRdooe1+ + FAZZ)(j1dooe + + FARZdooe1+ + 當(dāng)用阻抗代替電阻時(shí)當(dāng)用阻抗代替電阻時(shí) 當(dāng)信號(hào)頻率當(dāng)信號(hào)頻率 R3 ，Rd (R2+ R0)/R1 同相放大器的同相放大器的優(yōu)點(diǎn)：輸入電阻很高。優(yōu)點(diǎn)：輸入電阻很高。(3)等效輸出電阻等效輸出電阻表達(dá)式與反相放大器等效輸出電阻表達(dá)式相同。表達(dá)式與反相放大器等效輸出電阻表達(dá)

9、式相同。2022-4-29183.同相加法器同相加法器理想運(yùn)放時(shí)理想運(yùn)放時(shí) feoeRRURU+ + 由以上三式得輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為由以上三式得輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為 + + n1jjijefePn21o)/(RURRRRRRRU圖圖2-1-10 同相型加法器同相型加法器U+ U 11jjP1jjij)11)( + + + + nnRRRUU2022-4-2919為了減小實(shí)際運(yùn)放偏流引起的零位輸出，應(yīng)選為了減小實(shí)際運(yùn)放偏流引起的零位輸出，應(yīng)選擇各電阻滿足擇各電阻滿足 Re/Rf Rp/R1/Rn 。輸出電壓與輸入電壓輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為關(guān)系為 n1jjijfoRURU若取若取R1

10、R2 Rn R n1jijfoURRU當(dāng)考慮實(shí)際運(yùn)放當(dāng)考慮實(shí)際運(yùn)放Ad、Rd、Ro后后 實(shí)際輸出電壓與輸入電壓實(shí)際輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為的關(guān)系為 )111)()/(dn1jjijefePn21oFARURRRRRRRU+ + + + 2022-4-2920若取若取 Re/Rf = Rp/R1/Rn 的條件的條件 )111)(dn1jjijfoFARURU+ + 若同時(shí)取若同時(shí)取 R1=R2=Rn=R 有有 )111)(dn1jijfoFAURRU+ + 可見因可見因Ad、Rd 引起求和運(yùn)算引起求和運(yùn)算相對(duì)誤差相對(duì)誤差為為 10011d + + FA )111)()/(dn1jjijefeP

11、n21oFARURRRRRRRU+ + + + 2022-4-29212.1.3 差動(dòng)型放大器差動(dòng)型放大器1.差動(dòng)放大器理想特性差動(dòng)放大器理想特性理想運(yùn)放時(shí)理想運(yùn)放時(shí) i2434URRRU+ + + +o211i1212URRRURRRU+ + + + 當(dāng)滿足匹配條件當(dāng)滿足匹配條件 R3=R1、 R4=R2 時(shí)時(shí)輸入電壓與輸出電壓輸入電壓與輸出電壓關(guān)系為關(guān)系為 )(i1i212oUURRU 圖圖2-1-11 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器2022-4-29222.差動(dòng)放大器實(shí)際特性差動(dòng)放大器實(shí)際特性分析分析Ad和和ACM對(duì)放大特性影響，其余條件均為理想對(duì)放大特性影響，其余條件均為理想CMdo)(21)(

12、AUUAUUU + + + + + + 若取若取R1=R3，R2=R4再考慮到再考慮到AdF01，AdACMi2dCM12odi1i212o)111)(UAARRFAUURRU + + + 第一項(xiàng)為理想放大器的輸出電壓第一項(xiàng)為理想放大器的輸出電壓 第二項(xiàng)為環(huán)路增益為有限值時(shí)引起誤差電壓第二項(xiàng)為環(huán)路增益為有限值時(shí)引起誤差電壓 第三項(xiàng)為共模增益引起誤差電壓第三項(xiàng)為共模增益引起誤差電壓 2022-4-2923由理想運(yùn)放基本條件由理想運(yùn)放基本條件可導(dǎo)出以下關(guān)系式可導(dǎo)出以下關(guān)系式mRUURUUAi1 mRUURUUBi2 + + +nRUUpRRUUmRUUOABAA + + + 圖圖2-1-12 增益

13、可調(diào)增益可調(diào)的差動(dòng)放大器的差動(dòng)放大器3.增益可調(diào)差動(dòng)放大器增益可調(diào)差動(dòng)放大器I1 I3 ，I2 I4 ，UA UB m(Ui2 Ui1 ) ， I3 I5 + + I6 ，2022-4-2924)(11(2i1i2oUUpmmU + + + 通常選通常選 m n , , 所以所以當(dāng)當(dāng)m、n的的值選定后，只需調(diào)節(jié)值選定后，只需調(diào)節(jié)(pR)一一個(gè)電位器即可調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益。個(gè)電位器即可調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：輸入電阻不高；輸入電阻不高； 增益與電位器阻值呈非線性關(guān)系。增益與電位器阻值呈非線性關(guān)系。 實(shí)用時(shí)，實(shí)用時(shí)，加補(bǔ)償電加補(bǔ)償電容容以提高以提高穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。圖圖2-1-12 增益可

14、調(diào)增益可調(diào)的差動(dòng)放大器的差動(dòng)放大器I7 I4 + + I5 ，nRUpRRUUmRUUBBAB + + + + + +)(12(i1i2oUUpmnnmU + + + + 2022-4-29254. 高輸入阻抗差動(dòng)放大器高輸入阻抗差動(dòng)放大器第一級(jí)運(yùn)放為第一級(jí)運(yùn)放為同相放大器，同相放大器，其輸出電壓為其輸出電壓為i1o11UmmU+ + 用疊加原理求第二用疊加原理求第二級(jí)運(yùn)放的級(jí)運(yùn)放的輸出電壓輸出電壓 因兩個(gè)輸入信號(hào)均從同相端因兩個(gè)輸入信號(hào)均從同相端輸入，所以輸入電阻比較高。輸入，所以輸入電阻比較高。 圖圖2-1-13 高輸入阻抗差動(dòng)放大高輸入阻抗差動(dòng)放大器器Uo (1 + + m)Ui2 mU

15、o1 (1 + + m)(Ui2 Ui1)2022-4-29261.反相型積分器反相型積分器理想集成運(yùn)放時(shí)理想集成運(yùn)放時(shí) (1)傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)2.2 積分電路積分電路圖圖2-2-1 基基本反相型本反相型積分器積分器2.2.1 基本積分電路及其理想特性基本積分電路及其理想特性T = RC，T為積分時(shí)間常數(shù)。為積分時(shí)間常數(shù)。 )()()()()()()(1122iosZsIsZsIsUsUsG RsCsZsZ1)()(12 sTsRC11 2022-4-2927(2)頻率特性頻率特性幅頻特性幅頻特性 為幅頻特性的交接頻率。為幅頻特性的交接頻率。 相頻特性相頻特性RCUUA j1)j (io T1

16、)j ( RCGRC1T 2)( 2022-4-2928(3) 輸出電壓與輸入電壓輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系的關(guān)系oi1( )( )du tu ttRC 圖圖2-2-2 基本積分基本積分器的幅頻特性器的幅頻特性圖圖2-2-3 基本積分基本積分器的相頻特性器的相頻特性2022-4-29292.同相型積分器同相型積分器(1)傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)I1 + + I2 I3 即即oi341/()UUUUURRSC+SCRRRURUU+434o3i11o211URRRU+U+=U ，若滿足電阻匹配條件，若滿足電阻匹配條件R1R4=R2R3，例如選取，例如選取R3=R1，R4=R2，則可導(dǎo)出，則可導(dǎo)出理想傳輸函數(shù)

17、理想傳輸函數(shù)為為：sRCsG1)(2112RRRR+圖圖2-2-4 基本基本同相型積分器同相型積分器2022-4-2930(2)頻率特性頻率特性oi(j )UAU其中，其中，幅頻特性幅頻特性為為( )(j )GGRC1T為幅頻特性的交接頻率為幅頻特性的交接頻率 式中式中 相頻特性相頻特性為為2)(3)輸出電壓與輸入電壓輸出電壓與輸入電壓關(guān)系關(guān)系oi12( )( )du tu ttRC此積分器的波特圖與反相積分器相同。此積分器的波特圖與反相積分器相同。 1j RC1jRC T1RC2022-4-29313.差動(dòng)型積分器差動(dòng)型積分器(1)傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)oi2i1( )( )( )( )U sG

18、sUsUs取取R1=R2=R，C1=C2=C，即，即滿足匹配條件時(shí)有：滿足匹配條件時(shí)有：(2)輸出電壓與輸入電壓輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系的關(guān)系 oi2i11( )( )( )du tututtRC1( )G ssRC圖圖2-2-5 差動(dòng)型積分器差動(dòng)型積分器uo+ + + +AR1C1Ui1I2C2R2Ui2I12022-4-29322.2.2 UOS、IB及其漂移對(duì)積分電路的影響及其漂移對(duì)積分電路的影響輸出電壓輸出電壓為為 oosBosi111ddduu tUtItURCRCC + 積分電容積分電容C值越小，產(chǎn)生的誤差值越小，產(chǎn)生的誤差越大；越大；C值越大，誤差越小。值越大，誤差越小。 圖圖2

19、-2-6 考慮了考慮了Uos、IB的的 積分電路積分電路2022-4-29332.2.3 集成運(yùn)放的增益和帶寬對(duì)積分電路影響集成運(yùn)放的增益和帶寬對(duì)積分電路影響集成運(yùn)放的開環(huán)頻率特性為集成運(yùn)放的開環(huán)頻率特性為000000011)(TsTAsAsA+T0是集成運(yùn)放的時(shí)間常數(shù)是集成運(yùn)放的時(shí)間常數(shù) A0是低頻增益是低頻增益 當(dāng)當(dāng)A01, RCT0時(shí)，時(shí)，) 1)(1()(0000+RCsAsATAsG理想積分電路在實(shí)軸上僅有一個(gè)位于原點(diǎn)的極點(diǎn)，理想積分電路在實(shí)軸上僅有一個(gè)位于原點(diǎn)的極點(diǎn)，增益和帶寬為有限值積分電路在實(shí)軸上有兩個(gè)極點(diǎn)。增益和帶寬為有限值積分電路在實(shí)軸上有兩個(gè)極點(diǎn)。 實(shí)際積分器在實(shí)際積分器

20、在低頻低頻范圍內(nèi)，因集成運(yùn)放范圍內(nèi)，因集成運(yùn)放開環(huán)增開環(huán)增益是有限值益是有限值；在；在高頻高頻范圍內(nèi)，因范圍內(nèi)，因帶寬又是有限值帶寬又是有限值，所以都是所以都是不理想不理想情況。情況。積分電路的傳輸函數(shù)為積分電路的傳輸函數(shù)為 2022-4-2934圖圖2- -2- -8 積分電路積分電路的瞬態(tài)響應(yīng)的瞬態(tài)響應(yīng)實(shí)用中，為獲得理想積分特性，積分響應(yīng)在遠(yuǎn)小于實(shí)用中，為獲得理想積分特性，積分響應(yīng)在遠(yuǎn)小于RC時(shí)間內(nèi)結(jié)束或者輸出電壓的幅度遠(yuǎn)小于極限值。時(shí)間內(nèi)結(jié)束或者輸出電壓的幅度遠(yuǎn)小于極限值。 圖圖2- -2- -7 積分電路積分電路的頻率特性的頻率特性2022-4-29352.2.4 積分電路的保持誤差積

21、分電路的保持誤差產(chǎn)生保持誤差的原因是：集成運(yùn)產(chǎn)生保持誤差的原因是：集成運(yùn)放和積分電容某些特性。放和積分電容某些特性。如如開環(huán)增益的不穩(wěn)定，會(huì)使積分開環(huán)增益的不穩(wěn)定，會(huì)使積分電路固定輸出電壓產(chǎn)生波動(dòng)；電路固定輸出電壓產(chǎn)生波動(dòng)；影響保持誤差的影響保持誤差的主要因素是積分電容主要因素是積分電容，所以要根據(jù)，所以要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要很好選擇和處理好積分電容。實(shí)際應(yīng)用的需要很好選擇和處理好積分電容。 圖圖2-2-9 積分電路積分電路的保持誤差的保持誤差有限值有限值A(chǔ)0和輸入電阻產(chǎn)生的泄和輸入電阻產(chǎn)生的泄漏電流使積分電容器電壓泄放；漏電流使積分電容器電壓泄放；電壓和電流的漂移。電壓和電流的漂移。 2022

22、-4-29362.2.5 幾種典型的積分電路幾種典型的積分電路圖圖2-2-10 比例比例積分電路積分電路1.比例積分電路比例積分電路輸出電壓輸出電壓為為 2oii111dRuu tuRCR 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的誤差電壓誤差電壓為為 oos11duUtRCuo+ + + +AR3R1R2Cuios1dItC+2osos11RUI RR+2022-4-29372.求和積分電路求和積分電路oi111duutR C 電路的各時(shí)間常數(shù)是分別確定的，它可用電路的各時(shí)間常數(shù)是分別確定的，它可用于對(duì)兩個(gè)以上的輸入信號(hào)積分相加。由輸入失于對(duì)兩個(gè)以上的輸入信號(hào)積分相加。

23、由輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流所產(chǎn)生的誤差除比例項(xiàng)調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流所產(chǎn)生的誤差除比例項(xiàng)外，各積分項(xiàng)與上式相似。外，各積分項(xiàng)與上式相似。輸出電壓輸出電壓為為 圖圖2-2-11 求和求和積分電路積分電路uo+ + + +ARR2R1Cui2R3ui1ui3i221dutR Ci331dutR C2022-4-29383.重積分電路重積分電路輸出電壓輸出電壓為為 oi224duu tR C 由輸入失調(diào)電壓和輸入失由輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流產(chǎn)生調(diào)電流產(chǎn)生誤差電壓誤差電壓為為 oosososos2222444ddduUtUItItR CR CC+圖圖2-2-12 重積分電路重積分電路uo+ + +

24、+A2RRRC/2uiC/2R/2C2022-4-2939理想傳輸函數(shù)理想傳輸函數(shù)為為 oi( )( )( )UsG sU s幅頻特性幅頻特性為為 T(j )GRCRC1T為幅頻特性的交接頻率為幅頻特性的交接頻率 2.3 微分電路微分電路頻率特性頻率特性為為 oi(j )jUARCU 2.3.1 基本微分器及其理想微分特性基本微分器及其理想微分特性圖圖2-3-1 基本微分器基本微分器式中式中 T=RC 為微分時(shí)間常數(shù)為微分時(shí)間常數(shù) sRC sT2022-4-2940相頻特性相頻特性為為 2)(圖2-3-2 基本微基本微分器的幅頻特性分器的幅頻特性圖圖2-3-3 基本微基本微分器的相頻特性分器的

25、相頻特性輸出電壓與輸入電壓輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系的關(guān)系iod ( )( )du tu tRCt 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差、高頻輸入阻抗低、高頻干擾大。穩(wěn)定性差、高頻輸入阻抗低、高頻干擾大。2022-4-29412.3.2 微分器的實(shí)際微分特性微分器的實(shí)際微分特性1.實(shí)際頻響特性實(shí)際頻響特性傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)為為 dd( ) ( )( )1( ) ( )A s F sG ssRCA s F s +Ad(s)增益函數(shù)增益函數(shù) F(s)反饋函數(shù)反饋函數(shù) 從上式看出，實(shí)際微分器傳輸函數(shù)是從上式看出，實(shí)際微分器傳輸函數(shù)是由一個(gè)由一個(gè)理想微分器理想微分器的傳輸函數(shù)的傳輸函數(shù)和一個(gè)和一個(gè)二階二階振蕩環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)

26、的傳輸函數(shù)構(gòu)成。的傳輸函數(shù)構(gòu)成。 d020d00()()1ATTsTTTAssTTTT +2022-4-2942二階振蕩環(huán)節(jié)的二階振蕩環(huán)節(jié)的傳輸函數(shù)傳輸函數(shù) 0d0020d21)(TTAsTTTTsTTAsG+2222222)2()()(nnnG+圖圖2-3-4 實(shí)際微實(shí)際微分器的幅頻特性分器的幅頻特性幅頻特性幅頻特性 直線直線1為為理想微分特性理想微分特性 曲線曲線2為為二階振蕩環(huán)節(jié)二階振蕩環(huán)節(jié) 曲線曲線3為為實(shí)際微分器的幅頻特性實(shí)際微分器的幅頻特性 曲線曲線4為為運(yùn)放開環(huán)增益的幅頻特性運(yùn)放開環(huán)增益的幅頻特性 2022-4-29432. 實(shí)際微分器對(duì)斜坡輸入電壓的時(shí)域響應(yīng)特性實(shí)際微分器對(duì)斜坡

27、輸入電壓的時(shí)域響應(yīng)特性假設(shè)假設(shè)輸入電壓輸入電壓為負(fù)斜坡電壓為負(fù)斜坡電壓 ui(t) at (t0) 理想的理想的輸出響應(yīng)函數(shù)輸出響應(yīng)函數(shù)為為 saTsGsUsU)()()(io圖圖2-3-5 微分器對(duì)斜坡輸入微分器對(duì)斜坡輸入 電壓的時(shí)間響應(yīng)特性電壓的時(shí)間響應(yīng)特性曲線曲線1是是理想輸出響應(yīng)特性。理想輸出響應(yīng)特性。曲線曲線2是在理想的輸出響應(yīng)是在理想的輸出響應(yīng)aT上迭加了上迭加了一個(gè)衰減振蕩響應(yīng)。一個(gè)衰減振蕩響應(yīng)。 由拉氏反變換得由拉氏反變換得時(shí)時(shí)域輸出響應(yīng)域輸出響應(yīng)為為uo(t) 1Uo(s) aT (t0) 2022-4-29442.3.3 幾種典型的微分電路幾種典型的微分電路1.改進(jìn)型的微分

28、電路改進(jìn)型的微分電路 加入加入R1，自然頻率下降，阻尼，自然頻率下降，阻尼比明顯增大，作用是比明顯增大，作用是消除自激，消除自激，減小高頻諧振峰。減小高頻諧振峰。并聯(lián)反饋電容并聯(lián)反饋電容Cf，作用是作用是降低不必要高頻增益。降低不必要高頻增益。 傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)為為 )1)(1 ()(1fCsRsRCsRCsG+假設(shè)假設(shè) RC1T01111R CRC f111CR則則幅頻特性幅頻特性為為 20T)(1)(+G圖圖2-3-6 改進(jìn)型改進(jìn)型的微分電路的微分電路2022-4-2945圖圖2-3-7 改進(jìn)型微分器改進(jìn)型微分器 的幅頻特性的幅頻特性改進(jìn)型微分器幅頻特性改進(jìn)型微分器幅頻特性當(dāng)當(dāng) 時(shí)，為非微

29、分時(shí)，為非微分的高頻衰減區(qū)，的高頻衰減區(qū)， 0T)(G當(dāng)當(dāng) = 時(shí)，幅頻特性時(shí)，幅頻特性達(dá)到最大增益，達(dá)到最大增益， 00T1( )2G當(dāng)當(dāng) 時(shí)，是理想微分工作區(qū)，時(shí)，是理想微分工作區(qū)， 0在在 時(shí)，其響誤差為時(shí)，其響誤差為 0100)(20f11122CRCR2022-4-29462. 差動(dòng)型的微分電路差動(dòng)型的微分電路 傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)為為 oi2i1( )( )( )( )U sG sUsUs頻率特性頻率特性為為 oi21(j )iUGUU圖圖2-3-9 幅頻特性幅頻特性式中：式中：T2=R2C , T1=R1C 當(dāng)當(dāng) 1時(shí)，增益為時(shí)，增益為 R2/R1，高于高于微分工作區(qū)增益微分工作區(qū)增

30、益，為了降低其影響，為了降低其影響，可在兩個(gè)電阻上并聯(lián)小電容?？稍趦蓚€(gè)電阻上并聯(lián)小電容。 圖圖2-3-8 差動(dòng)微分電路差動(dòng)微分電路21j1jR CRC+211sTsT+2022-4-29473.比例微分電路比例微分電路傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)為為 oi( )( )( )U sG sU s圖圖2-3-10 比例微分電路比例微分電路2213()1sR CRsRCR +2022-4-29482.4.1 集成儀器放大器的工作原理集成儀器放大器的工作原理1.基本儀器放大器電路基本儀器放大器電路2. 工作原理工作原理(1)當(dāng)當(dāng)Ui1單獨(dú)作用單獨(dú)作用， 即即Ui2 = 0時(shí)時(shí) i1121o1URRRU+i113o2

31、URRU2.4 集成儀器放大器集成儀器放大器圖圖2-4-1 儀器放大器電路儀器放大器電路Ui2 = 0， UN = 02022-4-2949(2)當(dāng)當(dāng)Ui2單獨(dú)作用單獨(dú)作用(Ui1= 0)時(shí)時(shí) i2121o2URRRU+ i212o1URRU (3)當(dāng)當(dāng)Ui1、Ui2同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí) o1o1o1UUU+o2o2o2UUU+Ui1 = 0， UM = 0圖圖2-4-1 儀器放大器電路儀器放大器電路122i1i211RRRUURR+133i2i111RRRUURR+2022-4-2950(4)儀器放大器的總輸出電壓及其增益儀器放大器的總輸出電壓及其增益當(dāng)滿足電阻匹配條件，即當(dāng)滿足電阻匹配條件

32、，即 R5 = R4 , R7 = R6 , R3 = R2 輸出電壓輸出電壓 6oo2o14()RUUUR儀器放大器儀器放大器增益增益為為 413216I)(RRRRRRA+通常選通常選 R2R6=R， 1I21RRA+只要只要調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1 ，即可，即可改變改變AI，調(diào)節(jié)增益很方便。，調(diào)節(jié)增益很方便。 儀器放大器是具有高增益、高增益精度、高儀器放大器是具有高增益、高增益精度、高共模抑制比、高輸入電阻、低噪聲、高線性度的共模抑制比、高輸入電阻、低噪聲、高線性度的集成放大器；主要集成放大器；主要應(yīng)用于小信號(hào)放大應(yīng)用于小信號(hào)放大。6123i2i114()()R RRRUUR R+所以所以 2022

33、-4-29512.4.2 集成儀器放大器的特性及其應(yīng)用集成儀器放大器的特性及其應(yīng)用1. INA101超高精度集成儀器放大器超高精度集成儀器放大器(1)主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)失調(diào)電壓低：失調(diào)電壓低：25 V 失調(diào)電壓溫漂?。菏д{(diào)電壓溫漂?。?.25 V/C 非線性?。悍蔷€性?。?.002 噪聲?。涸肼曅。?3nV/0Hz(1kHz)f 共模抑制比高：共模抑制比高：106dB（60Hz） 輸入電阻高：輸入電阻高：1010 2022-4-2952(2)電路框圖及其引腳電路框圖及其引腳圖圖2-4-2 INA101G/INA101P功能框圖與封裝引腳功能框圖與封裝引腳2022-4-2953(3) 應(yīng)用時(shí)的連接

34、方法應(yīng)用時(shí)的連接方法圖圖2-4-3 INA101基本應(yīng)用電路基本應(yīng)用電路輸出電壓輸出電壓為為 GIk401RA+Uo = AI (Ui2 Ui1 )外接外接RG調(diào)節(jié)增益：調(diào)節(jié)增益： 2022-4-2954圖圖2-4-4 INA101輸出部分調(diào)零電路輸出部分調(diào)零電路 改變改變R1、R2的比值，的比值，可以擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍。可以擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍。2022-4-29552. LH0038/LH0038C精密集成儀表放大器精密集成儀表放大器(1) 基本特點(diǎn)基本特點(diǎn) 能夠放大非常微弱的信號(hào)；能夠放大非常微弱的信號(hào)； 能方便地將閉環(huán)增益由能方便地將閉環(huán)增益由100調(diào)至調(diào)至2000； 幾乎可以完美地跟蹤及有效地消除

35、閉環(huán)增益幾乎可以完美地跟蹤及有效地消除閉環(huán)增益隨溫度的變化；隨溫度的變化； 有極好的共模抑制比、電源電壓抑制比、增有極好的共模抑制比、電源電壓抑制比、增益線性度以及非常低的輸入失調(diào)電壓、失調(diào)益線性度以及非常低的輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電壓溫漂和輸入噪聲電壓等特性；電壓溫漂和輸入噪聲電壓等特性； 采用采用16腳陶瓷密封雙列直插式封裝。腳陶瓷密封雙列直插式封裝。 2022-4-2956圖圖2-4-5 LH0038/LH0038C功能框圖功能框圖(2)功能框圖功能框圖2022-4-2957(3)應(yīng)用說(shuō)明應(yīng)用說(shuō)明(a)防護(hù)驅(qū)動(dòng)端防護(hù)驅(qū)動(dòng)端圖圖2-4-6 LH0038防防護(hù)驅(qū)動(dòng)端應(yīng)用護(hù)驅(qū)動(dòng)端應(yīng)用圖圖2-4-7

36、 遠(yuǎn)程讀出的電路遠(yuǎn)程讀出的電路(b)遠(yuǎn)程輸出讀出遠(yuǎn)程輸出讀出直接在負(fù)載端接通直接在負(fù)載端接通加緩沖器提高電流能力加緩沖器提高電流能力2022-4-29582.5.1 動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器的一般技術(shù)動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器的一般技術(shù)圖圖2-5-1 斬波放大器采用斬波放大器采用的雙通道放大電路框圖的雙通道放大電路框圖若若A1、A2的失的失調(diào)電壓分別為調(diào)電壓分別為Uos1、Uos2 ，將其折算到輸入端，其將其折算到輸入端，其等效失調(diào)電壓等效失調(diào)電壓為為oosd1d2UUA A2.5 動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器主放大器主放大器輔助放大器輔助放大器則因失調(diào)電壓引起則因失調(diào)電壓引起零位輸出電壓零

37、位輸出電壓為為Uo Ad1Uos1 Uos2 Ad2 Ad1os1os2os2d2UUUA+2022-4-29592.5.2 動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器的工作原理動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器的工作原理圖圖2-5-2 動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器原理圖動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器原理圖 斬波放大器工作過(guò)程分?jǐn)夭ǚ糯笃鞴ぷ鬟^(guò)程分兩個(gè)工作期：兩個(gè)工作期：誤差檢測(cè)和記憶期誤差檢測(cè)和記憶期 校零和信號(hào)放大期校零和信號(hào)放大期 2022-4-29601. 誤差檢測(cè)和記憶期誤差檢測(cè)和記憶期當(dāng)斬波開關(guān)當(dāng)斬波開關(guān)S1、S2、S3 同時(shí)打向同時(shí)打向“1”位置時(shí)位置時(shí) os2d2d1d2os12dd1d2d1c111UAAAUAAAAU+在存貯電

38、容在存貯電容C1上記憶了失調(diào)電壓。上記憶了失調(diào)電壓。 圖圖2-5-2 動(dòng)態(tài)校零型斬動(dòng)態(tài)校零型斬波放大器原理圖波放大器原理圖Uo1 Ad1(Uos1 Uc1)Uo2 Uc1 Ad2(Uo1 + + Uos2)2022-4-29612.校零和信號(hào)放大期校零和信號(hào)放大期當(dāng)斬波開關(guān)當(dāng)斬波開關(guān)S1、S2、S3 同時(shí)打向同時(shí)打向“2”位置時(shí)位置時(shí) os1d2os2d1id1d2d1d2()11UA UAUA AA A+存貯電容存貯電容C2上的保持電壓上的保持電壓為為 完成了完成了零位校正零位校正和和信號(hào)放大。信號(hào)放大。 運(yùn)放運(yùn)放A1的失調(diào)電壓對(duì)輸入電壓影響的失調(diào)電壓對(duì)輸入電壓影響被降低了（被降低了（1+ Ad1Ad2）倍。）倍。os1d1id1d2(1UAUA A+Uo Ad1(Ui + +Uos1 Uc1) + +Uos3d2os2os3d1d2d1)1A UUA AA+UC2 Uo1 2022-4-29622.5.3 HA2900型動(dòng)態(tài)校零型斬波集成運(yùn)放介紹型動(dòng)態(tài)校零型斬波集成運(yùn)放介紹1. HA2900集成運(yùn)放的主要特性集成運(yùn)放的主要特性 失調(diào)電壓：失調(diào)電壓：20 V； 失調(diào)電壓漂移：失調(diào)電壓漂移：0.3 V/ C； 失調(diào)電流：失調(diào)電流：0.05nA； 失調(diào)電流漂移：失調(diào)電流漂移：1.0pA