集成運算放大器及其應(yīng)用電路

1、6.4 集成電壓比較器6.1 集成運放應(yīng)用電路的組成原理 第六章 集成運算放大器及其應(yīng)用電路 16.1 集成運放應(yīng)用電路的組成原理 根據(jù)集成運放自身所處的工作狀態(tài)，運放應(yīng)用電路分：線性應(yīng)用電路和非線性應(yīng)用電路兩大類。 線性應(yīng)用電路 -+AZ1Zfvovs1vs2iZ1或Zf采用非線性器件（如三極管），則可構(gòu)成對數(shù)、反對數(shù)、乘法、除法等運算電路。Z1或Zf采用線性器件(R、C)，則可構(gòu)成加、減、積分、微分等運算電路。組成：集成運放外加深度負(fù)反饋。 因負(fù)反饋作用，使運放小信號工作，故運放處于線性狀態(tài)。 2 非線性應(yīng)用電路 -+AvovIVREF組成特點：運放開環(huán)工作。 由于開環(huán)工作時運放增益很大，

2、因此較小的輸入電壓，即可使運放輸出進(jìn)入非線區(qū)工作。例如電壓比較器。6.1.1 集成運放理想化條件下兩條重要法則 理想運放 失調(diào)和漂移0 推論因則因則3說明：相當(dāng)于運放兩輸入端“虛短路”。 虛短路不能理解為兩輸入端短接，只是(v-v+)的值小到了可以忽略不計的程度。實際上，運放正是利用這個極其微小的差值進(jìn)行電壓放大的。 同樣，虛斷路不能理解為輸入端開路，只是輸入電流小到了可以忽略不計的程度。相當(dāng)于運放兩輸入端“虛斷路”。 實際運放低頻工作時特性接近理想化，因此可利用“虛短、虛斷”運算法則分析運放應(yīng)用電路。此時，電路輸出只與外部反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)，而不涉及運放內(nèi)部電路。4 集成運放基本應(yīng)用電路 反相

3、放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1類型：電壓并聯(lián)負(fù)反饋 因則反相輸入端“虛地”。因則由圖輸出電壓表達(dá)式：輸入電阻輸出電阻因因深度電壓負(fù)反饋 ，5 同相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1類型：電壓串聯(lián)負(fù)反饋 因則注：同相放大器不存在“虛地”。因由圖輸出電壓表達(dá)式：輸入電阻輸出電阻因深度電壓負(fù)反饋 ，因則6 同相跟隨器 -+A+-vsvo由圖得因由于所以，同相跟隨器性能優(yōu)于射隨器。 歸納與推廣 當(dāng)R1 、Rf為線性電抗元件時，在復(fù)頻域內(nèi)：反相放大器同相放大器拉氏反變換 得注：拉氏反變換時 7 加、減運算電路 反相加法器 6.1.2 運算電路-+AR2Rf+-vs2voifi2R1i

4、1+-vs1因則因則即整理得說明：線性電路除可以采用“虛短、虛斷”概念外，還可采 用疊加原理進(jìn)行分析。 令vs2=0則令vs1=0則例如8 同相加法器 -+AR2Rf+-vs1voR1+-vs2R3利用疊加原理：則 減法器 Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令vs2=0，則令vs1=0，9 積分和微分電路 有源積分器 -+ARC+-vsvo方法一：利用運算法則則方法二：利用拉氏變換拉氏反變換得10 有源微分器 利用拉氏變換：拉氏反變換得-+ARC+-vsvo 波形變換 tvs0輸入方波積分輸出三角波vot0微分輸出尖脈沖tvo011 對數(shù)、反對數(shù)變換器 對數(shù)變換器 -+AR+-vsvo利用

5、運算法得：由于整理得缺點：vo受溫度影響大、動態(tài)范圍小。vs必須大于0。12 反對數(shù)變換器 利用運算法則得由于整理得缺點：vo受溫度影響大。vs必須小于0。-+AR+-vsvoT136.1.3 儀器放大器 儀器放大器是用來放大微弱差值信號的高精度放大器。 特點：KCMR很高、 Ri 很大， Av 在很大范圍內(nèi)可調(diào)。 三運放儀器放大器 由得由得由減法器A3得：若R1 = R2 、 R3 = R5 、 R4 = R6 整理得vI1+ -A1R1-+A2RGvo1vOvI2-+A3R2R3R4R5R6iGvo2146.1.3 精密整流電路 精密半波整流電路 利用集成運放高差模增益與二極管單向?qū)щ娞匦?/p>

6、，構(gòu)成對微小幅值電壓進(jìn)行整流的電路。vo-+AvIR1voR2RL+-D1D2 vI =0時 vO =0 D1、D2 vO=0 vI 0時 vO 0 D1、D2 vO=0 vI 0 D1、D2 vO= -(R2 / R1)vI工作原理：vOvI-R2 / R1傳輸特性vItvOtvIR2R1-輸入正弦波輸出半波15 精密轉(zhuǎn)折點電路 當(dāng)v- 0，即 vI -(R3 / R1)VR 時： 當(dāng)v- 0，即 vI 0 D1、D2 傳輸特性vOvI-R2 / R3VRR3R1-vO v- 時， vo=Vomax（正飽和值） v+ v- 時， vo=Vomin （負(fù)飽和值） v+ = v- 時，邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)

7、換 因此17 理想比較特性-+AvovIVREFvIvoVREFVomaxVomin0vI VREF 時， vo=VominvI = VREF 時，邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換 理想特性vIvoVREFVomaxVomin0 實際比較特性實際特性vI VREF -Vomin /Avd 時， vo=Vomin注：Avd 越大，比較特性越接近理想特性， VREF作為 門限值的比較精度越高。186.4.1 具有不同比較特性的電壓比較器 單限電壓比較器 特點：運放開環(huán)工作。 過零比較器 -+AvovI+-R1D1D2RR（VREF =0） R1限流電阻，與D1、D2共同構(gòu)成電平變換電路。VOH = VZ + VD(o

8、n) VOL= -( VZ + VD(on) ) vIvoVOHVOL0比較特性tvO0tvI019 單限比較器 -+AvovI+-R3D1D2R1/R2VREFR1R2i1i2分析方法：1）令v-= v+求出的輸入電壓vI 即門限電平。2）分別分析vI大于門限、小于門限時的輸出vO電平。令得門限電平即v+ v-若則vO = VOH比較特性vIvoVOHVOLVREFR2R1-20 單限比較器優(yōu)點： 電路結(jié)構(gòu)簡單，可不計有限KCMR的影響。 單限比較器缺點： 電路抗干擾能力差。 例如：過零比較器，當(dāng)門限電平附近出現(xiàn)干擾信號時，輸出會出現(xiàn)誤操作。 tvO0vIt021 遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）

9、 -+AvovI+-R3D1D2RVREFR1R2特點正反饋電路。具有雙門限。令得門限電平： 反相輸入遲滯比較器 遲滯寬度： vIvoVOH0比較特性VOLVILVIH22-+AvovI+-R3D1D2RVREFR1R2令得門限電平： 同相輸入遲滯比較器 遲滯寬度： vIvoVOH0比較特性VOLVILVIH 將反相遲滯比較器中的vI與VREF交換，即得同相輸入遲滯比較器。23 遲滯比較器優(yōu)點： 電路抗干擾能力強(qiáng)。 例：反相輸入遲滯比較器的比較特性如圖示，在已知輸入信號時，試畫輸出信號波形。vI (V)vo(V)0比較特性7-7-66vI (V)t010-106- 6tvO (V)07-724 遲滯比較器應(yīng)用方波發(fā)生器 -+Avo+-R3D1D2RR1R2C門限電平設(shè)t =0時，vO=VOH ，初始 vC=0則VOH 經(jīng)R向C充電 vC按指數(shù)規(guī)律當(dāng)vC VIH 時 vO跳變?yōu)閂OL此時C經(jīng)R放電 vC按指數(shù)規(guī)律當(dāng)vC