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1、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,1. 集成运放理想化条件,理想运放：,失调和漂移0,2、理想运放的两个工作区,1） 线性区,为有限值,差模电压增益 ,差模输入电阻 ；,（虚短）,（虚断）,O,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
2、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。,如果信号从反向端输入，同相端接地 由虚短 ，反相端近于“地”电位，即虚地。,虚短、虚地是运放工作在线性区时的分析依据。,理想运放的工作在线性区时电路的特点为一定引入负反馈。,运算电路中的运放的工作在线性区。,2） 非线性区,O,（2）,（1）,（3）,理想运放工作在非线性区时的电路特点为不引入反馈或引入正反馈。,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,Z1 或 Zf 采用非线性器件(如三极
3、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。,非线性应用电路,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性区工作。例如电压比较器。,集成运放基本应用电路,反相放大器,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,同相放大器,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
4、,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,同相跟随器,由图得,因,由于,所以，同相跟随器性能优于射随器。,时的同相放大器,加、减运算电路,反相加法器,6.1.2 运算电路,因,则,因 i 0,则,即,整理得,同相加法器,利用叠加原理：,则,减法器,令 vs2 = 0，,则,令 vs1 = 0，,积分和微分电路,有源积分器,有源微分器,整理得,波形变换,输入方波,积分输出三角波,微分输出尖脉冲,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。,vI = 0 时 vO = 0 D1 、D2 vO =
5、0,vI 0 时 vO 0 D1 、D2 vO = 0,vI 0 D1、D2 , vO = -(R2 / R1)vI,工作原理：,输入正弦波,输出半波,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：,由图,vO 0 D1、D2 ,vO 0 D1 、D2,则 vO = 0,则,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：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=R 、 R3 = R5 、 R
6、4 = R6,整理得,6.2 集成运放的性能参数及其对应用电路的影响,差模特性,集成运放在差模输入信号作用下呈现的特性。其参数有：,6.2.1 集成运放性能参数,共模特性,集成运放在共模输入信号作用下呈现的特性。其参数有：,输入直流误差特性,集成运放的输入失调特性。其参数有：,输出为零时输入端所加的补偿电压,输入差放级T1、T2管的基极（栅极）偏置电流,大信号动态特性,Avd、Rid、Rod 为有限值的影响,集成运放构成放大电路时， Avd的影响是主要的，其值越大，实际增益与理想增益的误差越小，电路的其他性能指标越好；,6.2.2 直流和低频参数对性能的影响,KCMR、Ric为有限值的影响,集
7、成运放构成放大电路时， KCMR值越大，输出电压的误差越小；,IIB、IIO、VIO 为有限值的影响,集成运放同相输入端接补偿电阻R2,小信号频率参数,单位增益频率BWG ：反馈放大器的增益为1时对应的带宽。,6.2.3 高频参数对性能的影响,大信号动态参数,1、转换速率,集成运放输出电压随时间的最大变换速率：,2、全功率带宽,集成运放输出最大峰值电压时允许的最高频率：,6.4 集成电压比较器,电压比较器的作用,比较两输入信号大小，并以输出高、低电平来指示。,电压比较器的特点,输入模拟量，输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。,6.4.1 电压比较器的作用,电压比较器工作原理,可知，只要开环
8、 Avd 很大，则 v+、v- 间的微小差值，即可使运放输出工作在饱和状态。,由,v+ v- 时， vO = Vomax(正饱和值),v+ v- 时， vO = Vomin (负饱和值),v+ = v- 时，逻辑状态转换,因此,理想比较特性,vI VREF 时， vO = Vomax,vI VREF 时， vO = Vomin,vI = VREF 时，逻辑状态转换,理想特性,实际比较特性,实际特性,vI VREF - Vomax/Avd 时， vO = Vomax,vI VREF - Vomin /Avd 时， vO = Vomin,注：Avd 越大，比较特性越接近理想特性， VREF 作为门
9、限值的 比较精度越高。,6.4.1 具有不同比较特性的电压比较器,单限电压比较器,特点：运放开环工作。,过零比较器,(VREF = 0),单限比较器,分析方法：,1)令 v- = v+， 求出的输入电压 vI 即门限电平。,2)分别分析 vI 大于门限、小于门限时的输出 vO 电平。,令,得门限电平,单限比较器优点：,电路结构简单，可不计有限 KCMR 的影响。,单限比较器缺点：,电路抗干扰能力差。,例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰信号时，输出会出现误操作。,迟滞比较器(施密特触发器),令,得门限电平：,反相输入迟滞比较器,迟滞宽度：,令,得门限电平：,同相输入迟滞比较器,迟滞宽度：,
10、将反相迟滞比较器中的 vI 与 VREF 交换，即得同相输入迟滞比较器。,迟滞比较器优点：,电路抗干扰能力强。,例：反相输入迟滞比较器的比较特性如图示，在已知输入信号时，试画输出信号波形。,作业1 电路如图所示，已知： 试估算电路的截止频率，并画出渐近波特图,作业2 电路如图所示，已知 ，试求（1）Q点； （2）电压增益 ； （3）输入电阻 ； （4）输出电阻 （5）若电路其他参数不变，若使VCE=4V，问上偏流电阻RB1为多大？,迟滞比较器应用方波发生器,设 t = 0 时，vO = VOH ，初始 vC = 0,则 VOH 经 R 向 C 充电 vC 按指数规律,当 vC VIH 时 vO 跳变为 VOL,此时 C 经 R 放电 vC 按指数规律,当 vC VIL 时 vO 又上跳到 VOH,可证振荡周期：,