《模拟集成电路及其应用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟集成电路及其应用课件（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章：模拟集成电路及其第六章：模拟集成电路及其第六章：模拟集成电路及其第六章：模拟集成电路及其应用应用应用应用 内容提要内容提要内内内内容容容容提提提提要要要要介绍集成运算放大器的组成、介绍集成运算放大器的组成、工作原理、主要性能指标、特工作原理、主要性能指标、特性参数性参数介绍集成运放的基本应用电路及介绍集成运放的基本应用电路及分析方法分析方法集成运放的模拟运算电路集成运放的模拟运算电路电压比较器电压比较器简单介绍模拟乘法器及其应用简单介绍模拟乘法器及其应用集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组
2、组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性集成运算放大器集成运算放大器(Operational (Operational Amplifier)Amplifier)，简称集成运放，是由多，简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路拟集成电路特点：特点：增益高增益高输入电阻大、输出电阻低输入电阻大、输出电阻低共模抑制比高共模抑制比高失调与漂移小失调与漂移小输入电压为零时输出电压也为零输入电压为零时输出电压也为零适用于正、负两种极性的输入和输出适用于正、负两种极性的输入和输出信号信号集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成第第第第一一一一
3、节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性uA741uA741的原理电路的原理电路- -总图总图第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性uA741uA741的原理电路的原理电路- -输入级输入级T T1 1-T-T9 9为差分输入级为差分输入级T T1 1、T T3 3和和T T2 2、T T4 4组成共组成共集集- -共基组合差放共基组合差放T T5 5-T-T7 7为改进型镜像电为改进型镜像电流源作
4、该级的有源负流源作该级的有源负载，以提高电压增益载，以提高电压增益并完成单端并完成单端- -双端输双端输出的转换出的转换T T8 8-T-T9 9为镜像电流源，为镜像电流源，为输入级提供偏置电为输入级提供偏置电流流第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性uA741uA741的原理电路的原理电路- -中间级中间级T T1616、T T1717和和T T1313组成中间级组成中间级T T1616为射极跟随器为射极跟随器T T1717为共射放大管，为共射放大管，T T1313(B(B路路) )作
5、为其有源负载作为其有源负载该级电压增益可达该级电压增益可达55dB55dB以以上，其输入电阻很高，故上，其输入电阻很高，故对前级的影响较小对前级的影响较小第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性uA741uA741的原理电路的原理电路- -输出级输出级T T1414、T T1515及及T T1818-T-T2424等组成输出级等组成输出级T T2424、T T1313(A(A路路) )及及其作用其作用T T1414、T T2020、T T1818、T T1919及其作用及其作用T T151
6、5、R R9 9及其作用及其作用R R1010和和T T2121-T-T2323的作的作用用第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性uA741uA741的原理电路的原理电路- -偏置电路偏置电路T T1212、R R5 5、T T1111构成构成主偏置电路，提主偏置电路，提供参考电流供参考电流输入级的偏置，输入级的偏置，注意存在的负反注意存在的负反馈作用馈作用中间级的偏置中间级的偏置输出级的偏置？输出级的偏置？第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器
7、器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性uA741uA741的原理电路的原理电路- -总结总结第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性运算放大器内部电路的特点运算放大器内部电路的特点( (一一) )集成运放的许多性能参数主要取决于差分集成运放的许多性能参数主要取决于差分输入级的性能。集成运放的发展主要是以输入级的性能。集成运放的发展主要是以改进差分输入级的性能为主要标志改进差分输入级的性能为主要标志中间级的主要作用是提供足够高的电压增中间级的主要作用是提供足够高的
8、电压增益，应有高输入电阻。该级还常担任电平益，应有高输入电阻。该级还常担任电平移动的任务。多采用有源负载的共射电路移动的任务。多采用有源负载的共射电路第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性输出级的主要要求是能向负载提供足够的输出级的主要要求是能向负载提供足够的功率，输出电阻要小，动态范围要大。为功率，输出电阻要小，动态范围要大。为了使用安全，一般还应附有过载保护电路了使用安全，一般还应附有过载保护电路集成运放的组成及各部分特点集成运放的组成及各部分特点( (二二) )直流偏置电路的作用直
9、流偏置电路的作用第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性集成运放的级间耦合均采用直接耦合方式集成运放的级间耦合均采用直接耦合方式电路中的二极管主要用于温度补偿、电平电路中的二极管主要用于温度补偿、电平偏移、提供偏置电压等，多使用三极管的偏移、提供偏置电压等，多使用三极管的发射结代替发射结代替集成运放的符号及输入、输出信号集成运放的符号及输入、输出信号集成运放有两个集成运放有两个输入端，一个输输入端，一个输出端出端分别为反相输入分别为反相输入端与同相输入端端与同相输入端运放两输入端所加信号电
10、压之差运放两输入端所加信号电压之差 即为差模输入电压。假定运放的共模即为差模输入电压。假定运放的共模抑制比极高，其共模输出可以忽略，抑制比极高，其共模输出可以忽略，则运放的输出与输入函数关系可以表则运放的输出与输入函数关系可以表示为示为 。其中。其中 ，为，为集成运放的开环差模电压增益集成运放的开环差模电压增益第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性uA741uA741的外部连接的外部连接2 2、3 3引脚分别为反引脚分别为反相和同相输入端相和同相输入端6 6脚为输出端脚为输出端7 7、4
11、 4脚分别接正、脚分别接正、负直流电源负直流电源1 1、5 5脚之间接调零脚之间接调零电位器电位器8 8、9 9脚之间接校正脚之间接校正电容电容第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性集成运算放大器的传输特性集成运算放大器的传输特性静态时静态时加入差模输加入差模输入电压入电压 后后输入电压输入电压 增加到一定增加到一定程度后程度后故运放的传故运放的传输特性大体输特性大体上可分为线上可分为线性区与饱和性区与饱和区区第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器
12、器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性理想集成运放的技术参数理想集成运放的技术参数第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性理想运放是指分理想运放是指分析集成运放时将析集成运放时将各种参数理想化各种参数理想化此时的技术参数有：此时的技术参数有：实际的集成运放无实际的集成运放无法达到理想指标，法达到理想指标，但随着工艺的改进，但随着工艺的改进，可在工程计算的简可在工程计算的简化分析时将实际运化分析时将实际运放视为理想运放进放视为理想运放进行近似估算行近似估算理想集
13、成运放工作在线性区时的特点理想集成运放工作在线性区时的特点第第第第一一一一节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的组组组组成成成成及及及及基基基基本本本本特特特特性性性性集成运放工作在线性区时，输入电压集成运放工作在线性区时，输入电压与运放两个输入端的电压间存在线性与运放两个输入端的电压间存在线性关系关系一般情况下，运一般情况下，运放在线性区工作放在线性区工作时都加有较深的时都加有较深的负反馈。此时，负反馈。此时，亦可以使用虚短亦可以使用虚短路和虚开路的分路和虚开路的分析方法析方法输入失调参数输入失调参数( (一一) )输入失调电压输入失调电压在室温及标准电源
14、电压下，静态在室温及标准电源电压下，静态( (输入电输入电压为零压为零) )时，为了使集成运放的输出电压时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端所加的补偿电压为零，在输入端所加的补偿电压其大小反映了集成运放中电路的对称程其大小反映了集成运放中电路的对称程度和电平配合情况度和电平配合情况输入偏置电流输入偏置电流输出电压为零时两输入端静态电流的平输出电压为零时两输入端静态电流的平均值，即：均值，即：第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数输入失调参数输入失调参数( (二二) )输入失调电流输入失调电流输出电压为零时
15、流入运放两输入端静态输出电压为零时流入运放两输入端静态电流之差，即：电流之差，即：输入失调电压的温漂输入失调电压的温漂对于双极型运放，它反映了输入级差动对于双极型运放，它反映了输入级差动放大管放大管 的不对称程度。一般希望其越的不对称程度。一般希望其越小越好小越好指在规定温度范围指在规定温度范围 内随温度的变化率，内随温度的变化率，即即 的温度系数。是衡量运放温漂的重的温度系数。是衡量运放温漂的重要指标要指标第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数输入失调参数输入失调参数( (三三) )第第第第二二二二节节节节：
16、集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数输入失调电流的温漂输入失调电流的温漂指在规定温度范围内指在规定温度范围内 的温度系数的温度系数 和和 不能用外接调零电路不能用外接调零电路来补偿来补偿输入失调参数是限制运放能够检测微输入失调参数是限制运放能够检测微弱信号最小值的主要因素。因此，在弱信号最小值的主要因素。因此，在对微弱信号的精密检测、精密模拟运对微弱信号的精密检测、精密模拟运算和自动控制仪表中对运放的这类参算和自动控制仪表中对运放的这类参数会有很高的要求数会有很高的要求差模特性参数差模特性参数最大输出电流最大输出电流运放所能输出的正向
17、或负向的峰值电流运放所能输出的正向或负向的峰值电流最大差模输入电压最大差模输入电压运放两输入端所能承受的最大差模输入运放两输入端所能承受的最大差模输入电压电压第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数开环差模电压增益开环差模电压增益集成运放在无外加反馈情况下对差模信集成运放在无外加反馈情况下对差模信号的电压增益号的电压增益开环带宽开环带宽BWBW 下降下降3dB3dB时的频率时的频率单位增益带宽单位增益带宽运放的开环差模电压增益下降至运放的开环差模电压增益下降至0dB0dB时的时的频率频率共模特性参数共模特性参数(
18、 (一一) )共模抑制比共模抑制比集成运放开环差模电压增益与共模电压增集成运放开环差模电压增益与共模电压增益的比值，即：益的比值，即：一般情况下，集成运一般情况下，集成运放共模抑制比的频响放共模抑制比的频响特性主要取决于差动特性主要取决于差动输入级共模抑制比的输入级共模抑制比的频响特性，因而其共频响特性，因而其共模抑制比也会随频率模抑制比也会随频率的增加而下降的增加而下降第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数共模特性参数共模特性参数( (二二) )共模电压增益共模电压增益最大共模输入电压最大共模输入电压运放输入
19、端所允许施加的共模输入电压运放输入端所允许施加的共模输入电压的最大值。超过此值共模抑制比将明显的最大值。超过此值共模抑制比将明显下降下降第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数运放输入端加共模输入电压时的增益运放输入端加共模输入电压时的增益大信号动态特性大信号动态特性( (一一) )转换速率转换速率( (摆率摆率) )代表集成运放对大幅度阶跃输入信号的适代表集成运放对大幅度阶跃输入信号的适应能力，是在大信号条件下输出电压的最应能力，是在大信号条件下输出电压的最大变化率，即：大变化率，即： 是运放在大信号或高是运放
20、在大信号或高频信号工作时的一项重频信号工作时的一项重要指标。只有信号的变要指标。只有信号的变化速率的绝对值小于时，化速率的绝对值小于时，输出才能随输入信号线输出才能随输入信号线性变化性变化第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数大信号动态特性大信号动态特性( (二二) )全功率带宽全功率带宽表征运放在频域中的大信号特性。设运放表征运放在频域中的大信号特性。设运放工作在线性状态且输入为正弦信号，在额工作在线性状态且输入为正弦信号，在额定负载和全功率输出时，能满足定负载和全功率输出时，能满足 的最高信号频率即为全功率
21、带宽。即为：的最高信号频率即为全功率带宽。即为：该式表示集成运放工作在大信号条件下该式表示集成运放工作在大信号条件下时，时域特性与频域特性之间的关系时，时域特性与频域特性之间的关系第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数电源特性及其它参数电源特性及其它参数静态功耗静态功耗当输入信号为零时，运放消耗的总功率即当输入信号为零时，运放消耗的总功率即为静态功耗为静态功耗 ，显然：，显然：电源电压抑制比电源电压抑制比用来衡量电源电压波动对输出电压影响的用来衡量电源电压波动对输出电压影响的程度，通常定义为折合到输入端的失调电
22、程度，通常定义为折合到输入端的失调电压变化与电源电压变化的比值，即：压变化与电源电压变化的比值，即：此外还有输出电阻、最大输出电压等此外还有输出电阻、最大输出电压等指标，其意义与一般电路的相同指标，其意义与一般电路的相同第第第第二二二二节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的主主主主要要要要参参参参数数数数其他集成运算放大器简介其他集成运算放大器简介第第第第三三三三节节节节：其其其其他他他他集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器简简简简介介介介原理图及分析略，请自行参照课原理图及分析略，请自行参照课本的说明学习其电路图本的说明学习其电路图超高
23、精度单片集成运算放大器超高精度单片集成运算放大器OP177OP177高速宽带集成运算放大器高速宽带集成运算放大器LT1226LT1226MC14573CMOSMC14573CMOS集成运算放大器集成运算放大器Bi_FETBi_FET单片集成运算放大器单片集成运算放大器集成运放的线性应用集成运放的线性应用( (一一) )运放线性应用时，运放线性应用时，工作在传输特性的工作在传输特性的线性区，此时其差线性区，此时其差模输入电压极小模输入电压极小应以集成运放作为应以集成运放作为基本放大电路配合基本放大电路配合外部反馈网络，构外部反馈网络，构成深度负反馈放大成深度负反馈放大电路电路深度负反馈使运放的净
24、输入趋近于零深度负反馈使运放的净输入趋近于零是保证运放工作于线性状态的关键是保证运放工作于线性状态的关键第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路集成运放的线性应用集成运放的线性应用( (二二) )由于深度负反馈使运放的净输入近由于深度负反馈使运放的净输入近似为零，有：似为零，有：虚短路虚短路：运放两输入端的差模输入电：运放两输入端的差模输入电压近似于零，即压近似于零，即 。此时运放两。此时运放两输入端可近似看成等电位，但不是真输入端可近似看成等电位，但不是真正的短路正的短路
25、虚断路虚断路：运放两输入端的输入电流近：运放两输入端的输入电流近似为零，即似为零，即 。此时运放两输。此时运放两输入端可视为不取电流，但不是断开入端可视为不取电流，但不是断开虚短路与虚开路虚短路与虚开路同时存在同时存在，并且可，并且可写成写成第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用运放的差模输入运放的差模输入电压较大，工作电压较大，工作在传输特性的限在传输特性的限幅区，输出电压幅区，输出电压为为 或或 ，输入、，输入、输出之间成非线输
26、出之间成非线性关系性关系从电路角度看，集成运放处于从电路角度看，集成运放处于无反无反馈馈( (开环开环) )或正反馈或正反馈的工作状态，如的工作状态，如电压比较器电压比较器第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路基本反相输入放大电路基本反相输入放大电路电路结构说明电路结构说明只要只要 不是十分不是十分大，必满足深负大，必满足深负反馈的条件反馈的条件 特点：特点：深负反馈下的输入电阻深负反馈下的输入电阻 输输出电阻出电阻反相输入端为反相输入端为虚地点虚地点无共模输入信号，对共
27、模抑制比无特无共模输入信号，对共模抑制比无特殊要求殊要求第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路直流补偿电阻的原理直流补偿电阻的原理静止条件下：静止条件下：两个输入端偏两个输入端偏流所产生的电流所产生的电压：压：设温度变化设温度变化时的偏流变时的偏流变化相等化相等输出端没有因温输出端没有因温度变化而产生的度变化而产生的温漂。且输入级温漂。且输入级偏流的影响也相偏流的影响也相互抵消互抵消第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的
28、同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路T T型反馈网络的原理型反馈网络的原理求电压放大倍求电压放大倍数和输入电阻数和输入电阻电压并联负反电压并联负反馈电路馈电路虚断：虚断：虚地：虚地：第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路T T型反馈网络的特点型反馈网络的特点在阻值不致太高在阻值不致太高的情况下，可同的情况下，可同时获得较高的电时获得较高的电压放大倍数和较压放大倍数和较高的输入电阻高的输入电阻但由于但由于R R4 4的引入的引入使反馈系数
29、减小，使反馈系数减小，所以为保证足够所以为保证足够的反馈深度，应的反馈深度，应选用开环增益更选用开环增益更大的运放大的运放第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路基本同相输入放大电路基本同相输入放大电路电路结构说明电路结构说明 又称为同相放大电又称为同相放大电路或同相比例运算路或同相比例运算电路电路特点：特点：输入电阻很高，输出电阻输入电阻很高，输出电阻电路电路不存在不存在虚地点，集成运放有共模虚地点，集成运放有共模输入电压且与输入电压相同，因而对输入电压且与输入电压相同，
30、因而对运放的共模抑制比有较高要求运放的共模抑制比有较高要求可转变为电压跟随器可转变为电压跟随器第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路几种常用的同相放大电路几种常用的同相放大电路输入端接有分压电输入端接有分压电阻的同相放大电路阻的同相放大电路第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路电压跟随器电压跟随器同反相运算电路同反相运算电路- -总结总结反相输入反相
31、输入同相输入同相输入电路电路组成组成性能性能特点特点低低低低反相比例运算反相比例运算电压并联电压并联虚地虚地输入输出电阻输入输出电阻同相比例运算同相比例运算电压串联电压串联无虚地，共模无虚地，共模输入输出电阻输入输出电阻第第第第四四四四节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的同同同同相相相相和和和和反反反反相相相相放放放放大大大大电电电电路路路路加法运算电路加法运算电路- -反相加法电路反相加法电路第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路电路结构说明电路结构说明N
32、 N为虚地点为虚地点故电路具有反故电路具有反相相加的功能相相加的功能本电路中改变电阻本电路中改变电阻 ( (或或 ) )并不影响并不影响其它输入电压与输出电压的比例关系其它输入电压与输出电压的比例关系加法运算电路加法运算电路- -同相加法电路同相加法电路电路结构说明电路结构说明若直流电阻平衡，若直流电阻平衡，则可进一步简化则可进一步简化缺点：缺点：各输入信号间各输入信号间相互影响，估算相互影响，估算和调节麻烦和调节麻烦输入端的共模输入端的共模电压较高电压较高第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路
33、减法运算电路减法运算电路- -差分输入减法电路差分输入减法电路电路结构说明电路结构说明应用叠加定理及应用叠加定理及对同相输入及反对同相输入及反相输入放大电路相输入放大电路的分析方法进行的分析方法进行分析分析第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路减法运算电路减法运算电路- -反相求和减法电路反相求和减法电路电路结构电路结构说明说明两级的输两级的输入与输出入与输出关系可以关系可以分开计算分开计算的原因的原因第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模
34、模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路基本积分电路基本积分电路( (一一) )电路结构说明电路结构说明第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路若使用传输若使用传输函数表示：函数表示：输入电阻：输入电阻：基本积分电路基本积分电路( (二二) )要保持正常的积要保持正常的积分关系，对积分分关系，对积分时间应有所限制时间应有所限制利用积分电路，利用积分电路，把方波电压变换把方波电压变换为三角波电压为三角波电压第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的
35、模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路同相输入积分电路同相输入积分电路可使用拉式变可使用拉式变换进行分析换进行分析要求正反馈恰要求正反馈恰到好处到好处第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路微分运算电路微分运算电路电路结构说明电路结构说明根据虚地与虚断的根据虚地与虚断的概念可得：概念可得：上图存在的问题：上图存在的问题：可能引起自激振荡可能引起自激振荡 突变时可能使电突变时可能使电路不能正常工作路不能正常工作第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器
36、器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路基本对数运算电路基本对数运算电路利用半导体利用半导体PNPN结的结的指数型伏安特性，指数型伏安特性，可以实现对数运算可以实现对数运算电路结构说明电路结构说明由虚短路、虚开由虚短路、虚开路可得：路可得：输出电压幅度不能输出电压幅度不能超过超过0.7V0.7V，且要求，且要求输入电压为正，以输入电压为正，以保证晶体管处于导保证晶体管处于导通状态通状态受温度影响很大受温度影响很大第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路集成对数运算电路集成对数运算
37、电路选择选择T1T1、T2T2参数对称，参数对称， ，则，则R R4 4应具有正的温度系数，以进行应具有正的温度系数，以进行V VT T的的温度补偿温度补偿调节调节R R3 3的值可使输出电压超过的值可使输出电压超过0.7V0.7V第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路指数运算电路指数运算电路电路结构说电路结构说明明故该电路可故该电路可以实现反对以实现反对数运算数运算为了消除温为了消除温度对运算精度对运算精度的影响，度的影响，也需要进行也需要进行温度补偿温度补偿第第第第五五五五节节节节：集集集集
38、成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路利用指数、对数电路构成其他运算利用指数、对数电路构成其他运算第第第第五五五五节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的模模模模拟拟拟拟运运运运算算算算电电电电路路路路还可利用以上电路实现模还可利用以上电路实现模拟信号的乘方、开方等运拟信号的乘方、开方等运算，请自行思考实现方式算，请自行思考实现方式分析误差的意义分析误差的意义第第第第六六六六节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器参参参参数数数数对对对对运运运运算算算算误误误误差差差差
39、的的的的影影影影响响响响将集成运放看成理想增益器件时有：将集成运放看成理想增益器件时有： 、 、 及其温漂为零及其温漂为零实际工作时，必然有运算误差。分析实际工作时，必然有运算误差。分析这些误差可以将所得结论作为选用运这些误差可以将所得结论作为选用运放和其它元件的依据放和其它元件的依据分析每种特定应用电路时起主要作用分析每种特定应用电路时起主要作用的参数：的参数：直流运算电路中，直流运算电路中， 及其温漂及其温漂交流小信号电路中，交流小信号电路中， 及及同、反相电路中，同、反相电路中， 的不同影响的不同影响常根据实际情况来决定应考虑的参数常根据实际情况来决定应考虑的参数类型，而将其它参数看成理
40、想的类型，而将其它参数看成理想的闭环反相放大电路的直流或低频等效模型闭环反相放大电路的直流或低频等效模型第第第第六六六六节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器参参参参数数数数对对对对运运运运算算算算误误误误差差差差的的的的影影影影响响响响 、 为有限值引起闭环增益的误差为有限值引起闭环增益的误差亦可推得增益亦可推得增益相对误差相对误差 及反馈系数及反馈系数越大，产生的误越大，产生的误差越小差越小 说明忽略其它因素后的实际增益小于说明忽略其它因素后的实际增益小于理想值理想值第第第第六六六六节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器参参参参数数数
41、数对对对对运运运运算算算算误误误误差差差差的的的的影影影影响响响响 为有限值引起闭环增益的误差为有限值引起闭环增益的误差 和和 越大，产生的运算误差越大，产生的运算误差越小越小第第第第六六六六节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器参参参参数数数数对对对对运运运运算算算算误误误误差差差差的的的的影影影影响响响响失调参数引起输出电压的误差失调参数引起输出电压的误差将左图用戴维南将左图用戴维南定理和诺顿定理定理和诺顿定理等效并进行分析，等效并进行分析，可得：可得： 和和 越越大，大， 及及 引起引起的误差电压也越的误差电压也越大大 、 对对 的影的影响可由调零电路响可由调
42、零电路予以补偿予以补偿第第第第六六六六节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器参参参参数数数数对对对对运运运运算算算算误误误误差差差差的的的的影影影影响响响响运放的开环带宽对闭环增益的影响运放的开环带宽对闭环增益的影响设运放的开环增益函数只有一个极点设运放的开环增益函数只有一个极点起主导作用，则其开环电压增益函数起主导作用，则其开环电压增益函数可写成：可写成：信号频率越高，产生的误差也越大信号频率越高，产生的误差也越大第第第第六六六六节节节节：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器参参参参数数数数对对对对运运运运算算算算误误误误差差差差的的的的影影影
43、影响响响响模拟乘法器简介模拟乘法器简介第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用：乘积系数：乘积系数理想乘法器的条件：理想乘法器的条件：输入阻抗无穷大输入阻抗无穷大输出阻抗为零输出阻抗为零乘积系数为常数乘积系数为常数有一个输入为零时有一个输入为零时输出为零，且无失输出为零，且无失调电压、电流调电压、电流按照允许输入信号按照允许输入信号的极性，模拟乘法的极性，模拟乘法器有单象限、二象器有单象限、二象限和四象限之分限和四象限之分变跨导二象限乘法器的工作原理变跨导二象限乘法器的工作原理( (一一) )第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘
44、乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用变跨导型模拟乘法器利用输入电压控变跨导型模拟乘法器利用输入电压控制差放差分管的发射极电路，使之跨制差放差分管的发射极电路，使之跨导作相应的变化，从而达到与输入差导作相应的变化，从而达到与输入差模信号相乘的目的模信号相乘的目的变跨导二象限乘法器的工作原理变跨导二象限乘法器的工作原理( (二二) )第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用 可正可负，但可正可负，但 必必须大于零，故左图为须大于零，故左图为二象限模拟乘法器二象限模拟乘法器变跨导二象限乘法器的工作原理变跨导二象限乘法器的工作
45、原理( (三三) )第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用 的值必须小于的值必须小于左图电路缺点：左图电路缺点： 的值越小，运算的值越小，运算误差越大误差越大 与与 有关，即受有关，即受温度变化的影响温度变化的影响电路只能工作在二电路只能工作在二象限象限可回顾习题可回顾习题2.7.102.7.10双平衡四象限变跨导乘法器双平衡四象限变跨导乘法器( (一一) )第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用电路结构说电路结构说明明双平衡四象限变跨导乘法器双平衡四象限变跨导乘法器( (二
46、二) )第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用双平衡四象限变跨导乘法器双平衡四象限变跨导乘法器( (三三) )第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用可通过上图将可通过上图将左图的双端输左图的双端输出转变为单端出转变为单端输出，乘积系输出，乘积系数可通过反馈数可通过反馈电阻进行调节电阻进行调节该电路的输入该电路的输入信号最大值仍信号最大值仍然受限然受限模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用- -乘方运算电路乘方运算电路第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器
47、及及及及其其其其应应应应用用用用模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用- -除法运算电路除法运算电路第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用左图中，左图中， 与与 必须是同相的，必须是同相的，从而才能引入负从而才能引入负反馈，使得电路反馈，使得电路正常工作正常工作利用深负反馈条利用深负反馈条件下的虚短路与件下的虚短路与虚开路，可得：虚开路，可得：由于由于 的极性受限的极性受限制，故该电路为二制，故该电路为二象限除法运算电路象限除法运算电路模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用- -开方运算电路开方运算电路第第第第七七七七节节节节：模模模模拟拟拟拟乘
48、乘乘乘法法法法器器器器及及及及其其其其应应应应用用用用电压比较器的基本特性电压比较器的基本特性电压比较器电压比较器( (简称比较器简称比较器) )的功能是比的功能是比较两个输入电压的大小，据此决定其较两个输入电压的大小，据此决定其输出是高电平还是低电平输出是高电平还是低电平第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器电压比较器的输入为模拟量，输出为数字电压比较器的输入为模拟量，输出为数字量，实际上是一位量，实际上是一位D/AD/A转换器，可作为模转换器，可作为模拟电路与数字电路之间的接口电路拟电路与数字电路之间的接口电路工作于开环或正反馈下的集成运放具有比工作于开环或正反
49、馈下的集成运放具有比较功能，也可采用单片集成电压比较器较功能，也可采用单片集成电压比较器电压比较器的两个重要参数电压比较器的两个重要参数( (一一) )线性区边缘所对应的线性区边缘所对应的两个输入电压值的差两个输入电压值的差值值 即为比较器的即为比较器的灵灵敏度敏度 越小，灵敏度越高越小，灵敏度越高灵敏度标志着比较器灵敏度标志着比较器对输入信号电压的分对输入信号电压的分辨能力。为提高灵敏辨能力。为提高灵敏度，应选择开环增益度，应选择开环增益大、失调与温漂小的大、失调与温漂小的集成运放或集成比较集成运放或集成比较器构成电压比较器器构成电压比较器第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较
50、较较较器器器器电压比较器的两个重要参数电压比较器的两个重要参数( (二二) )右图中右图中 称为比较器的称为比较器的响应时间响应时间 越小响应速度越快越小响应速度越快提高响应速度的方法：提高响应速度的方法：运放不加相位补偿电运放不加相位补偿电容也可提高响应速度容也可提高响应速度第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器比较器的输出限幅电路比较器的输出限幅电路第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器通过在比较器的输出端加一个由稳通过在比较器的输出端加一个由稳压管构成的限幅电路，形成较稳定、压管构成的限幅电路，形成较稳定、精确的输出电平精确的输出电
51、平若要求比较器输出高、低电平的绝若要求比较器输出高、低电平的绝对值不等，则可选用两只特性不同的对值不等，则可选用两只特性不同的稳压管反向串联使用稳压管反向串联使用单片集成电压比较器的结构与特点单片集成电压比较器的结构与特点单片集成电压比较器的内部电路结构、单片集成电压比较器的内部电路结构、工作原理与单片集成运放十分相近，工作原理与单片集成运放十分相近，其大部分指标与集成运放也相同其大部分指标与集成运放也相同集成电压比较器的特点：集成电压比较器的特点：可直接驱动数字电路器件可直接驱动数字电路器件通常工作在开环或正反馈状态，无需相通常工作在开环或正反馈状态，无需相位补偿电容，大大提高了响应速度位补
52、偿电容，大大提高了响应速度输入级工作电流较大，从而输入失调电输入级工作电流较大，从而输入失调电流也较大，输入电阻较低流也较大，输入电阻较低其开环电压增益与共模抑制比一般不大其开环电压增益与共模抑制比一般不大高，且失调电压也大些高，且失调电压也大些灵敏度往往低于集成运放构成的比较器灵敏度往往低于集成运放构成的比较器第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器单片集成电压比较器举例单片集成电压比较器举例请自行阅读课本请自行阅读课本第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器过零电压比较器过零电压比较器第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较
53、较较器器器器将信号与零电平将信号与零电平进行比较的比较进行比较的比较器为过零比较器器为过零比较器若输入若输入信号为信号为正弦波，正弦波，则其输则其输出为方出为方波波精密全波整流器精密全波整流器一般单限电压比较器一般单限电压比较器只有一个门限电平的比较器，当输入电压只有一个门限电平的比较器，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。可用于检测输入的模拟信号是否生跳变。可用于检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平达到某一给定电平第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器滞回电压比较器滞回电压比较器( (一一) )电路结构说明电
54、路结构说明输出限幅电路输出限幅电路传输特性传输特性曲线说明曲线说明第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器滞回电压比较器滞回电压比较器( (二二) )传输特性传输特性有两个分支，有两个分支，具有两个不具有两个不同的阈值，同的阈值，从而有迟滞从而有迟滞特性特性两个阈值之差为两个阈值之差为“回差回差”电压电压第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器滞回电压比较器滞回电压比较器( (三三) )两个门限两个门限值与值与 有有关，而回差关，而回差电压与电压与 无关无关滞回比较器也可接滞回比较器也可接成同相输入方式，请成同相输入方式，请自行分析其工作原理
55、自行分析其工作原理并画出传输特性并画出传输特性又称为施密特触发又称为施密特触发器，是由电平触发的器，是由电平触发的双稳态触发器双稳态触发器第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器滞回电压比较器滞回电压比较器( (四四) )具有较强的抗干扰具有较强的抗干扰能力能力响应速度快响应速度快( (由于由于引入了正反馈引入了正反馈) )灵敏度降低灵敏度降低常用来进行波形整形常用来进行波形整形第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器窗口比较器窗口比较器又称为双限比又称为双限比较器较器传输特性说明传输特性说明第第第第九九九九节节节节：电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器
