第2章模拟集成电路的线性应用课件.ppt
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1、第2章模拟集成电路的线性应用第1页,此课件共64页哦2.1.1 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运放的条件:利用理想集成运放的条件:虚短虚短和和虚断虚断,即,即 闭环增益闭环增益为为 121122ioFRRIRIRUUA12FRRA即即 2.1 模拟集成电路的基本放大电路模拟集成电路的基本放大电路图图2-1-1 基本反相放大器基本反相放大器+ui+uoR1R2i1i2iB-iB+u =u+,iB=iB+第2页,此课件共64页哦输入电压与输出电压输入电压与输出电压之间的关系为之间的关系为 i12ouRRu或
2、或 i12oURRU也称也称比例放大器。比例放大器。当两个电阻的比值为当两个电阻的比值为1 1时,时,称为称为倒相器。倒相器。等效输入电阻等效输入电阻为为 11111iieRIIRIUR等效输出电阻等效输出电阻为为 FARRd0oe1+图图2-1-1 基本反相放大器基本反相放大器+ui+uoR1R2i1i2iB iB+第3页,此课件共64页哦理想条件下,理想条件下,(1+AdF)很大很大,Ro很小,很小,Roe0;一般一般R1、R2取值范围为取值范围为1k 1M;对于反相放大器必须设法提高其输入电阻。对于反相放大器必须设法提高其输入电阻。说明说明:第4页,此课件共64页哦(2)改进型反相放大器
3、之一改进型反相放大器之一 目的:目的:提高输入电阻。提高输入电阻。图图2-1-2 用用T型网络代型网络代 替替R2的反相放大器的反相放大器闭环增益闭环增益为为 避免使用超过避免使用超过1M 的大电阻。的大电阻。特点特点:满足了满足了 Ri=R1 不取大值;不取大值;ioFUUA )(1f3f2f1f2f11RRRRRR+第5页,此课件共64页哦图图2-1-3 采用自举采用自举电路的反相放大器电路的反相放大器输入电阻输入电阻为为 IIUIUR 1iiii要使要使Ri增大,增大,设法使设法使Ii i减小。减小。目的:目的:提高输入电阻提高输入电阻 (2)改进型反相放大器之二改进型反相放大器之二 第
4、6页,此课件共64页哦2.反相型放大器的实际特性反相型放大器的实际特性分析分析Ad、Rd、R O 不为理不为理想条件时等效电路想条件时等效电路 (1)(1)反相放大器的反相放大器的 实际闭环增益实际闭环增益图图2-1-4 考虑了考虑了Ad、Rd和和 Ro的反相放大器电路的反相放大器电路FAFAAAddF0F1+)()(111)()(dF0FsFsAsAsA+或或 )111(dF0FAA+第7页,此课件共64页哦式中式中 AF反相放大器的实际闭环增益反相放大器的实际闭环增益 AF0反相放大器的理想闭环增益反相放大器的理想闭环增益 Ad集成运放的开环增益集成运放的开环增益 F实际反馈系数,一般实际
5、反馈系数,一般F F0 F0理想反馈系数理想反馈系数)()(111)()(dF0FsFsAsAsA+第8页,此课件共64页哦(2)反相放大器的实际等效输出电阻反相放大器的实际等效输出电阻图图2-1-5 输出电阻等输出电阻等 效计算电路效计算电路等效输出电阻等效输出电阻是在无负是在无负载时输出开路电压载时输出开路电压UO除除以短路电流以短路电流Ik kooeIUR 2ookRUREI+)/()/(3d213d2iRRRRRRRUU+Uo Eo Ro Io)(3d3dRRURUA+Eo Ad(U U+)第9页,此课件共64页哦)()()()(od321o23dd1dd3213d2okooeRRRR
6、RRRRRARRRRRRRRRRIUR+若考虑若考虑Ro R2、Ro R1,则,则FARRdooe1+FAZZ)(j1dooe+FARZdooe1+当用阻抗代替电阻时当用阻抗代替电阻时 当信号频率当信号频率 R3,Rd (R2+R0)/R1 同相放大器的同相放大器的优点:输入电阻很高。优点:输入电阻很高。(3)等效输出电阻等效输出电阻表达式与反相放大器等效输出电阻表达式相同。表达式与反相放大器等效输出电阻表达式相同。第15页,此课件共64页哦3.同相加法器同相加法器理想运放时理想运放时 feoeRRURU+由以上三式得输出电压与输入电压关系为由以上三式得输出电压与输入电压关系为 +n1jjij
7、efePn21o)/(RURRRRRRRU图图2-1-10 同相型加法器同相型加法器U+U 11jjP1jjij)11)(+nnRRRUU第16页,此课件共64页哦为了减小实际运放偏流引起的零位输出,应选择各电阻为了减小实际运放偏流引起的零位输出,应选择各电阻满足满足 Re/Rf Rp/R1/Rn。输出电压与输入电压输出电压与输入电压关系为关系为 n1jjijfoRURU若取若取R1 R2 Rn R n1jijfoURRU当考虑实际运放当考虑实际运放Ad、Rd、Ro后后 实际输出电压与输入电压实际输出电压与输入电压的关系为的关系为 )111)()/(dn1jjijefePn21oFARURRR
8、RRRRU+第17页,此课件共64页哦若取若取 Re/Rf=Rp/R1/Rn 的条件的条件)111)(dn1jjijfoFARURU+若同时取若同时取 R1=R2=Rn=R 有有)111)(dn1jijfoFAURRU+可见因可见因Ad、Rd 引起求和运算引起求和运算相对误差相对误差为为 10011d+FA)111)()/(dn1jjijefePn21oFARURRRRRRRU+第18页,此课件共64页哦2.1.3 差动型放大器差动型放大器1.差动放大器理想特性差动放大器理想特性理想运放时理想运放时 i2434URRRU+o211i1212URRRURRRU+当满足匹配条件当满足匹配条件 R3
9、=R1、R4=R2 时时输入电压与输出电压输入电压与输出电压关系为关系为 )(i1i212oUURRU 图图2-1-11 差动放大器差动放大器第19页,此课件共64页哦2.差动放大器实际特性差动放大器实际特性分析分析Ad和和ACM对放大特性影响,其余条件均为理想对放大特性影响,其余条件均为理想CMdo)(21)(AUUAUUU+若取若取R1=R3,R2=R4再考虑到再考虑到AdF01,AdACMi2dCM12odi1i212o)111)(UAARRFAUURRU+第一项为理想放大器的输出电压第一项为理想放大器的输出电压 第二项为环路增益为有限值时引起误差电压第二项为环路增益为有限值时引起误差电
10、压 第三项为共模增益引起误差电压第三项为共模增益引起误差电压 第20页,此课件共64页哦由理想运放基本条件由理想运放基本条件可导出以下关系式可导出以下关系式mRUURUUAi1 mRUURUUBi2 +nRUUpRRUUmRUUOABAA+图图2-1-12 增益可调的增益可调的差动放大器差动放大器3.增益可调差动放大器增益可调差动放大器I1 I3,I2 I4,UA UB m(Ui2 Ui1),I3 I5+I6,第21页,此课件共64页哦)(11(2i1i2oUUpmmU+通常选通常选 m n,所以所以当当m、n的的值选定后,只需调节值选定后,只需调节(pR)一个电一个电位器即可调节差动放大器增
11、益。位器即可调节差动放大器增益。缺点:缺点:输入电阻不高;输入电阻不高;增益与电位器阻值呈非线性关系。增益与电位器阻值呈非线性关系。实用时,实用时,加补偿电容加补偿电容以提高稳以提高稳定性。定性。图图2-1-12 增益可调增益可调的差动放大器的差动放大器I7 I4+I5,nRUpRRUUmRUUBBAB+)(12(i1i2oUUpmnnmU+第22页,此课件共64页哦4.高输入阻抗差动放大器高输入阻抗差动放大器第一级运放为第一级运放为同相放大器,同相放大器,其输出电压为其输出电压为i1o11UmmU+用叠加原理求第二级运用叠加原理求第二级运放的放的输出电压输出电压 因两个输入信号均从同相端输入
12、,因两个输入信号均从同相端输入,所以输入电阻比较高。所以输入电阻比较高。图图2-1-13 高输入阻抗差动放大高输入阻抗差动放大器器Uo (1+m)Ui2 mUo1 (1+m)(Ui2 Ui1)第23页,此课件共64页哦1.反相型积分器反相型积分器理想集成运放时理想集成运放时(1)传输函数传输函数2.2 积分电路积分电路图图2-2-1 基基本反相型本反相型积分器积分器2.2.1 基本积分电路及其理想特性基本积分电路及其理想特性T=RC,T为积分时间常数。为积分时间常数。)()()()()()()(1122iosZsIsZsIsUsUsG RsCsZsZ1)()(12 sTsRC11 第24页,此
13、课件共64页哦(2)频率特性频率特性幅频特性幅频特性 为幅频特性的交接频率。为幅频特性的交接频率。相频特性相频特性RCUUA j1)j(io T1)j(RCGRC1T 2)(第25页,此课件共64页哦(3)输出电压与输入电压输出电压与输入电压的关系的关系oi1()()du tu ttRC 图图2-2-2 基本积分基本积分器的幅频特性器的幅频特性图图2-2-3 基本积分基本积分器的相频特性器的相频特性第26页,此课件共64页哦2.同相型积分器同相型积分器(1)传输函数传输函数I1+I2 I3 即即oi341/()UUUUURRSC+SCRRRURUU+434o3i11o211URRRU+U+=U
14、,若满足电阻匹配条件,若满足电阻匹配条件R1R4=R2R3,例如选取,例如选取R3=R1,R4=R2,则可导出,则可导出理想传输函数理想传输函数为为:sRCsG1)(2112RRRR+图图2-2-4 基本基本同相型积分器同相型积分器第27页,此课件共64页哦(2)频率特性频率特性oi(j)UAU其中,其中,幅频特性幅频特性为为()(j)GGRC1T为幅频特性的交接频率为幅频特性的交接频率 式中式中 相频特性相频特性为为2)(3)输出电压与输入电压输出电压与输入电压关系关系oi12()()du tu ttRC此积分器的波特图与反相积分器相同。此积分器的波特图与反相积分器相同。1j RC1jRC
15、T1RC第28页,此课件共64页哦3.差动型积分器差动型积分器(1)传输函数传输函数oi2i1()()()()U sG sUsUs取取R1=R2=R,C1=C2=C,即,即满足满足匹配条件时有:匹配条件时有:(2)输出电压与输入电压输出电压与输入电压的关系的关系 oi2i11()()()du tututtRC1()G ssRC图图2-2-5 差动型积分器差动型积分器uo+AR1C1Ui1I2C2R2Ui2I1第29页,此课件共64页哦2.2.2 UOS、IB及其漂移对积分电路的影响及其漂移对积分电路的影响输出电压输出电压为为 oosBosi111ddduu tUtItURCRCC+积分电容积分
16、电容C值越小,产生的误差越大值越小,产生的误差越大;C值越大,误差越小。值越大,误差越小。图图2-2-6 考虑了考虑了Uos、IB的的 积分电路积分电路第30页,此课件共64页哦2.2.3 集成运放的增益和带宽对积分电路影响集成运放的增益和带宽对积分电路影响集成运放的开环频率特性为集成运放的开环频率特性为000000011)(TsTAsAsA+T0是集成运放的时间常数是集成运放的时间常数 A0是低频增益是低频增益 当当A01,RCT0时,时,)1)(1()(0000+RCsAsATAsG理想积分电路在实轴上仅有一个位于原点的极点,理想积分电路在实轴上仅有一个位于原点的极点,增益和带宽为有限值积
17、分电路在实轴上有两个极点。增益和带宽为有限值积分电路在实轴上有两个极点。实际积分器在实际积分器在低频低频范围内,因集成运放范围内,因集成运放开环增益是有开环增益是有限值限值;在;在高频高频范围内,因范围内,因带宽又是有限值带宽又是有限值,所以都是,所以都是不理不理想想情况。情况。积分电路的传输函数为积分电路的传输函数为 第31页,此课件共64页哦图图2-2-8 积分电路的积分电路的瞬态响应瞬态响应实用中,为获得理想积分特性,积分响应在远小于实用中,为获得理想积分特性,积分响应在远小于RC时间时间内结束或者输出电压的幅度远小于极限值。内结束或者输出电压的幅度远小于极限值。图图2-2-7 积分电路
18、的积分电路的频率特性频率特性第32页,此课件共64页哦2.2.4 积分电路的保持误差积分电路的保持误差产生保持误差的原因是:集成运放和积产生保持误差的原因是:集成运放和积分电容某些特性。分电容某些特性。如如开环增益的不稳定,会使积分电路开环增益的不稳定,会使积分电路固定输出电压产生波动;固定输出电压产生波动;影响保持误差的影响保持误差的主要因素是积分电容主要因素是积分电容,所以要根据实际应用,所以要根据实际应用的需要很好选择和处理好积分电容。的需要很好选择和处理好积分电容。图图2-2-9 积分电积分电路路的保持误差的保持误差有限值有限值A0和输入电阻产生的泄漏和输入电阻产生的泄漏电流使积分电容
19、器电压泄放;电流使积分电容器电压泄放;电压和电流的漂移。电压和电流的漂移。第33页,此课件共64页哦2.2.5 几种典型的积分电路几种典型的积分电路图图2-2-10 比例积比例积分电路分电路1.比例积分电路比例积分电路输出电压输出电压为为 2oii111dRuu tuRCR 输入失调电压和输入失调电输入失调电压和输入失调电流产生的流产生的误差电压误差电压为为 oos11duUtRCuo+AR3R1R2Cuios1dItC+2osos11RUI RR+第34页,此课件共64页哦2.求和积分电路求和积分电路oi111duutR C 电路的各时间常数是分别确定的,它可用于对电路的各时间常数是分别确定
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