电子电路课件：第六章 集成运算放大器及其应用电路

ISe VT
由于
整理得
vo
VT
ln
vs ISR
vBE vo
缺点： vs必须大于0。 vo受温度影响大、动态范围小。
▪ 改进型对数变换器
iC1
T1 iC2
T2
R1
vs+-
R5
-
+
A1
vB2
（T1、T2特性相同） to
R2
VCC
+ -
A2
R4 R3 RL
+ v-o
✓利用R4补 偿VT ，改善 温度特性。 ✓vS大范围 变化时， vO 变化很小。
dt
1 s
dt
得 vo (t)
6.1.2 运算电路
加、减运算电路
▪ 反相加法器
因 v v 则 v 0
i1
vs1+vs2+-
R1 i2
R2
if Rf
A
+
vo
因 i0
则 i1 i2 if
即 vs1 vs2 vo
R1 R2
Rf
整理得
vo
Rf R1
vs1
Rf R2
vs2
说明：线性电路除可以采用“虚短、虚断”概念外，还可
)VT
lg(Kvs )
▪ 反对数变换器
R
T
vs+-
-
A
vo
+
利用运算法则得
vBE
ISe VT
vo R
由于
整理得
vs
vo ISR e VT
vBE vs
缺点： vs必须小于0。 vo受温度影响大。
乘、除法器
iX
iO
R4
iX
vX
RX
+
A1
T1
R1
vo1
iY
T4 iO
+
A4
iZ
vO
iY
T2
T3
组成特点：运放开环工作。 VREF
-
vo
A
+
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区工作。例如电压比较器。
6.1.1 集成运放理想化条件下两条重要法则
Avd
理
Rid
想
Rod 0
运 放
KCMR
BW
推论
失调和漂移0
因
v
v
vo Avd
0
则 v v
因 Rid
。因 i 0
则 i1 if
+ vs -
+
由图
i1
0 v R1
vs R1
if
v vo Rf
vs vo Rf
输出电压表达式：
vo
(1
Rf R1
)vs
(1
Rf R1
)v
因 i0
输入电阻 Ri
因深度电压负反馈 ， 输出电阻 Ro 0
▪ 同相跟随器
因 v v
由图得 vo v vs
R1
A
+
vo
由图
i1
vs v R1
vs R1
if
v vo Rf
vo Rf
输出电压表达式：
vo
Rf R1
vs
因 v 0
输入电阻 Ri R1
因深度电压负反馈 ， 输出电阻 Ro 0
▪ 同相放大器
if Rf
类型：电压串联负反馈
i1
因 v v 则 v vs
-
R1
A
vo
注：同相放大器不存在“虚地”
▪ 有源积分器
方法一：利用运算法则
C
vs C d (vo )
R
dt
则
vo
1 RC
t
v
o
s
dt
R
vs+-
-
A
vo
+
方法二：利用拉)
vs
(s)
1
/(sC R
)
vs
(s)
1 sRC
vs
(s)
拉氏反变换得
vo
1 RC
t
v
o
s
dt
▪ 有源微分器
R
利用拉氏变换：
-
A
vo
由于 Avf 1 Ri Ro 0
++
所以，同相跟随器性能优于射随器。 vs -
归纳与推广
当R1 、Rf为线性电抗元件时，在复频域内：
反相放大器
vo
(s)
Zf (s) Z1(s)
vs
(s)
拉氏反变换
同相放大器
vo (s)
[1
Zf Z1
(s) (s)
]vs
(
s
)
注：拉氏反变换时 s d
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 vs1 Z1 i -
vo
工作，故运放处于线性状态。
vs2
A +
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。
Z1或Zf采用非线性器件（如三极管），则可构成对数、反 对数、乘法、除法等运算电路。
非线性应用电路 vI
iZ
vY
RY
+
A2
R2 vo2
vo3 R3
则 i0
说明：
v v 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。
i 0 相当于运放两输入端“虚断路”。 同样，虚断路不能理解为输入端开路，只是 输入电流小到了可以忽略不计的程度。
第六章 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 6.2 集成运放性能参数及对应用电路的影响 6.3 高精度和高速宽带集成运放 6.4 集成电压比较器
6.1 集成运放应用电路的组成原理
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 Zf
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。此时，电路输出 只与外部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。
集成运放基本应用电路
▪ 反相放大器
if Rf
类型：电压并联负反馈
因 v v 则 v 0
反相输入端“虚地”
因 i。 0
则 i1 if
i1
vs+-
由图 由于 则
vB2
vBE2
vBE1
VT
ln
iC2 iC1
2.3VT
lg
iC2 iC1
（很小）
iC1 vs / R1
iC2 (VCC vB2 ) / R2 VCC / R2
vB2
2.3VT
lg
iC1 iC2
2.3VT
lg(
R2 R1VCC
vs )
vo
(1
R3 R4
)vB2
2.3(1
R3 R4
vo
(s)
Zf (s) Z1 ( s )
vs
(s)
1
R /(sC
)
vs
(s)
sRCvs (s)
C
vs+-
A
+
vo
拉氏反变换得
vo
RC
dvs dt
▪ 波形变换
vs
输入方波 0
t
积分输出三角波
vo
0
t
微分输出尖脉冲
vo
0
t
对数、反对数变换器
▪ 对数变换器
R
vs+-
-
A
vo
+
利用运算法得：
vs R
vBE
R3
R1
vs1+- +
R2
vs-2
A
+
vo
▪ 减法器
Rf
令vs2=0，
vo1
Rf R1
vs1
令vs1=0，
vo2
(1
Rf ) R3 vs2 R1 R2 R3
vs1
R1
vs2
R2
R3
A
+
vo
则
vo
vo1
vo2
(1
Rf ) R1
R3 vs2 R2 R3
Rf R1
vs1
积分和微分电路
采
例如
用令叠vs2加=0原理进则行分vo析1 。
Rf R1
vs1
令vs1=0
则
vo2
Rf R2
vs2
vo vo1 vo2
▪ 同相加法器
利用叠加原理：
Rf
v
R2 vs1 R1 R2
R1vs2 R1 R2
则
vo
(1
Rf R3
)v
(1 Rf )( R2vs1 R1vs2 ) R3 R1 R2 R1 R2