第2章_模拟集成电路的线性应用12983

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1、集成电路原理及应用PrincipleandApplicationofIntegratedCircuits李成军信息工程学院第4讲：模拟集成电路的线性应用集成运放的传输特性及应用领域集成运放的基本放大电路集成运放的线性应用运放在信号测量方面的应用常用信号放大及检测电路4.1集成运放的传输特性及应用领域1.集成运放的传输特性理想运放实际运放电路结构上存在从输出端到反向输入端的负反馈支路输入信号幅度足够小，以保证集成运算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。比如，由运放构成的基本放大电路（包括反相、同相、差动放大器），积分电路，微分电路等2.集成运放的应用电路结构上，集成运算放大器处于开环（无反

2、馈）或存在从输出端到同相输入端的正反馈支路，输出总是处于饱和状态，即输出在正、负最大值之间变化。比如，对数器、指数器、乘法器、电压比较器等在分析具体的集成运放应用电路时，首先判断集成运放工作在线性区还是非线性区，再运用线性区和非线性区的特点分析电路的工作原理。4.1集成运放的传输特性及应用领域线性应用非线性应用4.2集成运放的基本组态图4-1所示是运算放大器反相放大组态电路，通过反馈元件R2构成闭环。利用理想集成运放虚短和虚断的条件，即u-=u+，i-=i+，可得又因为所以即或1.反相输入放大组态图4-1反相放大组态电路输出电压与输入电压成比例关系，且相位相反。此外，由于反相端和同相端的对

3、地电压都接近于零，所以集成运放输入端的共模输入电压极小，这就是反相输入电路的特点。当R1=R2=R时，，输入电压与输出电压大小相等，相位相反，称为反相器（倒相器）。类似于图4-1电路的结构形式，若将其电阻R1，R2改为Z1，Z2，则可以实现其它方面的应用电路，如积分器、微分器、滤波器等。4.2集成运放的基本组态1.反相输入放大组态4.2集成运放的基本组态由于反相输入比例运算电路引入的是深度电压并联负反馈，等效输入电阻为等效输出电阻为1.反相输入放大组态一般R1和R2取值范围为1k~1M欧，阻值太小则输入电阻太低；但太大又难以保证阻值的稳定性和精度，对于基本反相输入比例运算电路必须设法提高

4、其输入电阻。图4-2中，输入信号ui经过外接电阻R2接到集成运放的同相端，反馈电阻接到其反相端，构成电压串联负反馈。利用理想集成运放虚短和虚断的条件，即u-=u+，i-=i+，可得所以4.2集成运放的基本组态２．同相输入放大组态图4-2同相输入放大组态电路或由于同相输入放大组态电路引入的是深度电压串联负反馈，输入电阻Ri=（1+AF）rid→∞输出电阻为当Rf=0或R1→∞时，如图4-3所示，，即输出电压与输入电压大小相等，相位相同，该电路称为电压跟随器。图4-3电压跟随器4.2集成运放的基本组态由于同相输入放大组态电路的输入电阻很高，输出电阻很低，常在电路中用于实现级间的阻抗变换，

5、对内阻抗很高的传感器实现电压信号的放大。依据其功能又称之为阻抗变换器或缓冲放大器。根据“虚短虚断”的概念可得:图4-4反相加法器电路4.3集成运放的线性应用1加法运算电路1）反相加法器电路实现了各信号按比例进行加法运算。如取R1=R2=…=Rn=Rf，则uo=—(ui1+ui2+…+uin)，实现了各输入信号的反相相加。4.3集成运放的线性应用2）同相加法器电路图4-5同相加法器电路设运放为理想运放，由图4-5可得:根据理想运放应满足u+=u-的条件，可导出为减小实际运放偏流引起的零位输出，应满足：取能实现减法运算的电路如图4-6(a)所示。根据叠加定理,首先令ui1=0，当ui2单独作用

6、时，电路成为反相输入运算电路，如图4-６(b)所示，其输出电压为4.3集成运放的线性应用2.减法运算电路（a）（b）图4-6减法电路再令ui2=0，ui1单独作用时，电路成为同相输入运算电路，如图4-6(c)所示，同相端电压为反相端电压为图4-6减法电路4.3集成运放的线性应用（a）（c）根据理想运放应满足u+=u-的条件，可导出这样当R1=R2=R3=Rf=R时，uo=ui1-ui2。在理想情况下，其输出电压等于两个输入信号电压之差。[例]图中，其中是共模分量，是差模分量。如果，试问Rf多大时输出电压不含共模分量？4.3集成运放的线性应用[解]欲使uo不含共模分量uic2，必须满足下列条

7、件:4.3集成运放的线性应用因经整理后得。此时输出电压例如则4.3集成运放的线性应用把反相放大组态和同相放大组态二者结合起来，就构成差动放大组态运算放大器电路，如图4-7所示。输入信号Ui可以认为是(Ui1-Ui2)，当运放为理想运放时，由图可得4.3集成运放的线性应用3．差动放大器图4-7差动输入放大组态电路当满足匹配条件R4/R3=R2/R1时，由U+=U-可得即上式表明，运放特性理想且外接元件参数满足特定条件：R4