1、關(guān)于模擬集成電路的線性應(yīng)用第一張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院22.1.1 反相型放大器1.反相型放大器的理想特性(1)基本型反相放大器利用理想集成運放的條件：虛短和虛斷，即 閉環(huán)增益為 即 2.1 模擬集成電路的基本放大電路圖2-1-1 基本反相放大器+-+-ui+-uoR1R2i1i2iB-iB+u- = u+ ， iB-= iB+ 第二張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院3輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系為 或 也稱比例放大器。 當兩個電阻的比值

2、為1時，稱為倒相器。 等效輸入電阻為 等效輸出電阻為 圖2-1-1 基本反相放大器+-+-ui+-uoR1R2i1i2iB-iB+第三張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院4理想條件下，(1+AdF)很大,Ro很小， Roe0；一般R1、R2取值范圍為1k1M； 對于反相放大器必須設(shè)法提高其輸入電阻。 說明：第四張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院5(2)改進型反相放大器之一 目的：提高輸入電阻。 圖2-1-2 用T型網(wǎng)絡(luò)代 替R2的反相放大器閉環(huán)增益為

3、 避免使用超過1M的大電阻。 特點：滿足了 Ri = R1 不取大值； 第五張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院6圖2-1-3 采用自舉電路的反相放大器輸入電阻為 要使Ri增大，設(shè)法使Ii減小。 目的：提高輸入電阻 (2)改進型反相放大器之二 第六張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院72. 反相型放大器的實際特性分析Ad、Rd、R O 不為理想條件時等效電路 (1)反相放大器的 實際閉環(huán)增益圖2-1-4 考慮了Ad、Rd和 Ro的反相放大器電路或 第七

4、張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院8式中 AF反相放大器的實際閉環(huán)增益 AF0反相放大器的理想閉環(huán)增益 Ad集成運放的開環(huán)增益 F實際反饋系數(shù)，一般F F0 F0理想反饋系數(shù) 第八張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院9(2)反相放大器的實際等效輸出電阻圖2-1-5 輸出電阻等 效計算電路等效輸出電阻是在無負載時輸出開路電壓UO除以短路電流Ik Uo = Eo - Ro IoEo = -Ad(U- - U+)第九張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6

5、月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院10若考慮Ro R2、Ro R1，則當用阻抗代替電阻時 當信號頻率 R3 ，Rd (R2+ R0)/R1 同相放大器的優(yōu)點：輸入電阻很高。(3)等效輸出電阻表達式與反相放大器等效輸出電阻表達式相同。第十五張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院163.同相加法器理想運放時 由以上三式得輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為圖2-1-10 同相型加法器U+ = U-第十六張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學

6、院17為了減小實際運放偏流引起的零位輸出，應(yīng)選擇各電阻滿足 Re/Rf = Rp/R1/Rn 。輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為 若取R1 = R2 = Rn= R當考慮實際運放Ad、Rd、Ro后 實際輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為 第十七張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院18若取 Re/Rf = Rp/R1/Rn 的條件 若同時取 R1=R2=Rn=R 有 可見因Ad、Rd 引起求和運算相對誤差為 第十八張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院192.1.3 差動

7、型放大器1.差動放大器理想特性理想運放時 當滿足匹配條件 R3=R1、 R4=R2 時輸入電壓與輸出電壓關(guān)系為 圖2-1-11 差動放大器第十九張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院202.差動放大器實際特性分析Ad和ACM對放大特性影響，其余條件均為理想若取R1=R3，R2=R4再考慮到AdF01，AdACM第一項為理想放大器的輸出電壓 第二項為環(huán)路增益為有限值時引起誤差電壓 第三項為共模增益引起誤差電壓 第二十張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院21

8、由理想運放基本條件可導出以下關(guān)系式圖2-1-12 增益可調(diào)的差動放大器3.增益可調(diào)差動放大器I1 = I3 ，I2 = I4 ，UA- UB = m(Ui2- Ui1 ) ，I3 = I5 + I6 ，第二十一張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院22通常選 m = n , 所以當m、n的值選定后，只需調(diào)節(jié)(pR)一個電位器即可調(diào)節(jié)差動放大器增益。 缺點：輸入電阻不高； 增益與電位器阻值呈非線性關(guān)系。 實用時，加補償電容以提高穩(wěn)定性。圖2-1-12 增益可調(diào)的差動放大器I7 = I4 + I5 ，第二十二張，PPT共六十七頁

9、，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院234. 高輸入阻抗差動放大器第一級運放為同相放大器，其輸出電壓為用疊加原理求第二級運放的輸出電壓 因兩個輸入信號均從同相端輸入，所以輸入電阻比較高。 圖2-1-13 高輸入阻抗差動放大器Uo = (1 + m)Ui2 - mUo1 = (1 + m)(Ui2 - Ui1)第二十三張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院241.反相型積分器理想集成運放時 (1)傳輸函數(shù)2.2 積分電路圖2-2-1 基本反相型積分器2.2.1 基本積分電路及

10、其理想特性T = RC，T為積分時間常數(shù)。 第二十四張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院25(2)頻率特性幅頻特性 為幅頻特性的交接頻率。 相頻特性第二十五張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院26(3) 輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系圖2-2-2 基本積分器的幅頻特性圖2-2-3 基本積分器的相頻特性第二十六張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院272.同相型積分器(1)傳輸函數(shù)I1 +

11、I2 = I3 即U+=U-，若滿足電阻匹配條件R1R4=R2R3，例如選取R3=R1，R4=R2，則可導出理想傳輸函數(shù)為：圖2-2-4 基本同相型積分器第二十七張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院28(2)頻率特性其中，幅頻特性為為幅頻特性的交接頻率 式中 相頻特性為(3)輸出電壓與輸入電壓關(guān)系此積分器的波特圖與反相積分器相同。 第二十八張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院293.差動型積分器(1)傳輸函數(shù)取R1=R2=R，C1=C2=C，即滿足匹配

12、條件時有：(2)輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系 圖2-2-5 差動型積分器uo+-+AR1C1Ui1I2C2R2Ui2I1第二十九張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院302.2.2 UOS、IB及其漂移對積分電路的影響輸出電壓為 積分電容C值越小，產(chǎn)生的誤差越大；C值越大，誤差越小。 圖2-2-6 考慮了Uos、IB的 積分電路第三十張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院312.2.3 集成運放的增益和帶寬對積分電路影響集成運放的開環(huán)頻率特性為T0是集成運放的

13、時間常數(shù) A0是低頻增益 當A01, RCT0時，理想積分電路在實軸上僅有一個位于原點的極點，增益和帶寬為有限值積分電路在實軸上有兩個極點。 實際積分器在低頻范圍內(nèi)，因集成運放開環(huán)增益是有限值；在高頻范圍內(nèi)，因帶寬又是有限值，所以都是不理想情況。積分電路的傳輸函數(shù)為 第三十一張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院32圖2-2-8 積分電路的瞬態(tài)響應(yīng)實用中，為獲得理想積分特性，積分響應(yīng)在遠小于RC時間內(nèi)結(jié)束或者輸出電壓的幅度遠小于極限值。 圖2-2-7 積分電路的頻率特性第三十二張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月202

14、2/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院332.2.4 積分電路的保持誤差產(chǎn)生保持誤差的原因是：集成運放和積分電容某些特性。如開環(huán)增益的不穩(wěn)定，會使積分電路固定輸出電壓產(chǎn)生波動；影響保持誤差的主要因素是積分電容，所以要根據(jù)實際應(yīng)用的需要很好選擇和處理好積分電容。 圖2-2-9 積分電路的保持誤差有限值A(chǔ)0和輸入電阻產(chǎn)生的泄漏電流使積分電容器電壓泄放；電壓和電流的漂移。 第三十三張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院342.2.5 幾種典型的積分電路圖2-2-10 比例積分電路1.比例積分電路輸出電壓為 輸

15、入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流產(chǎn)生的誤差電壓為 uo+-+AR3R1R2Cui第三十四張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院352.求和積分電路 電路的各時間常數(shù)是分別確定的，它可用于對兩個以上的輸入信號積分相加。由輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流所產(chǎn)生的誤差除比例項外，各積分項與上式相似。輸出電壓為 圖2-2-11 求和積分電路uo+-+ARR2R1Cui2R3ui1ui3第三十五張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院363.重積分電路輸出電壓為 由輸入失調(diào)電壓和輸

16、入失調(diào)電流產(chǎn)生誤差電壓為 圖2-2-12 重積分電路uo+-+A2RRRC/2uiC/2R/2C第三十六張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院37理想傳輸函數(shù)為 幅頻特性為 為幅頻特性的交接頻率 2.3 微分電路頻率特性為 2.3.1 基本微分器及其理想微分特性圖2-3-1 基本微分器式中 T=RC 為微分時間常數(shù) = sRC = sT第三十七張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院38相頻特性為 圖2-3-2 基本微分器的幅頻特性圖2-3-3 基本微分器的

17、相頻特性輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系缺點：穩(wěn)定性差、高頻輸入阻抗低、高頻干擾大。第三十八張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院392.3.2 微分器的實際微分特性1.實際頻響特性傳輸函數(shù)為 Ad(s)增益函數(shù) F(s)反饋函數(shù) 從上式看出，實際微分器傳輸函數(shù)是由一個理想微分器的傳輸函數(shù)和一個二階振蕩環(huán)節(jié)的傳輸函數(shù)構(gòu)成。 第三十九張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院40二階振蕩環(huán)節(jié)的傳輸函數(shù) 圖2-3-4 實際微分器的幅頻特性幅頻特性 直線1為理想微分特性 曲

18、線2為二階振蕩環(huán)節(jié) 曲線3為實際微分器的幅頻特性 曲線4為運放開環(huán)增益的幅頻特性 第四十張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院412. 實際微分器對斜坡輸入電壓的時域響應(yīng)特性假設(shè)輸入電壓為負斜坡電壓 ui(t) = -at (t0) 理想的輸出響應(yīng)函數(shù)為 圖2-3-5 微分器對斜坡輸入 電壓的時間響應(yīng)特性曲線1是理想輸出響應(yīng)特性。曲線2是在理想的輸出響應(yīng)aT上迭加了一個衰減振蕩響應(yīng)。 由拉氏反變換得時域輸出響應(yīng)為uo(t)=-1Uo(s)=aT (t0) 第四十一張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成

19、電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院422.3.3 幾種典型的微分電路1.改進型的微分電路 加入R1，自然頻率下降，阻尼比明顯增大，作用是消除自激，減小高頻諧振峰。并聯(lián)反饋電容Cf，作用是降低不必要高頻增益。 傳輸函數(shù)為 假設(shè) 則幅頻特性為 圖2-3-6 改進型的微分電路第四十二張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院43圖2-3-7 改進型微分器 的幅頻特性改進型微分器幅頻特性當 時，為非微分的高頻衰減區(qū)， 當 = 時，幅頻特性達到最大增益， 當 時，是理想微分工作區(qū)， 在 時，其響誤差為 第四十三張，PPT共六十

20、七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院442. 差動型的微分電路 傳輸函數(shù)為 頻率特性為 圖2-3-9 幅頻特性式中：T2=R2C , T1=R1C 當 1時，增益為 R2/R1，高于微分工作區(qū)增益，為了降低其影響，可在兩個電阻上并聯(lián)小電容。 圖2-3-8 差動微分電路第四十四張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院453.比例微分電路傳輸函數(shù)為 圖2-3-10 比例微分電路第四十五張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電

21、氣與電子工程學院462.4.1 集成儀器放大器的工作原理1.基本儀器放大器電路2. 工作原理(1)當Ui1單獨作用， 即Ui2 = 0時 2.4 集成儀器放大器圖2-4-1 儀器放大器電路Ui2 = 0， UN = 0第四十六張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院47(2)當Ui2單獨作用(Ui1= 0)時 (3)當Ui1、Ui2同時作用時 Ui1 = 0， UM = 0圖2-4-1 儀器放大器電路第四十七張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院48(4)儀

22、器放大器的總輸出電壓及其增益當滿足電阻匹配條件，即 R5 = R4 , R7 = R6 , R3 = R2 輸出電壓 儀器放大器增益為 通常選 R2R6=R， 只要調(diào)節(jié)R1 ，即可改變AI，調(diào)節(jié)增益很方便。 儀器放大器是具有高增益、高增益精度、高共模抑制比、高輸入電阻、低噪聲、高線性度的集成放大器；主要應(yīng)用于小信號放大。所以 第四十八張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院492.4.2 集成儀器放大器的特性及其應(yīng)用1. INA101超高精度集成儀器放大器(1)主要特點失調(diào)電壓低：25V 失調(diào)電壓溫漂?。?.25V/C 非線性

23、?。?.002 噪聲?。?3nV/共模抑制比高：106dB（60Hz） 輸入電阻高：1010第四十九張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院50(2)電路框圖及其引腳圖2-4-2 INA101G/INA101P功能框圖與封裝引腳第五十張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院51(3) 應(yīng)用時的連接方法圖2-4-3 INA101基本應(yīng)用電路輸出電壓為 Uo = AI (Ui2 - Ui1 )外接RG調(diào)節(jié)增益： 第五十一張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2

24、022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院52圖2-4-4 INA101輸出部分調(diào)零電路 改變R1、R2的比值，可以擴大調(diào)節(jié)范圍。第五十二張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院53能夠放大非常微弱的信號；能方便地將閉環(huán)增益由100調(diào)至2000；幾乎可以完美地跟蹤及有效地消除閉環(huán)增益隨溫度的變化；有極好的共模抑制比、電源電壓抑制比、增益線性度以及非常低的輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電壓溫漂和輸入噪聲電壓等特性；采用16腳陶瓷密封雙列直插式封裝。 2. LH0038/LH0038C精密集成儀表放大器(1) 基本特點第

25、五十三張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院54圖2-4-5 LH0038/LH0038C功能框圖(2)功能框圖第五十四張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院55(3)應(yīng)用說明(a)防護驅(qū)動端圖2-4-6 LH0038防護驅(qū)動端應(yīng)用圖2-4-7 遠程讀出的電路(b)遠程輸出讀出直接在負載端接通加緩沖器提高電流能力第五十五張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院562.5.1 動態(tài)校零型斬波

26、放大器的一般技術(shù)圖2-5-1 斬波放大器采用的雙通道放大電路框圖若A1、A2的失調(diào)電壓分別為Uos1、Uos2 ，將其折算到輸入端，其等效失調(diào)電壓為2.5 動態(tài)校零型斬波放大器主放大器輔助放大器則因失調(diào)電壓引起零位輸出電壓為Uo = -Ad1Uos1 - Uos2 Ad2 Ad1第五十六張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院572.5.2 動態(tài)校零型斬波放大器的工作原理圖2-5-2 動態(tài)校零型斬波放大器原理圖 斬波放大器工作過程分兩個工作期：誤差檢測和記憶期 校零和信號放大期 第五十七張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6

27、月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院581. 誤差檢測和記憶期當斬波開關(guān)S1、S2、S3 同時打向“1”位置時 在存貯電容C1上記憶了失調(diào)電壓。 圖2-5-2 動態(tài)校零型斬波放大器原理圖Uo1 = Ad1(Uos1 - Uc1)Uo2 = Uc1 = Ad2(Uo1 + Uos2)第五十八張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院592.校零和信號放大期當斬波開關(guān)S1、S2、S3 同時打向“2”位置時 存貯電容C2上的保持電壓為 完成了零位校正和信號放大。 運放A1的失調(diào)電壓對輸入電壓影響被降低了（1+ Ad1Ad2）倍。Uo = Ad1(Ui +Uos1 -Uc1) +Uos3UC2 = Uo1 第五十九張，PPT共六十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2022/8/4集成電路原理及應(yīng)用 山東理工大學電氣與電子工程學院60失調(diào)電壓：20V；失調(diào)電壓漂移：0.3V/C；失調(diào)電流：0.05nA；失調(diào)電流漂移：1.0pA/C；開環(huán)增益：5108；單位增益帶寬：3MHz；轉(zhuǎn)換速率（單位增益