模拟IC的线性应用.ppt

1、2020年7月28日，星期二，1。基础放大电路、积分电路、差分电路、集成仪表放大器、动态校零斩波放大器、模拟集成电路的线性应用，2020年7月28日，星期二，2。1.反相放大器，1。理想倒相放大器的特性(1)基本倒相放大器，利用理想集成运算放大器的条件：虚短路和虚断路，即闭环增益是1模拟集成电路的基本放大电路，u-=u，iB-=iB，2020年7月28日星期二，2020年3，输入电压和输出电压的关系是，或，也叫比例放大器。当两个电阻的比值为1时，它被称为反相器。等效输入电阻为，等效输出电阻为，2020年7月28日星期二，4。在理想条件下，(1)ADf大，Ro小，Roe0；一般来说，R1和R2的

2、值范围是1千1百万；对于反相放大器，我们必须设法增加其输入电阻。描述：2020年7月28日，星期二，5。(2)一种改进的反相放大器，其目的是增加输入电阻。在图1-2中，R2的反相放大器被T型网络代替，闭环增益为0。避免使用超过1M的大电阻。特征：Ri=R1不作为大值；2020年7月28日，星期二，6。图1-3采用带自举电路的反相放大器，输入电阻为0。要增加Ri，尽量减少Ii。目的：增加输入电阻，(2)第二个改进型反相放大器，2020年7月28日星期二，7.2。反相放大器的实际特性，分析当Ad、Rd和ro不是理想条件时的等效电路，(1)反相放大器的实际闭环增益，图2-1-4考虑了Ad、Rd和Ro

3、的反相放大器电路，或AF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，Ad集成运算放大器的开环增益，F实际反馈系数，一般F F0，F0理想反馈系数，2020年7月28日星期二， 9，(2)反相放大器的实际等效输出电阻，图2-1-5输出电阻的等效计算电路，等效输出电阻是输出开路电压UO除以空载时的短路电流Ik，Uo=EO-roio，EO=-ad (u-u)，2020年7月28日星期二，10。 如果考虑Ro R2和Ro R1，当电阻被阻抗代替时，当信号频率为n并且信号频率相对较高时，其输出阻抗将发生很大变化。2020年7月28日，星期二，11，3。反相加法器，图1-6反相加法器，如果输

4、出电压与输入电压的关系为0，则输出电压为0，可以实现输入电压的求和运算。让R1=R2=RN=R，2020年7月28日星期二，12，1.2同相放大器，1。同相放大器的理想特性，利用理想集成运算放大器的条件：虚短路和虚断路，闭环增益为，即基本同相放大器在图2-1-7中，U-=U，IB=图1-8同相跟随器，在理想条件下，uo=ui或Uo=Ui，Ro 0，R1断开(放大倍数为1)，图1-7基本同相放大器、2020年7月28日星期二，14，2。同相放大器的实际特性，当Ad、Rd和Ro不是理想条件时的等效电路。AF0同相放大器的理想闭环增益；Ad，集成运算放大器开环增益；F实际反馈系数，一般为F0。F0，

5、理想反馈系数；图2-1-9考虑了同相放大器电路的Ad、Rd和Ro，2020年7月28日星期二，15，(2)同相放大器的等效输入电阻，输入电压与输入电流的比值为等效输入电阻，UI=(R3 RD) II U-，E0=II RD AD，RIE=R3 RD R3/(R2 R0)。(3)等效输出电阻，表达式与反相放大器的等效输出电阻相同。2020年7月28日，星期二，16，3。同相加法器，当运算放大器比较理想时，上述三个公式的输出电压与输入电压的关系如下：图2-1-10，同相加法器，U=U-，星期二，2020年7月28日，17。为了减少实际运算放大器偏置电流引起的零输出，每个电阻的选择应满足Re/射频输

6、出电压与输入电压的关系是：如果R1=R2=Rn=R，在考虑实际运算放大器Ad、Rd和Ro后，实际输出电压与输入电压的关系是2020年7月28日星期二18。如果取re/RF=RP/R1/rn，如果R1=R2=。可以看出，由Ad和Rd引起的求和运算的相对误差为：2020年7月28日星期二，19，1.3差分放大器，1。差分放大器的理想特性，当匹配条件R3=R1和R4=R2满足时，输入电压和输出电压之间的关系为，图2-1-11差分放大器，2020年7月28日星期二。分析了Ad和ACM对放大特性的影响，其他条件都比较理想。如果考虑R1=R3、R2=R4以及AdF01和AdACM，第一项是理想放大器的输出

7、电压，第二项是有限环路增益引起的误差电压，第三项是共模增益引起的误差电压。在2020年7月28日星期二21时，可以从理想运算放大器的基本条件推导出以下关系式。图2-1-12增益可调差分放大器，3。可调增益差分放大器，I1=I3，I2=I4，UA- UB=m(Ui2- Ui1)，I3=I5 I6，2020年7月28日星期二，通常选择m=n，所以当M时缺点：输入电阻不高；增益与电位计电阻呈非线性关系。如果可行，增加补偿电容以提高稳定性。图2-1-12可调增益差分放大器，I7=I4 I5，2020年7月28日星期二，23，4。差分放大器具有高输入阻抗，第一级运算放大器是同相放大器，其输出电压为。用叠

8、加原理计算第二级运算放大器的输出电压。因为两个输入信号都是从同相端输入的，所以输入电阻相对较高。图2-1-13高输入阻抗差分放大器，uo=(1m) ui2-muo1，=(1m) (ui2-ui1)，2020年7月28日，星期二，24，1。反相积分器，当运算放大器被理想地积分时，(1)传递函数，2积分电路，图2-。(2)频率特性，幅频特性，是指幅频特性的切换频率。相频特性，2020年7月28日星期二，26，(3)输出电压与输入电压的关系，图2-2-2基本积分器的幅频特性，图2-2-3基本积分器的相频特性，2020年7月28日星期二，27，2。同相积分器，(1)传递函数，I1I2=例如，如果选择R

9、3=R1和R4=R2，理想传递函数可以推导如下：图2-2-4基本同相积分器，2020年7月28日星期二，28，(2)频率特性，其中幅频特性是幅频特性的交越频率，其中相频特性是(3)输出电压和输入电压之间的关系。2020年7月28日，星期二，3月29日。微分积分器，(1)传递函数，取R1=R2=R，C1=C2=C，即满足匹配条件时，有：(2)输出电压与输入电压的关系，2020年7月28日星期二，30，2.2 UOS，IB及其漂移对积分。c值越大，误差越小。图2-2-6考虑了Uos和IB的积分电路。2020年7月28日星期二，集成运算放大器的增益和带宽影响了积分电路。集成运算放大器的开环频率特性为

10、：T0为集成运算放大器的时间常数，A0为低频增益。当A01和RCT为0时，理想的积分电路只有一个极点，增益和带宽位于实轴的原点。实际的积分器在低频范围内，因为集成运算放大器的开环增益是有限的；在高频范围内，带宽有限，因此不理想。积分电路的传递函数是2020年7月28日星期二，32，图2-2-8。实际上，为了获得理想的积分特性，积分响应在比RC时间短得多的时间内结束，或者输出电压的幅度比极限值小得多。图2-2-7积分电路的频率特性，2020年7月28日星期二，33，2.4积分电路的保持误差，保持误差的原因是：集成运算放大器和积分电容的一些特性。例如，开环增益的不稳定性会使积分电路的固定输出电压波

11、动；影响保持误差的主要因素是积分电容，因此有必要根据实际应用的需要选择和处理好积分电容。图2-2-9积分电路的保持误差、有限值A0引起的漏电流和输入电阻使积分电容的电压放电；电压和电流漂移。2020年7月28日星期二，34和2.5典型积分电路，图2-2-10比例积分电路，1。比例积分电路，输出电压为，输入失调电压和输入失调电流产生的误差电压为，2020年7月28日星期二，35，2。求和与积分电路，电路的每个时间常数分别确定，可用于两个。由输入失调电压和输入失调电流引起的误差除比例项外与上述公式相似。输出电压，2020年7月28日星期二，36，3。重积分电路，输出电压，输入失调电压和输入失调电流

12、产生的误差电压，2020年7月28日星期二，37，理想传递函数，幅频特性，幅频特性的交越频率，3个微分电路，频率特性，3.1基本微分器及其理想微分特性公式中，T=RC为微分时间常数，src=ST，2020年7月28日星期二，38，相频特性如下：图2-3-2，基本微分器的幅频特性，图2-22020年7月28日星期二，39，3.2微分器的实际微分特性，1。实际频率响应特性，传递函数是Ad(s)增益函数和F(s)反馈函数。从上述公式可以看出，实际的微分传递函数由一个理想的微分传递函数和一个二阶振荡环节传递函数组成。2020年7月28日星期二，40，二阶振荡环节的传递函数，图2-3-4，实际微分器的幅

13、频特性，直线1为理想微分特性，曲线2为二阶振荡环节，曲线3为实际微分器的幅频特性，曲线4为运算放大器开环增益的幅频特性，2020年7月28日星期二，41，2。假设输入电压为负斜坡电压ui(t)=-at (t0)，理想输出响应函数如图2-3-5所示，曲线1为理想输出响应特性。在曲线2中，衰减振荡响应叠加在的理想输出响应上。通过拉普拉斯逆变换获得的时域输出响应是UO (T)=-1UO (S)=AT (T0)。2020年7月28日星期二，有42个和3.3个典型的差分电路。1.改进后的差动电路，加入R1后，固有频率降低，阻尼比明显增加，起到了消除自激和降低高频谐振峰的作用。反馈电容Cf并联以减少不必要

14、高频增益。传递函数是，假设，幅频特性是，图2-3-6，改进的差分电路，2020年7月28日星期二，43，图2-3-7，改进的差分器幅频特性，当，是理想的差分工作区，当，是非差分高频衰减区，当=。在，其响应错误为2020年7月28日星期二，44，2。具有传递函数和频率特性的差分电路是图2-3-9中的幅频特性，其中T2=R2C，T1=R1C，当1时，它是理想的差分工作区，当1时，增益是R2/R1。图2-3-8差分电路，2020年7月28日星期二，45，3。比例微分电路，其传递函数为，图2-3-10比例微分电路，2020年7月28日星期二，46，2020年7月28日星期二，47，4.1集成仪表放大器

15、的工作原理，1即当Ui2=0时，4集成仪表放大器，如图4-1仪表放大器电路，Ui2=0，un=0，2020年7月28日星期二，48，(2)当Ui2单独动作时(Ui1=0)，(3)当Ui149，(4)仪表放大器的总输出电压及其增益，当电阻匹配条件满足时，即R5=R4，R7=R6，R3=R2，仪表放大器的输出电压及其增益通常为R2R6=R，只要R1被调整，人工智能就可以被改变，并且方便调整增益。仪表放大器是一种集成放大器，具有高增益、高增益精度、高共模抑制比、高输入电阻、低噪声和高线性度；主要用于小信号放大。因此，2020年7月28日星期二，50，4.2集成仪表放大器的特性和应用，1。INA101超高精度集成仪表放大器，(1)主要特性：低失调电压：25V，小失调电压温度漂移：0.25V/C，小非线性：0.002，低噪声：13nV/，共模抑制比。2020年7月28日，星期二，51，(2)电路框图和引脚，图4-2 INA101G/INA101P功能框图和封装引脚，2020年7月28日，星期二，52，(3)应用期间的连接方法，图4-3 INA101基本应用电路，输出电压为，UO=人工智能(2020年7月28日，星期二，53，图4-4)INA 101的输出部分置零，通过改变可以扩大调整范围2020年7月28日，