4.1半导体物理基础.ppt

第二章　集成运算放大器的线性应用基础 ?n为导电沟道中自由电子运动的迁移率； Cox为单位面积的栅极电容； W 和 L分别为导电沟道的宽度和长度，W / L为宽长比。 ［例4.3.7］二极管限幅电路如图 (a) 所示，其中二极管D1和D2的导通电压UD(on) = 0.3 V，交流电阻rD ? 0。输入电压ui的波形在图 (b) 中给出，作出输出电压uo的波形。 解：D1处于导通与截止之间的临界状态时，其支路两端电压为 - E - UD(on) = - 2.3 V。当ui - 2.3 V时，D1导通，uo = - 2.3 V；当ui - 2.3 V时，D1截止，支路等效为开路，uo = ui。所以D1实现了下限幅；D2处于临界状态时，其支路两端电压为 E + UD(on) = 2.3 V。当ui 2.3 V时，D2导通，uo = 2.3 V；当ui 2.3 V时，D2截止，支路等效为开路，uo = ui。所以D2实现了上限幅。综合uo的波形如图 (c) 所示，该电路把ui超出 ? 2.3 V的部分削去后进行输出，完成双向限幅。 　　限幅电路的基本用途是控制输入电压不超过允许范围，以保护后级电路的安全工作。设二极管的导通电压UD(on) = 0.7 V，在图中，当 - 0.7 V ui 0.7 V时，二极管D1和D2都截止，电阻R1和R2中没有电流，集成运放的两个输入端之间的电压为ui；当ui 0.7 V时，D1导通，D2截止，R1、D1和R2构成回路，对ui分压，集成运放输入端的电压被限制在UD(on) = 0.7 V；当ui - 0.7 V时，D1截止，D2导通， R1、D2和R2 构成回路，对ui分压，集成运放输入端的电压被限制在 - UD(on) = - 0.7 V。该电路把ui限幅到 0.7 V到 - 0.7 V之间，保护集成运放。 图中，当 - 0.7 V ui 5.7 V时，二极管D1和D2都截止，ui直接输入A / D；当ui 5.7 V时，D1导通，D2截止，A / D的输入电压被限制在5.7 V；当ui - 0.7 V时，D1截止，D2导通，A / D的输入电压被限制在 - 0.7 V。该电路对ui的限幅范围是 - 0.7 V到 5.7 V。 ［例4.3.8］稳压二极管限幅电路如图 (a) 所示，其中稳压二极管DZ1和DZ2的稳定电压UZ = 5 V，导通电压UD(on) 近似为零。输入电压ui的波形在图 (b) 中给出，作出输出电压uo的波形。 解：当 | ui | 1 V时，DZ1和DZ2都处于截止状态，其支路相当于开路，电路是电压放大倍数为 - 5的反相比例放大器，uo = - 5ui，uo最大变化到 ? 5 V；当| ui | 1 V时，DZ1和DZ2一个导通，另一个击穿，此时反馈电流主要流过稳压二极管支路，uo稳定在 ? 5 V。由此得到图 (c) 所示的uo波形。 图示电路为单运放弛张振荡器。其中集成运放用作反相迟滞比较器，输出电源电压UCC或 - UEE，R3隔离输出的电源电压与稳压二极管DZ1和DZ2限幅后的电压。仍然认为DZ1和DZ2的稳定电压为UZ，而导通电压UD(on) 近似为零。经过限幅，输出电压uo可以是高电压UOH = UZ或低电压UOL = - UZ。 三、电平选择电路 ［例4.3.9］图 (a) 给出了一个二极管电平选择电路，其中二极管D1和D2为理想二极管，输入信号ui1和ui2的幅度均小于电源电压E，波形如图 (b) 所示。分析电路的工作原理，并作出输出信号uo的波形。 解：因为ui1和ui2均小于E，所以D1和D2至少有一个处于导通状态。不妨假设ui1 ui2，则D1导通后，uo = ui1，结果D2上加的是反向电压，处于截止状态；反之，当ui1 ui2时，D2导通，D1截止，uo = ui2；只有当ui1 = ui2时，D1和D2才同时导通，uo = ui1 = ui2。uo的波形如图 (b) 所示。该电路完成低电平选择功能，当高、低电平分别代表逻辑1和逻辑0时，就实现了逻辑“与”运算。 四、峰值检波电路 ［例4.3.10］分析图示峰值检波电路的工作原理。 解：电路中集成运放A2起电压跟随器作用。当ui uo时，uo1 0，二极管D导通，uo1对电容C充电，此时集成运放A1也成为跟随器，uo = uC ? ui，即uo随着ui增大；当ui uo时，uo1 0，D截止，C不放电，uo = uC保持不变，此时A1是电压比较器。波形如图 (b) 所示。电路中场效应管V用作复位开关，当复位信号uG到来时直接对C放电，重新进行峰值检波。 4.4　双