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[理学]线性电子电路 第6章 集成运算放大器及其应用电路
6.2.3 高频参数对性能的影响 小信号频率参数 开环带宽 BW 内补偿的集成运放可近似看成是单极点系统,该运放的上限截止频率即开环带宽 BW(或称 3 dB 带宽)。 单位增益带宽 BWG 指增益下降到 1(0 dB)时对应的频率。小信号工作时,其值为常数,且 BWG = AvdI· BW 。 当运放闭环工作时,BWG等于反馈电路的增益带宽积。 反馈越深,Avf 越小,闭环带宽 BWf 越宽。 即 BWG = Avf· BWf 大信号动态参数 指集成运放输出电压随时间最大可能的变化速率。其值越大,运放高频性能越好。 影响 SR 主要原因:运放内部存在寄生电容和相位补偿电容。 转换速率(又称压摆率) 指集成运放输出最大不失真峰值电压时,允许的最高工作频率。 全功率带宽 当 SR 一定时,最大不失真输出电压与工作频率成反比。工作频率越高,不失真输出的 Vom 就越小。 6.4 集成电压比较器 电压比较器的作用 比较两输入信号大小,并以输出高、低电平来指示。 电压比较器的特点 输入模拟量,输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。 6.4.1 电压比较器的作用 电压比较器工作原理 可知,只要开环 Avd 很大,则 v+、v- 间的微小差值,即可使运放输出工作在饱和状态。 由 v+ v- 时, vo = Vomax(正饱和值) v+ v- 时, vo = Vomin (负饱和值) v+ = v- 时,逻辑状态转换 因此 * * 6.2 集成运放性能参数及对应用电路的影响 6.4 集成电压比较器 *6.3 高精度和高速宽带集成运放 6.1 集成运放应用电路的组成原理 第 6 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 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 - + A Z1 Zf vo vs1 vs2 i 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。 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。 组成:集成运放外加深度负反馈。 因负反馈作用,使运放小信号工作,故运放处于线性状态。 非线性应用电路 - + A vo vI VREF 组成特点:运放开环工作。 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 理想运放 失调和漂移?0 推论 因 则 因 则 说明: 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。 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。 相当于运放两输入端“虚断路”。 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 - + A R1 Rf +- vs vo if i1 类型:电压并联负反馈 因 则 反相输入端“虚地”。 因 则 由图 输出电压表达式: 输入电阻 输出电阻 因 因深度电压负反馈 , 同相放大器 - + A R1 Rf +- vs vo if i1 类型:电压串联负反馈 因 则 注:同相放大器不存在“虚地”。 因 由图 输出电压表达式: 输入电阻 输出电阻 因深度电压负反馈 , 因 则 同相跟随器 - + A +- vs vo 由图得 因 由于 所以,同相跟随器性能优于射随器。 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 同相放大器 拉氏反变换 得 注:拉氏反变换时 加、减运算电路 反相加法器 6.1.2 运算电路 - + A R2 Rf +- vs2 vo if i2 R1 i1 +- vs1 因 则 因 i ? 0 则 即 整理得 说明:线性电路除可以采用“虚短、虚断”概念外,还可采用 叠加原理进行分析。 令 vs2 = 0 则 令 vs1 = 0 则 例如 同相加法器 - + A R2 Rf +- vs1 vo R1 +- vs2 R3 利用叠加原理: 则 减法器 Rf - + A R3 vs1 vo R2 vs2 R1 令 vs2 = 0, 则 令 vs1 = 0, 积分和微分电路 有源积分器 - + A R C +- vs vo 方法一:利用
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