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第十一章4-2(可变增益放大器)

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【国家自然科学基金】_可变增益放大器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

【国家自然科学基金】_可变增益放大器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

推荐指数 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 可变增益放大器 锗硅 超宽带 自动增益控制 电流平方 有源可调衰减器 数字反馈回路 异质结双极晶体管 助听器 低噪声放大器 wimax无线接收机 esd cmos cmmb
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
科研热词 预失真 自动增益控制 系数 直流失调抵消 电致伸缩效应 混频器 正交频分复用 正交多项式 无线局域网 掺铒光纤放大器 接收机 指数发生电路 增益平坦 增益可调 可变增益放大器 功率放大器 伪指数 cmos 802.11b
科研热词 cmos 高精度 跨阻放大器 读出电路 误差放大器 自动调零 结型场效应管 程控 相关双采样 改进型可变增益放大器 宽带 失调消除 多栅管 增益可调 可变增益放大器 可变增益 压控电阻 共源共栅 低噪声放大器(lna) 低噪声 乒乓结构 x射线探测
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6
科研热词 电路设计 射频放大器 可变增益 wcdma sige hbt
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
推荐指数 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5
2014年 科研热词 逐束团 电子学 束流位置检测器 大动态范围 中国散裂中子源 推荐指数 1 1 1 1 1

第11章 集成运算放大器

第11章 集成运算放大器

由虚短可得：
u u
RF R3 RF uo 1 R R R ui 2 R ui 1 1 2 3 1
输出与两个输入信号的差值成正比。
分析方法2：利用叠加原理 减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相 比例运算电路的叠加。 RF RF uo ui 1 R1 R1 – + + + u + RF + uo ui1 + (1 )u uo ui2 R2 R – R1 3 – – R3 RF (1 ) ui 2 R1 R2 R3
u+– u–
饱和区
-U – + + + ui + UR R2 – –
运放处于开环状态

+Uo(sat)
+ uo –
uo
o
–Uo(sat)
UR ui
电压传输特性
即 ui<UR 时，uo = +Uo (sat) ui >UR 时，uo = – Uo (sat) C
采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电 电流基本上是恒定的，故 u0 是时间 t 的一次函数， 从而提高了它的线性度。
11.3.5 微分运算电路
if RF + ui – i1 C1 R2 由虚短及虚断性质可得 i 1 = if + uo –
– + +

dui uo C1 dt RF

ui

+UCC
线性区： uo = Auo（ u+– u– ） 非线性区： u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)

电工学第11章 集成运算放大器[精]

电工学第11章 集成运算放大器[精]

=－C
uidt
—ddu—t 0
输入为阶跃电压时积
if C
u 分器的输入输出波形 i1 R1
ui
i
U
uo
o
t
R2
uo o
t
∫ uo=
–
—C １ R— 1
t
0
uidt
= – —RU1—C t
微分运算电路
Ｒf if
i1 C
ui
uO
Ｒ2
输入与输出
的关系式为
若输入为方波 则输出波形为
ui uo uo= – Rf C –dd—ut i
i2 -
Rf R1
i1
u u u o = 1+ RR1f R2R+3R3
i2 -
Rf R1
i1
当R1=Rf=R2=R3时
Rf
u u u 0 = i2－ i1
R1
ui2
—减法运算电路
ui1
R2
uo
R3
两级反相输入减法运算电路
R f1
u R11 i1
N1
R12
R f2
ui2
R 21
11.1.3 主要参数
（1）开环电压放大倍数Au0 指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况
下的直流差模电压增益。集成运放的Au0一般很高，约为104～107；
（2）差模输入电阻ri和输出电阻r0 集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧；
由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很 低，约在几十欧至几百欧之间；
uo= ui
11.2.2 加、减 运算电路
1、加法运算电路
反相加法运算电路

第十一章集成运算放大器及其应用

第十一章集成运算放大器及其应用
也成立。
虚断 流入集成运放两个输
u－ I－ u+ I+
AOUi
uo
入端的电流通常为零， 但又不是断路故简称为 “虚断”。
∵ ri≈∞ I－≈I+ ≈0
2. 非线性区
在非线性区，虚短概念不成立，但虚断 概念成立。
例：利用理想运放组成的二极管检测电路， 求出流过D的电流 iD 及D两端的电压uD。
D iD
)ui
返回
加法运算电路
i i 0
i f i1 i2 i3 u u 0
i1 ui1 R1
i2 ui2 R2
i3 ui3 R3
i f u0 Rf
ui1 R1 i1
Rf if
ui2 R2 i2 ui3 R3 i3
－ ＋ ＋∞
uo
RP
u0 ui1 ui 2 ui 3 R f R1 R2 R3
ui uo ui
Rf
R1
R2－－平衡电阻 R2＝R1//Rf
当Rf＝有限值时，R1＝∞
Auf =1 → 电路成为电压
跟随器。
uo＝ui
ui
－+ ∞＋
uo
此电路输入电阻大，输出 电阻小。
例2、理想化运放组成的电路如图，试推算输出 电压uo的表达式。
R1 ui R3
R2
－ ＋∞
＋
ui2 0 (ui2 接 地） u0 u01 u02
反相端输入 u02 R f ui1
R1

(1
Rf R1
)(
R3 R2 R3
)
ui
2

Rf R1
ui1
当 R 3 R f 时, R2 R1

宽控制可变增益放大器(VGA)电路的设计

宽控制可变增益放大器(VGA)电路的设计

’ｈ ｓｇ ｆＶＧＡ ｅ ｔｉ ｒ ｕｉ ｌ ｅ Ｄｅ ｉｎ ｏ ’ Ｅｌｃ ｒｃＣｉｃ ｔ
Ｄ ｏ ｕｎ ｎ ｎｇ Ｙ ｙｕ
（ ｉ ｈ ｕ Ｓ ｉ ｔｃ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｖｏ ａ ｉ ｎ ｌＣ ｌ ｅ ｅ Ｇｕ ｚ ｏ Ｇｕ ｙ ｎ ５ ０ ０ ） Ｇｕ ｚ ｏ ｃ — ｅ ｈ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ｃ ｔ ａ ｏ ｌ ｇ ， ｉ ｈ ｕ， ｉ ａ ｇ， ５ ０ ８ ｏ
压 Ｕ 。左端 为输入 电压 ， 根据 输 人 电压 Ｖｉ 变 的 化， 加在 ＆ 的两端 电压 ＶＲ相应 变化 ， ｃ 于是 ， 电阻 上 的电流 ：
ｋ 一 ＝ ＝ ＝
１ ２ 线性好 、 ． 控制 电压 范围广 的 电压 控制 电阻电路 可变增益 由电压控 制 电阻来实 现 。
ｔ ｏ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｔ ｅ ｏ ｔｏ ｌｃ ｒｃ ｃ ｒ ｅ ｔｏ ｏ ｔ ｇ ｕ ｐ ｔ ｔｈ ｓ ｔ ｅ ｍｅ ｉｓｏ ｉ ｈ ｌ ｅ ｒ ｒ ｌｒ ｓｓ ａ ｃ ，ｈ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｅｅ ｔ ｉ ｕ ｒ ｎ ｒ ｖ ｌａ ｅ ｏ ｔ ｕ ．Ｉ ａ ｈ ｒｔ ｆ ｈ ｇ ｉ ａ ｉ ａ ｎ —
输入信 号搭配 的偏 电压 １ ５ ． Ｖ。 图 ２的 电路考 虑 为
无失 真工作作 为必 要 条件 ， 了 不产 生 由于 场效 应 为 管 的失 真 ， Ｔ 由 构 成 的源 极 跟 随器 必 须 正 常工 作 。
此时 ， 因为电压控 制电阻 Ｒ 上流过 的最 大电流 为 Ｉ 。
下面对 实 现 低 失 真 ， 控 制 电 压 范 围 的 ＶＧ 宽 Ａ 的 电路加 以叙述 。
（ １
２ 取 出 电 流 电路
电流取 出电路［ ， 图 ２左侧 是 差 动 电路 ， 此 】见 ］ 在 电路 中使用单端 输入 和输 出 ， 因此 ， Ｔ 一处设 置与 在 。

电工与电子技术 -第11章

电工与电子技术 -第11章

Uo = 15 / 2 =7.5V
Uo
R
2R + +
R
-
+
+15V
2R
Uo
-
《电工学简明教程》
+15V 2R 2R – +

R

+
+
RL
uo
–
电压跟随器，电 源经两个电阻分压后 加在电压跟随器的输 入端，当负载RL变化 时，其两端电压 uo不 会随之变化。
《电工学简明教程》
例：试计算Uo
-
R1
+
11.6 使用运算放大器应注意的几个问题
《电工学简明教程》
11.1 集成运算放大器的简单介绍
集成电路: 将整个电路的各个元件及连线均制造在同一块半导体基 片上，形成一个不可分割的整体。 集成电路的优点： 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、 功耗小。
各类型号集成芯片
《电工学简明教程》
11.1.1 运算放大器的组成
偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。多 采用恒流源电路。 输 入 级：常为差分放大电路。要求Ri大， Ad大， Ac 小, 输入端耐压高。它有同相和反相两个输入 端。 中 间 级：主放大级，常为共射放大电路，多采用复 合 管。要求有足够的放大能力。 输 出 级：功率级，多采用互补功放电路或射极输出器 。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。

《电工学简明教程》
二、同相比例运算电路
虚短路 虚开路 虚开路
iF i1
ui
_ +
RF
+
u-≈ u+= ui
uo
R1 R2
uo ui ui RF R1 RF uo (1 )ui R1

第十一章集成运算放大器及其应用-精选.ppt

第十一章集成运算放大器及其应用-精选.ppt

uo
入端的电流通常为零， 但又不是断路故简称为 “虚断”。
∵ ri≈∞ I－≈I+ ≈0
2. 非线性区
在非线性区，虚短概念不成立，但虚断 概念成立。
例：利用理想运放组成的二极管检测电路， 求出流过D的电流 iD 及D两端的电压uD。
D iD
ui 1.5KΩ
15V
iR
虚地点
i －－ ＋∞
i＋
＋
uo －0.67V
返回
习题 题解
哈，very good!
习题 题解
R2
R1
ui
R3
u+
－ ＋∞
＋
R4
解: 此电路为同相比例电路
uo u o 1 R 2
u
R1
u
R4 R3 R4
ui
uo(1R R12)(R3R 4R4)ui
返回
加法运算电路
ii0
if i1i2i3 uu0
i1 u i1 R1
i2 ui2 R2
实际运放
u－ u+
ui
ri ro
AOUi
理想运放
u－ u+
ui
AOUi
AO很高，> 104 ri很高，几十~几百KΩ uo rO很低，几十~几百Ω KCMR 很高
AO＝∞ ri=∞ uo rO=0 KCMR＝∞
五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点
运算放大器的电压传输特性
集成运放的输出电压uO与输入电压ui (u+－u－)
F007管脚图
符号
8765
F 741
（F 0 07）
1234
u－ u+
A B

MAX2063：可变增益放大器

MAX2063：可变增益放大器
Ｇｌ ｏｂａｌＣ ｕ ｄｅ ｌ Ｇ ｉ
月度 新
ＭＡＸ ０ ３ 可 变增 益 放 大器 ２６：
Ｍａ ｉ 出可 完全编程 、多状态 、双通道数 字 Ｉ／ ｘｍ推 ＦＲＦ
Ｌ ＴＣ２ ８ ． ： ３ ３ １ ห้องสมุดไป่ตู้ＡＲ ＡＤＣ ６
凌力尔特公司推出一款 易用 、低功 率 １ ６位 １ ｐ Ｍｓ ｓ串
式 ２ ０ ｐ 单元 ＡＤ生成 ５ ０ ｐ ５ Ｍｓ ｓ ／ ０ Ｍｓ ｓ的采样率 ； 采用 Ｉｔｒｉ ｌ ｎｅｓ Ｃ在 ３ ｍｍ 的 占 位 面积 中整 合 了一 个 带 过压 保护 ｌ ｍｍ Ｘ３ Ｉｅ ｅ ｖ ｎ ｉ １ ） 利技 术 ，可对 偏 移 、增 益以 及单 的 自动增益控 制 电源 电压 调节器 ，以及 一个 天线传感 器。 ｎ ｄ ａ ｅ Ｅ ｇ ｅ（Ｅ 专 ｔ ｎ ２
Ｃ和 Ｄ Ｃ规格 （ 包括 Ｔ Ｄ和 Ｈ （ Ａ ２６ 、 Ｍ Ｘ ０２ ） 模拟 （ Ａ ２６ 版本的器件墨罄暖圆 供支持 ，该器件所有 关键的 Ａ Ｍ Ｘ ０４ ）
Ｍａｘｉ ｗ ｗ ｗ． ａｘｉ －ｃ ｃ ｎ ｍ ｍ ｍ ｉ ． ｏｒ
睡眠模式电 均得到 流） 保证。 圈团圈皿
世 界 电 子 元 器件 ２ ０ １ ０１ ．０ ｇｅｃｅｃ ．ｏｒ ． ｃｎｃ ｎ ＿
Ｉ Ｉ
行 Ｓ Ｄ Ｔ ３ ３１ ， 器件在 一０Ｃ １ ５Ｃ的温度 ＡＲＡ Ｃ Ｌ Ｃ２ ８ 该 ６ ４ 。－ 。 ２
范围 『提 供保证 的性 能规 人 Ｊ
格 Ｔ ３ ３１ 、Ｌ Ｃ２ ８ －６在 ２５ ． Ｖ
单 电 源 时消 耗 １ ｍＷ 功 ３
率 ，在 ±２５ ．Ｖ的 全 差 分 输 入范 围 内实现 了 ９ ｄ ２Ｂ Ｓ Ｒ 和 ．０ ｄ ＨＤ，同 Ｎ １６ ＢＴ
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二极管电流受 Ic1 控制
输
入
二极管等效电阻受 Ic1 控制
iD
前置
中放
输入
VD 前置中放等效电路
前置中放 VCC
前置 中放
R1 R2
输出
Q1
Q2
Q3
Q4 Q5
可变负载 Ic1
Q1 , Q2
等效电阻
结论：AGC电流控制放大器负载，改变增益
11.4.4 模拟乘法器控制放大器增益
结构图：
模拟乘法器电路图：
改变偏置电流 I EE 可以线性地控制放大器的增益
放大器的线性性能分析
输出电压为
q vo (i1 i2 )RC IEE RCth 2kT vin
Vin 26mV 时，输出与输入间才呈线性关系 RC
Vcc i1 i2
RC
描述放大器非线性失真的主要的指标
增益1dB压缩点 Pin1dB
三阶互调失真比 IM3
11.4.1 改变放大器偏置控制增益
信号vin 从 基极注入
晶体管集电极电流为
Vcc
i1 i2
RC
RC
i1
I EE 2
(1 th
q 2kT
vin )
i2
I EE 2
(1 th
q 2kT
vin )
VO
Q1
Q2
Vin
RE RE
IEE
Vc
q 输出电压为 vo (i1 i2 )RC IEE RCth 2kT vin
控 制电压 Vc
Vin
前置 放大器
Vo
后置 放大器
VCC RC Q1 Q2
Q5
只要控制电压连续，
Vin
RE
v 则可以连续的控制输出信号 大小 o
VO
RC
Q3 Q4
VC Q6
RE
IEE
11.4.5 电压控制可变衰减器 电压控制可变衰减器＋固定增益放大器
可变增益放大器
1. PIN二极管作为衰减器
PN
普通二极管
i5 全流入Q2 增益最大
i6
Q3
i1
VO Q3 Q4
VC
i6
Q6
Q6
RE
IEE i5 i2
当Vc 0 时，电流平均分配，增益下降 6dB
当 Vc 4VT 时，增益
0
VC -4VT 0 4VT
11.4.2 改变放大器负反馈控制增益
负反馈电阻一般加在发射极（源极）
电压控制——负反馈电阻值
VCC
电路特点：
Lc
RL
控 制电压 Vc
放大器 Vin
Vout
可变衰减器
C VEE
PIN
Lc
交流等效图
C
AGC电流
RR
gmvin
RPIN
RL
C——高频旁路电容
Lc高频扼流圈
AGC电流——PIN二极管偏置电流 晶体管直流偏置
gmvin 晶体管等效电流源 RPIN电压控制可变衰减器
2、可变衰减器——带抽头的R 2R 结构的电阻梯形网络
11.4 可变增益放大器（VGA）
可变增益放大器是AGC环路的核心
特征——增益单调地随外加控制电压的变化而变化
主要的指标
增益变化范围 噪声、线性动态范围 、带宽
改变放大器增益的思路
用电压控制放大器的某个参数，从而改变放大器的增益
用一个可变衰减器与固定增益放大器组合
集成中频放大器大多数采用差分放大器形式，本节主要 分析差分放大器，原理同样适用于单管放大器
PIN
PIN二极管
夹有一层 本征半导体
PIN型二极管 特点
R()
频 率很高时（几十MHz以上）失去整流作用 受偏置电压（电流）控制的可变电阻
1K
受偏置电压（电流）控制的开关
600
200
PIN二极管的电阻特性
10
50 100 I正向 A
用PIN二极管构成可变增益放大器
结构图
典型电路
C
vin
RR
C
Lc C
单端输入方式， 输入阻抗为 Zin 200 。 片内带有平方律检波器 单电源供电2.7V~5.5V。
控制 内部结构：
电压
高 斯内 插 器
Vin
VO
Q1
Q2
RE RE
由双极型晶体管差分放大器的幂级数展开式 IEE
Vc
IM 3
3 4
a3 a1
Vim2
3 4
11 (
3 2VT 1
)2
Vim2
1 16
Vim2 VT2
其中 VT 26mV
2VT
Vim1dB
0.145 a1 a3
发射极加反馈电阻 RE 可扩展线性范围
信号电流 is 从发射极注入
源极并联场效应管 Q3 和 Q8
Q3 Q8 工作于可变电阻区 Vin
等效电阻：
控制
电压
1
Ron
nCox
W L
(VGS
Vth )
控制电压加在栅极
Q1 Q2
Q3 Q4 Q5
VO Q6 Q7
Q8 Q9 Q10
11.4.3 改变负载控制放大器增益
中放系统结构：
前置中放 三级主中放
前置 中放
输 入
前置中放 VCC
结构图
控 制电压 Vc
S选 择可变抽头
Vin
特点：
Vout
Vin 固定增益 放大器
S
Vout
后置 放大器
① 控制电压选择不同的电阻抽头
②衰减是步进的
③增益、噪声、互调失真 三者关系
NF
输 出 IM3
增益
电阻多－衰减大－增益小－噪声大
电阻衰减器无非线性， 非线性仅由后接放大器引起 AGC目的是保持输出恒定，因此，无论衰 减量如何设置，后置固定增益放大器的 输入电平必然相同，
改进型电路 电路特点：
vo
RC (i2
i3 )
IEE RCth
q 2kT
vin (1 th
q 2kT
Vc )
VCC
① 信号支路改为差分对
RC
RC
射极加反馈电阻
Q Q2
扩大了线性范围
1
② 控制特性——
i5 Q5
电压 Vc 控制信号电流 i5 、i6 Vin
RE
在两对晶体管间的分配
当 Vc 4VT 时
输出电压为
q
RC
vo (i1 i2 )RC RC (IQ is )th 2kT Vc
Q1
控制电压 Vc大小可改变增益 VC
电路优点：输出与信号电流成正比，无失真
Vcc i1 i2
RC Q2 VO
(IQ + is)
实际电路
VC
Vcc RC Q1
VO
Q3
RC
信号电压 vin
Q2
通过 Q3
信号电流 is Vin Q3 的伏安特性定增益放大器
输入
9级 5dB 步进衰减电阻梯形网络
gm 单元
高斯内插器
AD8367
模式
控制电压
偏置
平方律 检波器
电源 使能 输出
地
增益连续可变范围为-2.5dB ~ 42.5dB。 3dB带宽为500MHz。 增益控制具有增、减两种模式 控制电压与增益（dB值）成线性关系 增益控制灵敏度为20mv/dB， (或50dB/v) ， 控制电压范围为50mv~950mv。
Q1
Q2
Q3
Q4 Q5
三级主中放
Q8 Q9
Q6 偏置
23
主中放特性：
可变负载 Ic1 可变增益放大器1
输出
Q7 Ic2
输入—— 差分放大器 Q8, Q9 基极
偏置—— Q6 ,Q7镜像电流源
改变增益方式——放大器偏置电流受 Ic2 控制
前置中放特点：
二极管 Q1,Q2
Q3,Q4 ,Q5 镜像电流源