模拟集成电路 (2)复习课程

Vm 5uV
要求运算放大器的共模抑制比大于120dB
4. 运算放大器的应用
（1）反相比例运算电路 该电路的电压放大倍数
1
2
RF + V cc
Avf
v0 vi
RF R1
输入电阻：RiF=R1
1
2
R1
Vi
输出电阻： R0F=0
RP
平衡电阻：RP=RF//R1
运算放大器的共模输入电压：ViC=0
2
下图是自举式同相交流放大器
（5）精密整流电路
① 半波整流电路 精密整流电路，它可将毫伏级的正弦信号转换成半波输出。
当 Ui 0（正半周）时，D1导通，D2截止，输出电压: U 0 0
当 Ui
（0 负半周）时，D1截止，D2导通，输出电压:
v0
R2 R1
Ui
R2
1
2
D1 1N4148
R1
1
2
VCC_CIRCLE
12
+ -
+ -
（6） 通用窗口比较器
10k
耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定。一 般取 C1=C3=（3~10）1／(2πRLfL)
反馈支路的隔直电容C2一般取几微法。注意电容在电路中 的极性。
为了提高交流放大器的输入电阻，可采用下图所示的自举式 同相交流放大器。该电路的电压放大倍数仍为1+RF／R2；但 由于反馈电压VA与输入电压VB近似相等，故流过R1的电流近 似为零，从而大大提高了放大器的交流电阻。
一实际测量放大器电路:
V1
3
+
6
2
1
1
10k
1
2
10k
1
2
-
R4
R6
10k R1
R8
21
100k Rw
21
2
6
V0
3
200 R2 10k
22
21
+ -
+ -
2 3 V2
10k 6
2
R1 R9
100k
1
2
R5 10k
1
10k
1
2
R7
（4）交流放大器
① 双电源供电的交流放大器
若只放大交流信号，可采用同相式交流电压放大器 （也可用反相式）。
集成运算放大器可分为如下几类。
A输出 A反相输入 A同相输入
正电源 B同相输入 B反相输入
B输出
负电源 AD518 AD545
LM124/224/324
正电源 输出
调零
7 6
5
18 2
3 4
调零 反相输入
同相输入
调零
空脚
调零
空脚
μA741
LF351 LF356
反相输入
正电源 反相输入
正电源
同相输入
1
7
1
3
OP 07
ห้องสมุดไป่ตู้
Vo
+
6
2 -
8
4
10k1
2
=
RW
-Ve e
该电路的电压放大倍数不宜过大。反馈电阻RF一般小于1MΩ，
RF过大会影响阻值的精度；但RF也不能太小，过小会从信号 源或前级吸取较大的电流。
（2） 同相比例放大器电路
该电路的电压放大倍数
Avf
v0 vi
1RF R1
输入电阻：RiF=∞
Rp
1
1
R
+
C2
2
2
(a)
(b)
2．集成运放的调零问题
由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，当运算放大
器组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。为了提高
电路的运算精度，要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿
，这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调
零，而对于没有内部调零端子的集成运放，要采用外部调零方法。
设该放大器的输出端的共模电压为Vocm ,则 Vocm=Vicm . Avc
则将其折合到输入端的共模信号为： Vicm= Vocm/Avc
折合到输入端的误差电压为：
VmVAovcdmAvVdicAmvc
Vicm CMRR
在上例中，若取输入有用信号为干扰信号的两倍，即：
则 运放的共模抑制比
VmV2idm102uV5uV CMRViR cm1V 02160
.
AVD（1
2R1 R2
)
R6 R4
为了提高仪用放大器的共模抑制比（CMRR），要求
R5 和 R4 R7 R6
相差尽可能小，一般选用金属膜或线绕电阻。调节增益时，不要调 节R4~R7这些电阻。如果希望调节增益，必须用改变电阻R2实现， 这样对仪用放大器的CMRR影响不大。
CMRR(12R R12)CMR3 R
1
2
Vi
OP07
3 +
6 V0
2 -
2
1
2
RF
R1
1
输出电阻：R0F=0 平衡电阻：RP =R1//RF
由于运算放大器在该电路中不是“虚地”，其输入端存在着 较大的共模信号，共模输入电压为：ViC=Vi
在应用时，要求运算放大器的最大共模输入电压大于Vi的最 大值。
（3） 由三运放组成的仪表放大器
当传感器工作环境恶劣时，传感器的输出存在着各种噪声， 且共模干扰信号很大，而传感器输出的有用信号又比较小， 输出阻抗又很大，此时，一般运算放大器已不能胜任，这 时可考虑采用仪表放大器（数据放大器、测量放大器）。
2
(b)
3．集成运放的自激振荡问题
运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度负反
馈条件下，很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作， 就需外加一定的频率补偿网络，以消除自激振荡。图3.2.3是相 位补偿的使用电路。
另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在
集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电
下面以mA741为例，图3.2.2给出了常用调零电路。图3.2.2(a)所示的
是内部调零电路；图（b）是外部调零电路。
R1
1
2
R2
1
2
2 6
3
+ -
2
3 +
2 -
2
1
A
6
Rw
2
10K
1R
+ 10uF
(a)
R3
12
2
-15V
100Ω
V+ 1 51K 2 1
2 1 51K 2V-
2
1
100Ω
100Ω
1
Avd (dB)
Avo
AVF fH
f
fHF
fT
(2) 压摆率（转换速率）SR
压摆率SR表示运放所允许的输出电压Vo对时间变化率的最大值。
S R
d v0 dt max
若输入一正弦波电压，运算放大器输出也应是一正弦波电压。
v0V0msin t
则： SRdd0vt V0m2fV 0m
若已知 V0m，则在输出不失真的情况下，输入信号的最高频率
CA3140
OP07
调零 正电源 输出 空脚
补偿 正电源 输出 调零
1．通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特 点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。 例mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以 场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛 的集成运算放大器。
例如用于对温度、流量、压力等物理量的测量，一般传感 器是利用电阻或电容的变化，用电桥把他们转换成电压的 变化，如图。
R
RX 输出
E
R
R
仪表放大器具有的特征是： • 具有高的输入阻抗，低的偏置电流。 • 平衡差动输入，高的共模抑制比。 • 单端输出，较低的输出电阻。 • 具有较小的失调电压与漂移。 • 改变一只外接电阻阻值或接线，即能改变放大器的增益。 满足以上要求的电路原理图如下。
CMRR20lg Avd Avc
Avd 为开环差模增益，Avc为开环共模增益。共模抑制比这一指 标在微弱信号放大场合非常重要，以为在许多实际场合，存在 着共模干扰信号。
假设某一放大器的差模输入信号Vidm为10uV，而放大器的输入 端存在着10V的共模干扰信号。为了使输出信号的有用信号 （差模分量）能明显的大于干扰信号，这时要求该运放应有多 大的共模抑制比呢？
Vi
+ -
2
A
D2
6
3
V0 VCC_CIRCLE
1N4148
1
Rp
2
② 精密全波整流电路（绝对值电路）
如果需要对小信号进行绝对值运算，可采用图3.2.13所示电路。 在电路中，电阻元件选择R1=R2=R4=R，R5=R/2，R6=nR。
R4 20k
1
2
1
2
U01 1
2
1 20k 2
R2 20k
D1 R5 10k
GBW=Avd . fH
其中 ，Avd为中频开环增益，fH为开环上 限截止频率。
以uA741为例，Avd=100dB即100000倍。fH =10Hz , GBW=10×100000=1MHz 。即该运放的 fT =1MHz 。
Avd (dB) Avo
f
fH
fT
若运放在应用中接成闭环放大电路，其闭环放大电路的上 限频率 fHF=GBW/AVF
R6
D2 1N4148