七模拟集成电路系统.ppt

第7章 模拟集成电路系统 7 — 1 集成运算放大器在基本运算中的应用 7 — 2 有源RC及开关电容滤波器  7 — 3 集成运算放大器精密二极管电路 7 — 4 电压比较器及弛张振荡器 7 — 5 模拟开关 7 — 6 集成运算放大器选择指南 7—1 集成运算放大器在基本 运算中的应用 7—1—1 相加器 集成运算放大器可构成信号“相加”电路。 一、反相相加器 使用反相比例放大器可构成反相相加器，如图7—1所示。因为运放开环增益很大，且引入并联电压负反馈，Σ点为“虚地”点，所以 又因为理想运算放大器，I’i=i-=0,即运放输入端不索取电流，所以反馈电流 if 为 if=i1+i2+i3 例1 试设计一个相加器，完成uo=-(2ui1+3ui2)的运算，并要求对ui1、ui2的输入电阻均≥100kΩ。 解 为满足输入电阻均≥100kΩ，选R2=100kΩ，针对 二、同相相加器 所谓同相相加器，是指其输出电压与多个输入电压之和成正比，且输出电压与输入电压同相。电路如图7—3所示。根据同相比例放大器原理，运放同相端与反相端可视为“虚短路”，即 U+=U- 其中U+等于各输入电压在同相端的叠加，U-等于uo在反相端的反馈电压Uf。 7—1—2相减器(差动放大器) 相减器的输出电压与两个输入信号之差成正比。这在许多场合得到应用。要实现相减，必须将信号分别送入运算放大器的同相端和反相端，如图7—4所示。我们应用叠加原理来计算。首先令ui2=0,则电路相当于同相比例放大器，得 例2 利用相减电路可构成“称重放大器”。图7—5给出 称重放大器的示意图。图中压力传感器是由应变片构成的惠斯顿电桥，当压力(重量)为零时，Rx=R，电桥处于平衡状态，ui1=ui2,相减器输出为零。而当有重量时，压敏电阻Rx随着压力变化而变化，从此电桥失去平衡， ui1 ≠ ui2,相减器输出电压与重量有一定的关系式。试问，输出电压uo与重量(体现在Rx变化上)有何关系。 解 图7—5的简化电路如图7—6所示。图中 7—1—3 积分器 所谓积分器，其功能是完成积分运算，即输出电压与输入电压的积分成正比。 根据反相比例放大器的运算关系，该电路的输出电压的频域表达式为 如果将相减器的两个电阻R3和R4换成两个相等电容C，而将R1=R2=R，则构成了差动积分器。这是一个十分有用的电路，如图7—9所示。其输出电压u o(t) 例3 电路如图7—10所示，R=100kΩ，C=10μF。当t=0~t1(1s)时，开关S接a点；当t=t1(1s)~t2(3s)时，开关S接b点；而当t＞t2(3s)后，开关S接c点。已知运算放大器电源电压UCC=|-UEE|=15V，初始电压uC(0)=0,试画出输出电压uC(0)的波形图。 解(1)因为初始电压为零(uC(0)=0)，在t=0~1s间，开关S接地，所以uo=0。 (2)在t=1~3s间，开关S接b点，电容C充电,充电电流 (3)在t＞3s后，S接c点，电容C放电后被反充电，uo从-4V开始线性上升，一直升至电源电压UCC就不再上升了。那么升到电源电压(+15V)所对应的时间tx是多少? 7—1—4 微分器 将积分器的积分电容和电阻的位置互换，就成了微分器，如图7—12所示。微分器的传输函数为 可见，输出电压和输入电压的微分成正比。 微分器的高频增益大。如果输入含有高频噪声的话，则输出噪声也将很大，而且电路可能不稳定，所以微分器很少有直接应用。在需要微分运算之处，也尽量设法用积分器代替。例如，解如下微分方程： 7—1—5 对数、反对数运算器 在实际应用中，有时需要进行对数运算或反对数(指数)运算。例如，在某些系统中，输入信号范围很宽，容易造成限幅状态，通过对数放大器，使输出信号与输入信号的对