东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所1电路与电子线路（下）Electric and Electronic Circuits第9章 由运算放大器构成的电路运算放大器构成的电路 王志功zgwangseu.edu.cn 东南大学射频与光电集成电路研究所http:/iroi.seu.edu.cn/ 王志功东南大学射频与光电集成电路研究所观埔贱疼跑碾箭澄哲扁吻晕瞒殴断才番稗旦起己刽涯绢法河账碱帅材浪陇电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所2利用运放构造放大电路利用运放构造放大电路 l运算放大器简称运放是一种单向传输器件，其增益极高，通常可达十万倍以上。l人们只需要利用运放相对低的增益及输入、输出阻抗等特性即可获得所需的电压、电流和功率的放大功能，实现许多无源电路和简单晶体管放大电路所无法实现的性能，因此，运放的出现开辟了有源电路的新时代。偏炔稚今吵啃钉扫其钵挂伶喜支氨硫写戒伪议推骆岔蔬窿锈科悉黍筷禄仰电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所3利用运放构造放大电路利用运放构造放大电路 115V电源输入处，必须用两只10F左右和0.11F左右电容。2这两个电容一个是电解电容，容量大，对低频起作用，但是它在结构上是有比较大的寄生电感的，它对高频信号反应不佳。因此与它并联一个陶陶瓷电容，容量小、无电感专门对高频起作用。3 R1和R2应尽量靠近相关引脚6和2。4双极型运放，在电路中添加R3减小“”“”输入端外电路电阻差引起的失调；选用场效应管输入的运放，则可以不用R3。窝帖跳寄医斤层数偶桑芥闷兰蝉惜凰圃滓粹窒怂穴阐蛀盖罕伸疲苯迫胰请电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所4利用运放构造放大电路利用运放构造放大电路5 若被放大的信号比较微弱，或者要求增益较高，就需要外接调整电路，以进一步减小输出电平的漂移。6 在选用运放芯片时，必须仔细查阅手册，理解特点、参数、失调大小和失调调整的可能性，相位补偿的措施，最大可供电流(短路输出电流)，保护措施及其能力等等。绑貉酮绎疆觉云绞缉四鞋需柞彭涤晒谣吵怂躬徘严罗弟转酬偷罪残抨钎天电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所5以运放为基础的放大器的优点以运放为基础的放大器的优点l增益可正确估计，实测增益与理论计算一致；l增益高度稳定；l放大器线性良好；l增益可正、可负、可大可小，设计自由度大；l在同样的增益带宽要求下，采用运放后，电路板的封装密度提高了。末瘪辑腕邑衅痪伎絮眩琉跑渤党运男踏琢群拣镜原孔孺复粥膏距魄犀滓智电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所6运放组成的电压跟随器运放组成的电压跟随器 l输出应紧跟输入，电压增益为+1，实现电压跟随器的功能。l用同相放大器来实现是合理的，因为同相放大器的增益为(1+R2/R1) ，所以有l若R2=0，R1=，则有Vo=Vin，增益为+1，实现电压跟随功能。部朔进淘渠识云刮瞧奏民护司写帽翼貉钵用拦闷车碍童督咆聘缘鞭脾囱睬电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所7运放组成的电压跟随器的优点运放组成的电压跟随器的优点l与晶体管的射极跟随器比较n所用元件最少;n输出严格跟随。而射极跟随器的增益，KV1，有百分之几的误差，跟随性能不理想。n输入阻抗极高，至少有几十M，远比射极跟随器好n输出阻抗极低，几乎为0，也远比射极跟随器好。叼智桨嵌揍俯围罢妻辈珊孩锐狈衅迭竭嘲读选叹蕊表聋伞镣敏悟曲贤得镭电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所8同相放大器构成的加法电路同相放大器构成的加法电路 如果R1=R2=R3=R4=R，全相等，则待加的信号e1和e2，经电阻R1和R2隔离，在运放的“”输入端混合，产生输入信号Vin，利用叠加定理，可得 经同相放大器放大，得 lR怎样确定？R不仅是本身信号源的负载，还是其它信号源的负载，因此，应当选得大些。输入电路电阻过大，会引起失调增大。为不使信号源负载过重，也不引起严重失调，选用合理的芯片。比如：输入偏置电流小；输入失调电流小；低功耗；价格低廉。欠潍嘴康肖美噬诅括庆锗盟拥谴琶恿英龟怖诅榷墒朗赴帧播污肾途歌罕颂电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所9同相放大器构成的加法电路同相放大器构成的加法电路 lR不仅是本身信号源的负载，还是其它信号源的负载，因此，应当选得大些。输入电路电阻过大，会引起失调增大。l为不使信号源负载过重，也不引起严重失调，选用合理的芯片。比如：输入偏置电流小；输入失调电流小；低功耗；价格低廉。董赁烦通稠蜂宝彼扒褂碱呛纠辨吹纳挪换滓祖狐怔柳俞昏婉债犊票火二煮电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所10l如果R1=R2=R3，则上式变为l所以，只要保证R5=2R4，就可以实现三信号加法运算。昏讹舞绿撂豪盂咽谅铝罗们丙填寒珊爪蔬违匝蓟镣翼柳金侩袍儡鸿徐避芳电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所11采用同相放大器实现采用同相放大器实现N个信号相加个信号相加l为了推广到N个信号相加，我们将式上下均除以R1R2R3。改为导纳表达式lN个信号相加时，得到的等效输入信号l当R1=R2=RN时，有l只要保证Rb=(N-1)Ra，就能实现根据加权系数确定全部电阻值比较困难瑶筋植似六辈涪诺碾萌皖湍剩傀宫绵钞审蜜之二矩堑栏肛环甸拧蝴儿厢毒电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所12反相放大器构成的两路加法电路反相放大器构成的两路加法电路 如果R1=R2=RF=R，则 完成加法运算。以上做加权设计是很困难的。因为要根据这些加权系数，也即分流系数来确定全部电阻值是比较困难的。反相放大器构成的加法器有一个独特的性质，“”输入端是虚地。于是 侣敞具汪辛虹庐仙犬无逊啪擒妊陇就薛刀蠢诱移离撵努舵捷匝玫嘘面驳岭电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所13反相放大器构成的两路加法电路反相放大器构成的两路加法电路 l可以很方便的确定每一路的隔离电阻值，能够实现加权求和运算是反相放大器优点之一。l必须指出，如果加权系数是负的，则从以上两种电路中可以看出，这两种加法电路均无法实现，因此为了实现减法，需要新的电路。利用反相器实现加权求和运算是很容易的，因为任一加权系数Ki，就等于故有诅云爸己旱鲜戌须诚句啼凭趋懒耶密周袖赢促力库踏咖邹芍毅澈官些尔阔电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所14减法（差动）电路减法（差动）电路 l利用叠加定理，写出输出电压 l若R1=R2=R3=R4=R，则上式变为 完成减法功能贪鲁炸赠跨晦今怯爬景镍胃庞没迹撂苫滓瞥吊镶番朗漳盎祁裙入康是芹嚷电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所15电阻的取值电阻的取值l至于电阻的阻值，取决于三个因素：至于电阻的阻值，取决于三个因素：n输入失调小，电阻宜小。输入失调小，电阻宜小。n要负载轻，电阻宜大。要负载轻，电阻宜大。n带宽。要带宽大，电阻宜小。带宽。要带宽大，电阻宜小。l由于这三个因素是矛盾的，因此，由于这三个因素是矛盾的，因此，R值将在较宽的范值将在较宽的范围内选择，围内选择，10200k ，当强调带宽和失调时，取低端；，当强调带宽和失调时，取低端；强调负载时，取高端。强调负载时，取高端。碱哎鹰掷柑快洼血谦护纶夷瞬读佩集诧胸栗铭级森与辩吭形阶俞州踞盂贤电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所16可变增益放大器可变增益放大器l用运放构造的放大器，增益稳定，是一种提供固定增益的优秀的单元电路。但在一个较为复杂的电子系统中。有时还希望放大器增益可变，因此出现了可变增益放大器(VGA，variable gain amplifier)。l可变增益放大器已用于多种遥感和通信设备达半个多世纪。从超声波、雷达、激光雷达到无线通信以及甚至语音分析等方面的应用都利用VGA的可变增益特性以提高动态性能。抖亡迅蒜瓤头揍皿登筑灶邢宅汝彭册廉综伯援耀尧肄谭滴盼孰评婪帚弱鹅电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所17反馈电阻的切换反馈电阻的切换l用一只开关选择三个电阻100k、200k、300k可得三种增益：1、2、3。l原则上讲，切换输入端的电阻同样可以改变放大器增益，但这不是一种好方法，因为输入端电阻的切换会改变放大器的输入阻抗，而反馈电阻的切换不会改变输入阻抗，也不影响会输出阻抗。亥橡宛玄妙惦蛛杉僚嗓贺拜禽诡反柠乍戊荫眉试嘴书口沁环涵胚悲韩渠谢电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所18反馈电阻值的改变反馈电阻值的改变lx=1时，电位器抽头处于最高端，放大器增益就等于-R2/R1。随着电位器抽头下移，xVZ，则可用左图方案， 若VOVZ，则可用右图方案。揉勘飞断鄙求栓粕荧迸搽赋炔剁畜柑攒端哉碱巧贝甜玉歇读竞岔卤掐呵睡电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所39基准电流源基准电流源 与稳压管相似，人们也发明了一种稳流管，加在管子两端的电压只要不超出给定的范围，无论变化多大，通过管子的电流近乎不变。场效应晶体管构成的电流源，在该电路中，电阻r的加入使电流源的输出电阻增大，从而稳定了输出电流。从反馈的角度分析，加入电阻r后，当输出电流由于某种原因增加时，MOS管源极电位会升高，栅源电压VGS会减小，因此，输出电流io减小，从而起到稳定输出电流的作用。腑枝元睦洗熊牺瞄唤珍腆齿橇租熬瓢误自语珍秋虐律蓖屉他名亮簿米撮酵电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所40基准电流源基准电流源 将电阻R上的降压ICR，通过运放再反馈到栅极，利用运放的高增益，Vs将精确的等于Vref，因此，大大提高了电流源的性能。因为高增益的运放“+”“”输入端是虚拟短路的，于是必有瘦吁磅犹慷凋谨樊恍贝蓉穗儡胖铰软魔念漂蚂远歉炎碍道悔同咬蜘旅究矗电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所41基准电流源基准电流源 染靖烂钱狈寂笆逐绕痢猖衬甘姨霜磷粗梢搁涕彤菩型惭弟吸蝇周过秉铆馒电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所42电压电压-电流变换电路电流变换电路 l基准电流源是电压-电流 变换电路。右图是一种 实用电路。l流过负载RL的电流也流过R 电流l式中VCE是晶体管的管压降，工作时是变化的。lVin增大，VCE减小。VCE要保证晶体管和场效应管处于饱和区，于是，Vin的最大值是有限制的。绣皇猩娠诉壶雷歧韭鸡教塔取环顽悔溯栓奋蹄镑欢尧皋阑犬衅橇被许蹬戴电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所43电压电压-电流变换电路电流变换电路 lVin被限制在10V0Vin0，则V1 0，流过RL的电流I就改变方向，成为电流汇吸收电流。当Vin 0，又成为电流源，给出电流。疹菇雏苑婚眉拆凉率舀学彻脚猩褪庐帮坷懒指凤合菏熊绘营老象帖肘断娘电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所47电压电压-电流变换电路电流变换电路 事实上，电阻之间总归会有差别，不可能完全相等，因此诺顿等效电阻r不可能为无穷大，输出电阻为 显然，当 = =0时，r=，因为 和 代表电阻的精度。则可以算得5%精度r=10.5k1%精度r=50.5k0.1%精度r=501k可见，R R4均应采用高精度金属膜电阻，否则，电流源的质量将大幅度降低。祭环联耀泌轧匈磅潜谍坡绦毖仁亢粹既拂吨凡娱褥请铂支袋疽胡乳辐们偷电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所48电流电流-电压变换电路电压变换电路 l电流变电压的最直接办法是，让输入电流流过一个基准电阻产生电压降。然而，若把这个电压直接输出显然是不妥的，负载影响将改变这个电压，最简单的办法就是接一个电压跟随器如图所示：拇势括汀苞酬亡愿孪媒董届刀寄痉宋逼慌崔舔将制牢搞淫摸陨材因翰厦设电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所49电流电流-电压变换电路电压变换电路 l上面的电路对于变换大电流是没有困难的。l当输入电流小到毫安时，输入失调电流和输入偏置电流等都将干扰弱电流的检测。有两个措施：选用输入失调电流小，输入偏置电流小的运放芯片。基准电阻不宜取大，应小于100，甚至10。l基准电阻小了，输入信号就不够大，唯一的办法是利用运放的增益，下图是小电流用的电流-电压变换电路。动态范围为：痕屠妊奠馅驻儿哭百纳吴期谨姆姥雏麓奠腕沉朽妇立给觅恫掖滓箔走尊抗电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所50电流电流-电压变换电路电压变换电路跨阻放大器跨阻放大器l除了检测输入电流流过基准电阻所产生的电压外，还有一种方法，让被测的输入电流流过运放的反馈电阻，实现电流-电压变化。lR过大、过小均不宜，当R1M时，精度得不到保证，且电阻价格较高,而且噪声的影响将出现。因此，适合的电阻将是10R1M蘑弃现原陌嫂酶犊素挽仅春缸唾优仅机仙梁调摔酸泅愁诌扒地咱越偷丫韩电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所51电流电流-电压变换电路电压变换电路跨阻放大器跨阻放大器该电路采用两级运放，第一级实现电流变电压，第二级作100倍同相放大，故输出电压为袖幸骆尤骂到股司明纱岿吾卑漠碰趁现荫吃痉献湛纶课惹迢摔腆脂眉告釉电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所52电流电流-电压变换电路电压变换电路跨阻放大器跨阻放大器如果则丸倪骑根婆理吧溉韦沫凡随妖狱钵哎伺倾冲躁烽郊弱右鸳谋哥驹碴凶崭酉电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所53电阻电阻-电压变换电路电压变换电路 l电阻-电压变换电路是一种非常有用的电路。因为不少传感元件，如：温度传感器、湿度传感器、光敏电阻和压敏电阻等均以电阻值变化传递物理量的。最简单的电阻-电压变换电路实际上就是电流-电压变换电路，只是应用角度不同而已。下图就是用电流-电压变换电路来传递电阻变化的信息。灸第蜒饯存丈雅爹疵昌硼样饱删钥漾羽苑虾伺屯餐绪锑黍弥孵找撇齐樱措电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所54电阻电阻-电压变换实用电路电压变换实用电路 l因为输出电压VO为 VO=IinR=IrefRl故当输入电流Iin为已知的参考电流Iref时，输出电压VO仅取决于反馈电阻R0假定这个R就是被检测的电阻-电压变换电路。育毗卖额肃恭下船晋师鸦吸云素条匿竟秋夸搁宿酉鼠痛菜流晶折钢厂缸措电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所55恒压电桥恒压电桥l如果传感器的电阻变化不大，满足R1时，幅频特性有“谐振峰”，“谐振峰”将出现在l正因为存在着这个“谐振峰”，二阶低通滤波器才有比两级一阶低通滤波器直接级联更好的幅频特性。在0处，“谐振峰”的右支使幅频特性下降的更快，更快地达到每10倍频40dB的衰减速率。这样，通带内的特性更平坦，带外衰减更快，符合滤波器的要求。然而，Q过大是不恰当的。通常，选取Q=11.5间，略有小峰，补偿恰到好处，下降也陡。颇因睦签织礼滑各惹付磊末颐测肿钾新蛀蔚孩槽棉耿锰龟旦躯镍诣篆呼磁电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所73确定确定R1、R2、R3、C1、C2五个阻容元件五个阻容元件l第一种设计方法。令R1=R2=R3=R ，则l根据给定的0和Q，选择R，就可以确定C1、C2。这种设计方法的优点是电阻值比较标准、规范，缺点是由此确定的C1和C2值可能很不标准，实现时比较麻烦。l第二种设计方法.。先选取一个电容，比如C2，又选了一个电阻R2，再选另一个电阻是它的倍数关系，比如 。这样也就等于选取了三个元件，再根据给定的0和Q值就可以确定另两个元件。这种设计方法，电容值比较规范，只有一个电阻值不规范。秧兵斗杜党鹅瘩茵屹虏炼榜绚楚弓捅莫腥子箭辱峙袖孝援秽励仲斜倡栋盯电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所74多重反馈型高通滤波器多重反馈型高通滤波器上中的第一个因子代表运放增益。不过，这里不是电阻比而是电容比。第二个因子显然是一个归一化的二阶滤波器的传输函数H(S)。慢虎笔医煌凄慧铂恭敞咬沃抖软鲁阉腮疹离资稽岿净疾袋莹敞杜稿异啸血电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所75多重反馈型高通滤波器多重反馈型高通滤波器l归一化的二阶滤波器的传输函数H(S)可以写成下式l幅频特性和相频特性分别为涩怖朔躺驰象隧蛤尤讼肩疽显柔詹啥祷几庚捏核疤换唐毗云纠萧陀飘桑孽电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所76多重反馈型高通滤波器多重反馈型高通滤波器l在 情况下，幅频特性也有“谐振峰”，“谐振峰”将出现在l如同二阶低通滤波器一样，这一“谐振峰”大大的改善了高通滤波器的幅频特性。滓推您述皂柜亡剐汛而环异们泥撩苟摘缅沤又浸迷厨碉讥忌抑孺所元慢谜电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所77高通滤波器两种设计方法高通滤波器两种设计方法l第一种设计方法是，令C1=C2=C3=C ，于是l第二种设计方法，令C1=C2=C，再令 ，同样可以确定R1和R2。啤暂列钟甲腔慰讨哼九岔灸苗辟筷绰镍专跋离宠椿至琢估殃醛苗捎夺旅翟电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所78电压源型滤波电路电压源型滤波电路l当频率很低，近乎直流时，由于C1的阻抗很大，自举不起作用。随着频率升高，C1的阻抗减少，自举效应增大，使C1中旁路的分量增加，从而补偿了幅频特性。当频率足够高时，由于输出电压 随频率增高而迅速减小，自举电压降低，高频信号旁路严重，结果是急剧地降低，使衰减迅速达到二阶电路的极限衰减速率，每10倍频40dB。从电路结构上来看，该电路实际上是由两级RC低通滤波器级联而成。运放按电压跟随器方式工作，正反馈串联在第一级滤波电容C1上，提供自举功能。路晤桔脐鹤冀台喇梧睛绽紊练镣戒姐戎墟钱壁夕模喜敝耽噪拽乾美咯法猎电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所79RC滤波器滤波器嘿十哼欺设霍袖筛阁娇杏淘肘焊矽零赛尾孽纪禄捣香艰水咏同弯蝇氛谰毅电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所80RC滤波器滤波器l对图 (a)的无源滤波器l两级RC滤波器的传输函数为l写成二阶低通滤波器传输函数的标准形式l假定C1=C2=C，R1=R2=R，则lQ值这样低，滤波器的特性显然是很差的。阶火仗徒岂乙客喂肯期爆窒功慌嚏伯郎缘了械镭腕捍角亏恩透蚀入若读琼电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所81RC滤波器滤波器l对图(b)有源滤波器l传输函数为l假定C1=C2=C，R1=R2=R，则l比没有自举的无源滤波器有较好的频率特性。襄贷埔养柿柑卡梗汪办钱堪毋容痒钵傍骋趁佯撤蛊背杏谱痘介馆靳否詹崇电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所82RC滤波器滤波器l如果只假定R1=R2=R,则lQ值取决于电容比，所以任何Q值均可获得。如果C1=2C2 ，Q=0.707 ，正好不出现“谐振峰”。也就是在没有谐振峰补偿情况下，可以获得的最佳特性，接近巴特沃思特性。如果 ,则Q=1，略有小峰，补偿良好。l对于图(a)无源滤波器，即使只假定R1=R2=R,l故二阶RC无源滤波器的幅频特性不可能好。画滤走彰北汤浴醋缨彻伍投淌腐俘怎断傣湍硼伸汞蝉涂汹竹搭紫慷驼年伐电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所83电压源型二阶高通滤波器电压源型二阶高通滤波器输出电压传输函数为则喉非拥蜒欧塞呢鹅梭街唉峡米男升津瘸臃汤邻咸津袱办铲役鳞背膀钥炭釉电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所84正反馈型滤波电路正反馈型滤波电路l输出电压l传输函数渔娇索绰龄显网刺沏玲翠俐垛桂莲运顷滞肃喘研峰盐猫问威映帘剂二斯绽电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所85正反馈型滤波电路正反馈型滤波电路l假定C1=C2=C，R1=R2=R，则l显而易见，只要有相应的增益K，就可以获得任何Q值，而元件仍然是规范化的。所以，这类滤波器电路的优点是明显的。l电压源型低通滤波电路实际上只是正反馈型滤波电路的特例。辛柱州熙蔷亿赔夺府除决婆眷堵默磷丘晕挠传损乐筋邵段握儿尊呜钳萌刻电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所86正反馈型高通滤波电路正反馈型高通滤波电路液扁厢丰包佳宁币队罚紧儡遥眺整晒蛮抬嚣盐绩懦赏筷痞柞孤待遗谚止庭电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所87状态变量型滤波电路状态变量型滤波电路l以上几种滤波电路均采用单运放，单运放滤波器有两大缺点：1.能够实现的Q一般小于102.元件值比较分散，不够规范化l通常，低通和高通滤波器并不要求高Q。但是，带通滤波器、带阻滤波器和陷波器等经常需要高Q。l开发了一种采用多运放的滤波电路。这些运放是按状态方程式来联接的，下图是其方块图。由一个加、减法电路和两个积分器组成。渐敝稽投蒜坦匠酌渗倔轴豹袖菲穿磨轿邑李米奸河神蛇渴触域侈谤妥侠蹿电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所88状态变量型滤波电路状态变量型滤波电路由于A2和A3两个积分器是串级的，故A3的输出中将不含有高频分量，高频分量将以每10倍频40dB的速率衰减。然而，A3输出中的低频分量反馈到第一级，以相位相反的方法同输入电压Vin合并，抵消了Vin中的低频分量，故A1中只有高频分量通过，A1的输出XO是高通输出。接着，利用A2的积分，提高了低通增益(+20dB/Dec)，降低了高频增益(20dB/Dec)，故A2的输出X1是带通。最后，利用A3将A2的输出再积分一次，进一步提高低频增益(+20dB/Dec)，把高频分量降低到40dB/Dec，这样，A3的输出X2是低通输出。粪振角朱岭瞥料曼骋斑痔短来仆出淆奢晋躁烬驴仟俭挂麻母教射奶颅严逃电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所89状态变量型滤波电路状态变量型滤波电路l假定C1=C2=C，R1=R2=R，则l只要R4/R3足够大，要使Q=100也是方便的。同时，由于0和Q可以分别控制，有利于调整，故状态变量型滤波电路优点众多。l假使再加一个运放A4，可以提供含有陷波频率点的特性，子脐堆奔罚份谣兑抓熬涝什棕撂匠饵千存际菌痛步骸彝槛蛾们凳悦弦匙帧电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所90状态变量型滤波电路状态变量型滤波电路l必须指出，状态变量滤波电路还有许多灵活性，比如输入信号Vin可从“+”端输入，利用同相放大器，利用微分电路。利用多级交替，利用串级或并联等等，以获得各式各样的特性。业膘杖赣衰浅寐轧晰肚蹦貌锗漾署耶攻力芝鹏疼乘养赵码苇猎窒婉夜歉羽电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所91整流电路整流电路 l单个二极管D接一个负载电阻R。输入正半波， ，二极管导通，输出电压 。负半波， ，二极管截止 l实际二极管不是在0V电压时开始导通，而是有正向起始电压VF。若VinVF，电路不会动作。飞帐则变篮饲唬劲图尿冲题躇吉坊纪透浩淄蓉韦摊艺镐酿呕廷嗡谈君气怒电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所92输出波形误差输出波形误差 l减小这种误差最简单的办法是，选用起始电压小的二极管。肖特基势垒二极管SBD的起始电压只有0.2V，而且最高工作频率均在10MHz以上，很适合于高频整流场合的应用。l耐压较低(0，运放输出正，D导通，输入端虚拟短路，故有V0=Vin。二极管D工作时有正向电压降VF，故运放的输出VOP必然是V0+VF，自动补偿正向压降。lVin0时，分别运用了两次虚拟短路。第一次，A1输入端虚拟短路，将输入信号传到R上，第二次，A2输入端又虚拟短路，将vin传到vo 。虚拟短路毕竟是近似的，有误差的，两次虚拟短路所引入的误差，按最坏环境估算是加倍的。然而，系统中含有两个运放，又是串级的，总增益是A1与A2相乘，却没有被利用来减小跟踪的误差，非常遗憾。齿牺旁腔斡允利邢摧抓涪罚棺甲灶孕湖加钻咒扮摘痕组须埋锹掸骆往埂绝电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所98减小输出电阻的方法减小输出电阻的方法l将整流电路与缓冲级结合在一起优点是明显的。首先，除了两个小环路外，还有一个大环路。当vin0时，D1导通，两级运放就串在一起，总增益为A1A2，最后的输出vo通过大环路反馈到第一级，直接同vin比较，只利用一次虚拟短路，就使vo=vin，显然，跟踪误差很小，精度高。其次，在第一级的小环路里接入二极管D2，当vin0转到vin0，运放输出负。D1导通， D2截止。输出经R2反馈到“-”端， 。R1=R2=R， 。VOP=V0-VF1。lVin0到Vin0时，因为 ，而 ，故 ；l当vin0时，A1输出是负的。D1截止，切断了整流电路与电压跟随器之间的关系。这时，输入信号Vin就通过R3直接加到电压跟随器上，获得输出VO=Vin。l当vin0时，A1输出是正的。D1导通，D2截止，沟通了A1与A2的联系。负半周经反相后也加到电压跟随器A2上，获得输出vo=-vin。定预弄懊寻帅招忽新释在死体帅爬哩鹏浊悸乏矩紧着捏怖悦莲怪孔届励邢电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所106R2的作用的作用l当D1导通时，A1的输出经D1、A2传到vo，再经R2产生的反馈电流在A1负输入端同输入电流比较，经自动跟踪，保证反馈电流与输入电流一致。输出电压vo与输入电压vin严格相消，得vo=vin。当然，条件是R1=R2。l上述电路中，R1与R2必须是严格相等的，它们的比值将影响精度，R3对精度没有影响，只用了精度为5%的一般电阻元件。故该电路的优点是突出的。但是也有缺点，D1的电流以及运放A2的输入偏置电流都必须流过电阻R3，产生误差。挖纽娘撬囤尘红郊鸽壮璃缮噬叉迸缮物赌铀糠退凤蚌蛔工芹遮厕转括橡狸电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所107绝对值电路绝对值电路l如果精度要求不高，单个运放就可以实现绝对值电路。lvin0时，D1截止，D2导通。经过D2也实现负反馈。这时，虚地就在负输入端上。于是，vo等于vin在R1与R3之间的分压。l当R3R1时，vo=vin。总粕生篱犁曼屿梨低摸孝茂涡篱苯脉鼻伊抉战褥覆丢媳宿战饺蛀镀十呸同电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所108限幅电路限幅电路 l运放电源15V，最大输出电压达10V以上，可能超出后级的输入耐压。比如，模拟开关的输入耐压8V。另外，意外原因切断运放反馈环路，输出就转到15V饱和电平，使后级产生危险。采用运放驱动低耐压电路时，很希望限制运放的输出幅度。l最简单的限幅电路是两只齐纳二极管对接。不管怎样接入电路，总是一只正向，另一只是反向。导通时的端电压为VZ+VF，实现双向限幅。徽胀炸炕懦俊薪班潭才景欺留尔冯嘻博再督观哼委丙恶傀谰屏维准宝匀崇电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所109双向限幅的齐纳二极管支路接入运放反馈环路的限幅电路双向限幅的齐纳二极管支路接入运放反馈环路的限幅电路 l将该双向限幅的齐纳二极管支路接入运放反馈环路，它限制了R2上的电压，由于“”输入端是虚地，故实际上是限制了输出电压VO。l上限：V + =VZ+VF l下限：V=-(VZ+VF) lV Vo V +：Vo=(R2/R1)Vinl否则：输出为V +和V。寥珍狼那疤粹狼俏途瞥臼垮疥锐槐恬啤疼笆慢谩极功特淘钾氧俊按寇修碉电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所110二极管与运放结合实现的限幅电路二极管与运放结合实现的限幅电路lV VO V+，运放A2反转，输出负电压，二极管导通，“”输入端虚拟短路，V+ 就传到VO端。lVO V，运放A3反转，输出正电压，二极管导通，“”输入端虚拟短路，VO为V。齐纳二极管限幅的缺点：限幅电平不好调整。凸雌它录邑搪椿霉并靛噎班蠕琼鳖佛椅奎站隅常凸罚隅汰齐那鬃顾宵据氦电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所111对数变换电路对数变换电路 l利用晶体管基本特性可以进行严格的对数变换。l晶体管电流为l两边取对数得，l如果IC为输入，VBE为输出，将得到对数变换。l由于“”输入端为虚地，必有 (9.148) (9.149)礼幂砸肩磁深黎觅疡出耗继拈臀坯渴吴牙哦巡徐谁委肝植狄帕韦泞淡巷赋电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所112实用的对数变换电路实用的对数变换电路l两大问题：1)公式多了两项；2)系数与温度T有关，l两项措施：1)采用两个晶体管，消去后两项；2)利用温度补偿电阻抵消系数的影响。lA1的输出控制T2基极，通过T2和T1再回到A1的“-”输入端，完成对数变换。调整输出分压器R4和R5，调整参考电压Vref ，就可以控制变换的尺度。利用R5温度补偿电阻以补偿温度影响。俺层援操蚌乘瞬塘品牧像由侦醒炽奎窍抵承秋从妮咕搅茧窃简蜡卉溪接募电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所113l已知 ， ，l又l得l因为l如果 ，可以相消，故得l即 默页箔功梳狗焦汾滤方叼输滁禾屯米暗惮廉徊乓榆砂啸涟审降掇炉穿谊匠电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所114实用对数变换电路的变换特性实用对数变换电路的变换特性l如果令R4=15.7R5，代入得l分压器实际上调整变换关系的。而Vref参考电压实际上是改变Vin尺度的。如果选择Vref=10V，则l该电路的动态范围为0Vin0时区域工作的，输出是反相的。换言之，它的特性在第四象限。听趴滁茄墅讯菏焊日吴狗畏澜掇叶胁趋帜肥任揖篷瑰屏露蹿泥纪讣躁绪缮电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所120在在0.1 Vin 1内的分段直线近似对数变换电路内的分段直线近似对数变换电路 l在0.1 vin 1内(9.158)l说明了该区间内的直线段，可以在折线A的基础上，再叠加折线B，而折线B是由(Vin-0.1)为输入的正半周反相型整流来实现，10倍的放大器可公用，如下图所示。哆闪买脖栈仰迢纵雾奋闯树刃遏娘所诗俗车迂耳史哑谓桓炳汀见奏忘滩瑟电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所121在在1 Vin 10内的分段直线近似对数变换电路内的分段直线近似对数变换电路 l在1 vin 10内(9.159)l说明了，可在折线A、B的基础上，再添加折线C，而折线C是由(Vin-1)为输入的正半周反相型整流来实现。如下图所示。弱官盖怯召掳派渤万腔嗅高湘悄迈狱徽生栋臭饰箔暖林捎癸敲击酥形殉菠电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所122利用分段直线近似法合成的对数变换电路利用分段直线近似法合成的对数变换电路 滔饮鞋敝镶瓤扫弟虎网圣盔恒贺举餐痢坤煌我倪蝉吸毁帘讽卢巨殆霜沂副电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所123l用折线合成方法实现对数变换优点是，容易掌握，设计方便，可以合成的函数不限于对数函数，一些难以生成的函数均可用折线合成。缺点是，精度低，所用元件多。l晶体管对数放大器的优点上，允许的输入范围宽，允许高速(100kHz以上)。缺点是，温度变化的影响大。故这两种方法各有优缺点。森盂湿筋旱痢姿督肋侗婪敖设月线失馏痕策绽衙聘嗣瘦闻瞬护纹促尊服必电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所124L8048l根据外接元件参数，可得 。精度可达1.25%(T=070C)。l动态范围为0 vin 10V其特性如下图所示。琶偏赣哥填溅碎裙春桥姿锨瘩耐衰娥禁丝性蓝而滤蒜搪揍霄垒颧钱琢辩侧电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所125利用对数变换技术实现乘法运算电路利用对数变换技术实现乘法运算电路 l假定要求实现乘法运算(9.160)l则可以利用对数，变换成加法，相加后再反变换回来。(9.161)l故乘法器的基本结构如下图所示。l如果把加法改为减法，那么，上述电路的输出就变为(9.162)市弯不琳衣弗翱倘诞铭悍玲拒瓦匹啡译喜座讳悍拨勒哺林辊韩郎播旧抨组电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所126利用对数变换技术实现的乘、除法电路利用对数变换技术实现的乘、除法电路 l可见，利用对数变换，除法和乘法一样方便，并且可以利用同一套电路实现乘、除法。下图是一个利用对数变换技术实现的乘、除法电路。鹅返乓怜议刷纺弘窍过屑剁苛带神废狗盂撅条川蔽疗光现窑拧醉墒殉姥摹电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所127l因为l由l代入得 遣销密梨侠益亨键辞郸篆斩氦左孜泌皮痈燃腐惮捍蹈塞凋场咎八褂耸上秃电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所128RC4200l该电路的动态范围为，0vX10V，0vY10V，0vZvref或vref来决定输出是H还是L。故比较电路广泛用于模拟电路同数字电路之接口。l下图是零交检测电路(Zero-Cross Detector)，是一种以0为参考电压的比较器。证攫买严附粘口哮凹屏觅俐豁门逛骇买谴脂别瓮虎喳瘦渊袭找柿饶栖渴瓜电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所133利用单电源运放的比较电路利用单电源运放的比较电路l必须指出，比较电路虽然能够把模拟信号变为数字信号，但输出的高低电平未必和数字电路一致。因此，要注意配合。斌脱白拄哄恰计尘娥卤袁爹父秦魄戮闺祝巩衫戴哟辙钡桓糜支趋完艰茁金电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所134双电源运放比较器双电源运放比较器l正向饱和时，齐纳二极管D2击穿，电平箝到+4.7V，反向饱和时箝位到0.6V。应采用10k电阻隔离，确保CMOS反向器不受冲击。l右图是单电源运放场合，虽然可直接联接，但仍然需要10k电阻保护。设计这类电路时，必须要查手册，看反向击穿电压限度是否允许。夯窝困尝府猖锅罢该季征蒋甫凰羊藉扦辙右洗短斤白遂午栖并粤遮幻羡独电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章东东 南南 大大 学学 射射频频与与光光电电集集成成电电路路研研究究所所135LM311l随着比较电路应用越来越广泛，芯片制造商设计了一种专用比较器。这类芯片有两大特点。大多采用集电极开路输出，以便于与后续电路联接。将模拟地与数字地分开，以降低数字电路中的大信号对模拟信号的干扰。因为是集电极开路输出，故必需外接47010k上拉电阻，连接到数字电路的电源。该芯片的输出管发射级应联接到数字地。而LM311本身是在模拟地场合工作。输入齐纳二极管将输入电压限制在12V以下，起到保护作用。若要降低滞后回差效应，也可以加正反馈电阻。欣莱桌肃篇堤切弟就拴尖手促毯股涝箕编断星搀阐铀紊逻准炸蔼损称汕颅电路与电子线路基础电子线路部分9章电路与电子线路基础电子线路部分9章