2022-2023学年高二物理竞赛课件：集成运放的性能参数及对应用电路的影响

集成运放的性能参数及对应用电路的影响 集成运放的性能参数及对应用电路的影响 集成运放性能参数及宏模型 Avd高(80~140dB)， Rid高(M)， Rod低 (<200 ) vid Rid vO +- v+ v- Avd vid + - Rod + - Ric Ric IIB IIB IIO 2 IIO 2 + - VIO +- Avd vic KCMR 集成运放电路模型 一、差模特性 KCMR高(80~120dB)， Ric高(>100M) 二、 共模特性 三、 输入直流误差特性 IIB(10~100A)， VIO (mV)， IIO(为IIB的5% ~ 10%) 四、大信号动态特性 转换速率SR， 全功率带宽BWP 电压比较器小结 ①单限比较器： ②迟滞比较器(2个)：vI接(-)、(+)端。抗噪声、干 扰能力强。 ③窗口比较器(2个)。 有两个阈值电压，两次跃变。 过零比较器(2个)：VREF=0， vI接(-)、(+)端。 不过零比较器(3个)：VREF不为0。 按电压传输特性分类： 只有一个阈值电压 一次跃变。 有两个阈值电压，一次跃变。 一、 精密整流电路 精密半波整流电路 利用集成运放高差模增益与二极管单向导电特性，构成对微小幅值电压进行整流的电路。 vo -+ A vI R1 vo R2 RL + - D1 D2 vI =0时 vO =0 D1、D2  vO=0 vI >0时 vO <0 D1、D2  vO=0 vI <0时 vO >0 D1、D2   vO= -(R2 / R1)vI 工作原理： vO vI -R2 / R1 传输特性 vI t vO t vI R2 R1 - 输入正弦波 输出半波 混合应用 图6-3-26(a) 图6-3-26(b) 精密转折点电路 当v- > 0，即 vI > -(R3 / R1)VR 时： 当v- < 0，即 vI < -(R3 / R1)VR 时： vo -+ A VR R1 vo R2 RL + - D1 D2 R3 vI 由图 vO >0 D1、D2  传输特性 vO vI -R2 / R3 VR R3 R1 - vO <0 D1、D2 vO=0 则 则 图6-3-27(a)(b) 精密转折点电路实现非线性的函数 R/R1 vo1 -+ A1 VR1 Rr1 R D1 D2 R1 vI vo2 -+ A2 VR2 Rr2 R D3 D4 R2 R R -+ A3 VR3 Rr3 R D5 D6 R3 R vo3 -+ A4 vO R R/R2 R/R3 vO vI vI1 vI2 vI3 传输特性 图6-3-28(a)(b) 直流和低频参数对性能的影响 一、Avd、Rid、Rod为有限值的影响 运放应用场合不同，各项性能参数影响也不同。因此工程估算时，可针对不同场合，有选择地分析运算误差。 -+ A R1 Rf +- vs vo RL vid Rid vO +- v- Avd vid - + Rod + - R1 Rf vs +- RL 可证明 其中 Avd对精度影响最大。Avd越大，运算误差越小。 （6-4-2） KCMR、Ric为有限值的影响 -+ A R1 Rf +- vs vo RL 可证明 其中 Avd、KCMR越大，同相放大器运算精度越高。 由于同相放大器输入端引入了共模信号，因此必须考虑KCMR的影响。 Ric vO +- v- Avd vid Rod + - R1 Rf vs RL v+ Ric Rid +- Avd vic KCMR 输入偏置电流IIB对性能的影响 -+ A R1 Rf +- vs vo R+= R1// Rf 则IIB在外电路反相端产生的直流电压: 则IIB在外电路同相端产生的直流电压: 设R-、R+ 分别为外电路在反相端和同相端等效的直流电阻。 输入偏置电流 若 则 输出无失调 例： 注：平衡电阻R+的接入对性能指标计算没有影响，但运算精度得到明显改善。 因此，为减小IIB对运算精度的影响，要求外接在集成运放两输入端的直流电阻相等。 失调电流IIO与失调电压VIO的影响 vO + - R1 Rf RL IIB IIB IIO 2 IIO 2 + - VIO R+ 可证明 为减小失调的影响： 在R+较小时，应选择VIO小的运放； 在R+较大时，应选择 IIO小的运放。 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3dB带宽