第七章模擬集成電路系統(tǒng)

1、2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)12022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)2第第7章章 模擬集成電路系統(tǒng)模擬集成電路系統(tǒng)71 集成運(yùn)算放大器在基本運(yùn)算中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在基本運(yùn)算中的應(yīng)用 一、理想運(yùn)算放大器概念一、理想運(yùn)算放大器概念二、理想運(yùn)算放大器特性二、理想運(yùn)算放大器特性1.理想運(yùn)放工作在線性狀態(tài)時的特性理想運(yùn)放工作在線性狀態(tài)時的特性2.理想運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)時的特性理想運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)時的特性711 相加器相加器一、反相相加器一、反相相加器二、同相相加器二

2、、同相相加器2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)3712相減器相減器(差動放大器差動放大器)713 積分器積分器714 微分器微分器715 對數(shù)、反對數(shù)運(yùn)算器對數(shù)、反對數(shù)運(yùn)算器一、對數(shù)運(yùn)算器一、對數(shù)運(yùn)算器二、反對數(shù)（指數(shù)）運(yùn)算器二、反對數(shù)（指數(shù)）運(yùn)算器三、乘法器和除法器三、乘法器和除法器2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)4三、遲滯比較器三、遲滯比較器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器743 窗口比較器窗口比較器74 電壓比較器及弛張振蕩器電壓比較器及弛張振蕩器741電壓比較器電壓

3、比較器一、電壓比較器的基本特性及其參數(shù)一、電壓比較器的基本特性及其參數(shù)二、電壓比較器的開環(huán)應(yīng)用二、電壓比較器的開環(huán)應(yīng)用簡單比較器簡單比較器2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)5第第7章章 模擬集成電路系統(tǒng)模擬集成電路系統(tǒng)(Analog Integrated Circuit System)2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)6第第7章章 模擬集成電路系統(tǒng)模擬集成電路系統(tǒng)(Analog Integrated Circuit System)集成運(yùn)放集成運(yùn)放(Integrated

4、 Operational Amplifier)在信號的在信號的運(yùn)算運(yùn)算、處理處理和和產(chǎn)生產(chǎn)生等方面得到廣泛的應(yīng)用。等方面得到廣泛的應(yīng)用。 如放大器、加法器、減法器、積分器、微分器等如放大器、加法器、減法器、積分器、微分器等2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)7第第7章章 模擬集成電路系統(tǒng)模擬集成電路系統(tǒng)(Analog Integrated Circuit System)集成運(yùn)放集成運(yùn)放(Integrated Operational Amplifier)在信號的在信號的運(yùn)算運(yùn)算、處理處理和和產(chǎn)生產(chǎn)生等方面得到廣泛的應(yīng)用。等方面得到廣泛

5、的應(yīng)用。 如限幅器、高頻檢波器、有源濾波器、電流電如限幅器、高頻檢波器、有源濾波器、電流電壓轉(zhuǎn)換器、頻率電壓轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓轉(zhuǎn)換器、頻率電壓轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器、電壓跟隨器等比較器、電壓跟隨器等2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)8第第7章章 模擬集成電路系統(tǒng)模擬集成電路系統(tǒng)(Analog Integrated Circuit System)集成運(yùn)放集成運(yùn)放(Integrated Operational Amplifier)在信號的在信號的運(yùn)算運(yùn)算、處理處理和和產(chǎn)生產(chǎn)生等方面得到廣泛的應(yīng)用。等方面得到廣泛的應(yīng)用。 如正弦

6、波振蕩器、多諧振蕩器等如正弦波振蕩器、多諧振蕩器等2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)9輸入級中間級輸出級電流源電路UiUo集成運(yùn)放由哪些單元電路構(gòu)成？傳輸特性如何？集成運(yùn)放由哪些單元電路構(gòu)成？傳輸特性如何？集成運(yùn)放知識回顧集成運(yùn)放知識回顧2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)10uiduoUOHUOL線性區(qū)線性區(qū)Aud越大，運(yùn)放的線性范圍越小。越大，運(yùn)放的線性范圍越小。集成運(yùn)放知識回顧集成運(yùn)放知識回顧若若UOH = -UOL=12V，Aud=105，uid在在什么范圍內(nèi)，

7、運(yùn)放工作在線性區(qū)間什么范圍內(nèi)，運(yùn)放工作在線性區(qū)間?答答:|ui|t2(3s)S接接a點(diǎn)點(diǎn)S接接b點(diǎn)點(diǎn)S接接c點(diǎn)點(diǎn)uC(0)=0畫出輸出電壓畫出輸出電壓uO(t)的波形圖的波形圖2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)59解解 (1) 因?yàn)槌跏茧妷簽榱阋驗(yàn)槌跏茧妷簽榱?uC(0)=0)，在，在t=01s間，開關(guān)間，開關(guān)S接地，所以接地，所以uo=0。2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)60m02. 0k100V21C REi 輸出電壓從零開始線性下降。當(dāng)輸出電壓從零開始線性下降

8、。當(dāng)t=3s時時:V4s2F101010V2)(d1)(651211o21 ttRCEtERCtutt(2)在在t=13s間，開關(guān)間，開關(guān)S接接b點(diǎn)，點(diǎn)，電容電容C充電充電,充電電流充電電流2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)61(3)在在t3s后，后，S接接c點(diǎn)，電容點(diǎn)，電容C放電后被反充電，放電后被反充電，uo從從-4V開始線性上升，一直升至電源電壓開始線性上升，一直升至電源電壓UCC就不再上升了。那么就不再上升了。那么升到電源電壓升到電源電壓(+15V)所對應(yīng)的時間所對應(yīng)的時間tx是多少是多少?s33. 9328x tV15)

9、(xo tu)(d12o2x2tutERCtt V4)(101010V32x65 tt2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)62圖圖711 例例3電路的輸出波形電路的輸出波形u o(t) 2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)63圖圖715具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?shù)運(yùn)算器具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?shù)運(yùn)算器uiR1RpA1A2uoV1V2i1IRRUCCR3R2對管對管RTA2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)64A23o)1(uRR

10、RuT C1RC1C2AlnlniIUiiUuTT 2112lnSSCCTIIiiU S1C1S2C2BE1BE2AlnlnIiUIiUuuuTT RURuuUiIRuiCCBE1BE2CCC2R1iC1)(, )ln(k)1()1(1iCC23A23oRRuUqTRRRuRRRuTT 2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)65 圖圖749 輸出限幅電路輸出限幅電路 )(VDVZOUUU 2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)66 圖圖749 輸出限幅電路輸出限幅電路 )2(

11、VDVZOUUU 2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)67 圖圖750過零比較器及脈寬調(diào)制器輸出波形過零比較器及脈寬調(diào)制器輸出波形(a)過零比較器整形波形過零比較器整形波形0riuuuu2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)68 圖圖750過零比較器及脈寬調(diào)制器輸出波形過零比較器及脈寬調(diào)制器輸出波形(b)脈寬調(diào)制器輸出波形脈寬調(diào)制器輸出波形riuuuu2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)69補(bǔ)充例補(bǔ)充例2 畫出下

12、面電路的傳輸特性。畫出下面電路的傳輸特性。R2urR1uiuoRp2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)70分析方法：運(yùn)放比較的是分析方法：運(yùn)放比較的是U-和和U+。 212211RRRuRRRuuir 0 u uu當(dāng)當(dāng)時，輸出時，輸出UOH 時，輸出時，輸出UOL 當(dāng)當(dāng) uu也就是說，當(dāng)也就是說，當(dāng) uu0212211 RRRuRRRuir即即時，輸出發(fā)生轉(zhuǎn)折。時，輸出發(fā)生轉(zhuǎn)折。 R2urR1uiuoRp2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)71所以，輸入所以，輸入ui比較

13、的門限電壓為：比較的門限電壓為： r21TuRRUuouiUOHUOLUT2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)72圖圖7-51 簡單比較器輸出波形邊緣不陡峭及受干擾的情況簡單比較器輸出波形邊緣不陡峭及受干擾的情況(a)輸出波形邊緣不陡峭輸出波形邊緣不陡峭(b)受干擾情況受干擾情況受轉(zhuǎn)換速度的限制受轉(zhuǎn)換速度的限制受鑒別靈敏度的影響受鑒別靈敏度的影響2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)73圖圖752遲滯比較器電路及傳輸特性遲滯比較器電路及傳輸特性鑒別不鑒別不靈敏區(qū)靈敏區(qū)引入正

14、反饋，引入正反饋，邊沿變陡。邊沿變陡。UTLUTHU2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)74211ofRRRUUF 正正)(VD2VZ1211OH211OHf1r1UURRRURRRUFUU 正正THU)(VD2VD1211OL211OLf2r2UURRRURRRUFUU 正正正反饋系數(shù)正反饋系數(shù)參考電壓參考電壓/門限電壓門限電壓(Reference/Threshold Voltage)上門限電壓上門限電壓TLU)(2VDVZ211TLTHUURRRUUU 下門限電壓下門限電壓回差回差(Hysteresis Voltage)2022

15、年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)75比較器輸出、輸入量關(guān)系分析的關(guān)鍵比較器輸出、輸入量關(guān)系分析的關(guān)鍵比較器的輸出從一種電平跳到另一種電平的比較器的輸出從一種電平跳到另一種電平的臨界條件臨界條件（u+=u-）所對應(yīng)的輸入電壓（即閾）所對應(yīng)的輸入電壓（即閾值電壓）。值電壓）。2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)76UTLUTHUUTHUTLUr2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)77圖圖753遲滯比較器輸出波形遲滯比較

16、器輸出波形UTLUTHUUTHUTL2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)78(a)電路uoRR1uiR2 (UVZUVD)(b)傳輸特性uiuoUoHUTLUoLUTHC圖圖754同相輸入遲滯比較器及其傳輸特性同相輸入遲滯比較器及其傳輸特性)(VDVZ21THUURRU )(VDVZ21TLUURRU 0211o212i RRRuRRRuo21iuRRu 2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)79電壓比較器中的正反饋思考電壓比較器中的正反饋思考1. .只在輸出狀態(tài)發(fā)生只在輸

17、出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)時存在正反饋現(xiàn)象。在其時存在正反饋現(xiàn)象。在其它情況下，輸出端的電壓保持不變（它情況下，輸出端的電壓保持不變（UOH或或UOL）。）。2. .發(fā)生正反饋時，由于環(huán)路增益發(fā)生正反饋時，由于環(huán)路增益|AF|1 ，輸出很快，輸出很快達(dá)到限幅值（達(dá)到限幅值（UOH或或UOL） 。因沒有選頻網(wǎng)絡(luò)，故。因沒有選頻網(wǎng)絡(luò)，故不會發(fā)生振蕩現(xiàn)象。因輸出不能在運(yùn)放線性狀態(tài)下不會發(fā)生振蕩現(xiàn)象。因輸出不能在運(yùn)放線性狀態(tài)下達(dá)到平衡，故此時的閉環(huán)增益不是一個常數(shù)，不能達(dá)到平衡，故此時的閉環(huán)增益不是一個常數(shù)，不能用一個類似負(fù)反饋的基本關(guān)系式描述。用一個類似負(fù)反饋的基本關(guān)系式描述。1.電壓比較器中是否一直存在正

18、反饋現(xiàn)象電壓比較器中是否一直存在正反饋現(xiàn)象?2.電壓比較器中存在正反饋電壓比較器中存在正反饋,是否會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象是否會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象?2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)80例（例（1）分析圖中各電路的功能；）分析圖中各電路的功能；（2）分別畫出圖中各電路的傳輸特性；）分別畫出圖中各電路的傳輸特性；2022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)812022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)822022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)832022年3月24日星期四模擬電子技術(shù)(analog electronic technology)84（a）反相比例放大器）反相比例放大器（b）同相比例放大器）同相比例放大器（c）過零電壓比例器