第4章 集成變換器及其應(yīng)用

03二月2023集成電路原理及應(yīng)用14.1阻抗變換器4.2U/I變換器第4章集成變換器及其應(yīng)用03二月2023集成電路原理及應(yīng)用24.1.1負(fù)阻抗變換器4.1.2阻抗模擬變換器4.1.3模擬電感器4.1.4電容倍增器4.1阻抗變換器03二月2023集成電路原理及應(yīng)用3變換器或變換電路是指從一種電量或參數(shù)變換為另一種電量或參數(shù)的電路。本章主要介紹集成變換器及其應(yīng)用，包括：阻抗變換器、U/I、I/U、U/F、F/U、T/I、T/U、A/D、D/A變換器等。本節(jié)主要介紹負(fù)阻抗變換器、阻抗模擬變換器、模擬電感器、電容倍增器等阻抗變換器。阻抗的模擬和變換是集成運放的一個重要應(yīng)用方面，例如電容的損耗補償、電阻時間常數(shù)補償、電流互感器的誤差補償?shù)取?.1阻抗變換器03二月2023集成電路原理及應(yīng)用4圖4-1-1中，若去掉電阻R1，實際是一個同相放大器，其輸入阻抗很高，輸出電壓為（4-1-1）

圖4-1-1負(fù)阻抗變換器4.1.1負(fù)阻抗變換器當(dāng)電阻R1接入后，其等效輸入阻抗將發(fā)生很大變化。這時由輸入電壓引起的輸入電流為（4-1-2）將式(4-1-1)代入式(4-1-2)，可得等效輸入阻抗為03二月2023集成電路原理及應(yīng)用5由上式可知，從阻抗Z變換到等效輸入阻抗Zie，它不僅按比值R1/R2變化，而且其特性也由正變?yōu)樨?fù)，因此稱之為負(fù)阻抗變換器。若將Z取為電阻R,則等效輸入阻抗為負(fù)電阻,稱之為負(fù)電阻變換器。若將Z取為電容C，則等效輸入阻抗為電感為等效模擬電感。

03二月2023集成電路原理及應(yīng)用6圖4-1-2阻抗模擬變換器圖中運放A1是同相放大器，起隔離作用和放大作用；運放A2是阻抗變換電路。4.1.2阻抗模擬變換器工作原理:A1的輸出電壓A2的輸出電壓解得03二月2023集成電路原理及應(yīng)用7圖4-1-2輸入電流為代入得等效輸入阻抗當(dāng)選擇不同性質(zhì)的元件時，可構(gòu)成不同性質(zhì)的阻抗模擬電路。圖4-1-2阻抗模擬變換器如可構(gòu)成模擬對地電感、模擬對地電容、模擬對地負(fù)阻抗等。03二月2023集成電路原理及應(yīng)用81.模擬對地電感若取Z1、Z2、Z3、Z5分別為電阻R1、R2、R3、R5

，而Z4為電阻R4和電容C4并聯(lián)阻抗，則構(gòu)成等效模擬電感電路。其等效阻抗為等效電感和內(nèi)阻分別為由上式可知，調(diào)節(jié)R1、R3、R5中任一個電阻，即可線性調(diào)節(jié)等效電感的大小。若增大電阻R4

，可獲得低內(nèi)阻的等效模擬電感。03二月2023集成電路原理及應(yīng)用9如圖4-1-3所示，是密勒積分式模擬電感器。圖4-1-3密勒積分式模擬電感器A1構(gòu)成同相放大器，A2構(gòu)成積分器。4.1.3模擬電感器假定集成運放滿足理想化條件，由圖可知可得03二月2023集成電路原理及應(yīng)用10所以，等效輸入阻抗為當(dāng)Af>>1時，輸入阻抗可近似為其中等效電感值為圖4-1-3密勒積分式模擬電感器03二月2023集成電路原理及應(yīng)用111.由反相放大器組成的電容倍增器4.1.4電容倍增器圖4-1-4反相放大器構(gòu)成的電容倍增器輸入電流為等效輸入阻抗為03二月2023集成電路原理及應(yīng)用12由上式可知，此電路的輸入阻抗是電阻R1和等效電容Cie的并聯(lián)。其中等效電容為03二月2023集成電路原理及應(yīng)用132.可變電容倍增器圖4-1-5可變電容倍增器圖中電位器RP的作用是調(diào)節(jié)電容的倍增系數(shù)，由A1組成的跟隨器，起緩沖作用，以消除調(diào)整時對Cie的影響。其輸入阻抗為其輸入電流為03二月2023集成電路原理及應(yīng)用14可見，該電路輸入端等效為一電容，其等效電容的容值為調(diào)節(jié)電位器RP即可改變電容Cie的值。該電路突出的優(yōu)點是，通過改變電阻就可以得到任意大的電容值。圖4-1-5可變電容倍增器03二月2023集成電路原理及應(yīng)用154.2.2精密U/I變換器4.2.1接地負(fù)載的U/I變換器4.2.3精密I/U變換器4.2U/I變換器和I/U變換器03二月2023集成電路原理及應(yīng)用164.2U/I變換器和I/U變換器A1為同相加法器，A2為跟隨器。由圖可知Uo2=RLIL,I1=

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圖4-2-1由兩個運放構(gòu)成的U/I變換器由兩個運放構(gòu)成的U/I變換器4.2.1接地負(fù)載的U/I變換器03二月2023集成電路原理及應(yīng)用17圖4-2-1由兩個運放構(gòu)成的U/I變換器代入U+得要使IL與RL無關(guān)，必須使或為此運放電路的匹配條件。03二月2023集成電路原理及應(yīng)用18所以注意，因此電路為正反饋，所以必須分析其穩(wěn)定性，為保證至少有10dB的穩(wěn)定儲備，應(yīng)選擇R5>2RL解得圖4-2-1由兩個運放構(gòu)成的U/I變換器為簡化分析，選取R3=R1,R4=R2,得03二月2023集成電路原理及應(yīng)用19圖4-2-2由運放構(gòu)成的U/I變換器由圖可知I1=

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由該式得2.由一個運放構(gòu)成的U/I變換器03二月