【正文】 ?當(dāng) ffFBW時(shí)，有 上述結(jié)果說明，在反饋深度一定的前提下，運(yùn)放的增益帶寬積越大，則閉環(huán) –3dB帶寬越寬，頻域誤差越小。F )(2||)(ffAfA ???F B WF )( fffΦ ??? ② 時(shí)域誤差 當(dāng)反相放大器的輸入信號(hào)是瞬變的脈沖信號(hào)（階躍信號(hào)）時(shí)，電路的階躍響應(yīng)特性成為重要的特性。 設(shè)階躍信號(hào)為 )(u)( inin tEtV ??則 求拉氏反變換有 該式說明，在帶寬有限的條件下，階躍輸入不再產(chǎn)生階躍輸出，理論上只有當(dāng) t=∞時(shí)，輸出才達(dá)到理想值 vo(∞)=–AFEin。 %100%100)( )()( F B Wπ2ooo ?????? ? tfeVtVV（ 2）同相放大器的動(dòng)態(tài)誤差 與反相放大器相同，同相放大器也存在頻域誤差和時(shí)域誤差，且也是由電路的閉環(huán)帶寬的有限性引起的。 4）結(jié)論 綜上所述，基本放大器由于運(yùn)放的非理想性會(huì)產(chǎn)生運(yùn)算誤差。 ② 開環(huán)增益、輸入輸出阻抗通過改變回路增益，引起閉環(huán)增益的誤差，從而導(dǎo)致運(yùn)算誤差。 要求同相放大器的運(yùn)放要有高的共模抑制比 。 ③ 運(yùn)放的增益帶寬積導(dǎo)致電路的動(dòng)態(tài)誤差，誤差與增益帶寬積成反比，因此應(yīng)盡量選擇增益帶寬積大的運(yùn)放。選擇運(yùn)算放大器時(shí)應(yīng)根據(jù)使用的場(chǎng)合側(cè)重考慮相關(guān)的指標(biāo)。其中重點(diǎn)是漂移，因?yàn)槭д{(diào)是可以通過調(diào)零電路加以調(diào)零的，而漂移是無法調(diào)零的，它是運(yùn)算靜態(tài)誤差的主要來源，而減小漂移誤差的主要途徑是選用失調(diào)漂移小的運(yùn)算放大器。 b)開環(huán)增益、輸入電阻、輸出電阻。 c)輸入等效噪聲。 d）對(duì)于同相放大器還要特別注意考慮運(yùn)放 CMRR和 Vicm兩項(xiàng)指標(biāo)，要盡量選擇高 CMRR、 Vicm的運(yùn)放，一方面減少定態(tài)誤差，另一方面防止堵塞。盡量選擇大增益寬帶積的運(yùn)放，以減少動(dòng)態(tài)誤差。 該指標(biāo)在大信號(hào)工作條件下，限制了放大器輸入信號(hào)的頻率 若違反該式，則輸出波形將出現(xiàn)較大的失真。 反饋回路電阻取值方法如下： 此時(shí)回路增益為最大值，閉環(huán)增益誤差最小，RF的阻值為最佳值。 一味通過提高輸入回路的電阻阻值來達(dá)到提高電路輸入電阻的目的是不可行的 。其設(shè)計(jì)思想是： 設(shè)法使反相放大器輸入回路的電流由電路自身提供，則電路向信號(hào)源索取的電流將大大減小，相當(dāng)于減小了整個(gè)電路的輸入電流，從而提高了電路的輸入電阻。 圖 電流自舉反相放大器 電路采用了兩個(gè)集成運(yùn)算放大器，其中 A1為主放大器，進(jìn)行正常的反相比例運(yùn)算， A2為自舉放大器，作用是向輸入回路提供自舉電流。 11inininRRRRIVR???11in1in1inRRRRRVRVIII ??????（ 2）提高基本放大器的輸出電壓 普通運(yùn)算放大器所允許的輸出電壓最大為 177。 18V時(shí)，需要對(duì)采用普通集成運(yùn)算放大器的電路進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，以提高電路的輸出電壓，構(gòu)成高壓放大器。 圖 應(yīng)用普通運(yùn)放設(shè)計(jì)的高壓反相放大器 電路的設(shè)計(jì)思想是： 在保證運(yùn)放正負(fù)電源差為 30V的前提下，使運(yùn)放的電源電壓跟隨電路的輸出電壓浮動(dòng)。 15V；動(dòng)態(tài)時(shí)運(yùn)放的正負(fù)電源電壓隨輸出電壓的浮動(dòng)而浮動(dòng)，但兩者的差值始終為 30V。 3. 積分放大器 積分在現(xiàn)代測(cè)量中有著極其重要的應(yīng)用。 1）基本積分放大器 將基本反相放大器中的反饋回路的元件采用電容，而輸入回路元件采用電阻，即構(gòu)成了基本積分放大器。 電路中同相端的補(bǔ)償電阻 Rp如何取值，也要依據(jù)使運(yùn)放偏置電流的誤差被消除這一原則來選取。 具體設(shè)負(fù)載電流為 iL，則 o m a xinFfo |d1||| VtVCRV ?? ?o m a xfinL || IRVi ?? 例 已知基本積分器的輸入回路電阻Rf=10kΩ，積分電容 CF=，積分器的最大負(fù)載電流為 177。問： (1)當(dāng)輸入電壓為直流電壓時(shí)，輸入電壓的最大值為多少？對(duì)積分的時(shí)間有何限制？ (2)若輸入電壓為交流電壓 Vin(t)=Vmsinωt時(shí)，對(duì)信號(hào)的頻率有何限制？ 解 1： (1)求輸入電壓的最大值 令 即輸入電壓允許的最大直流電壓為 25V。sec，輸入電壓為最大電壓 25V時(shí)，積分時(shí)間不能超過 。 o m a xFfm VCRV ??mo m a xFfm π2 VVCRVf ??tCR VttVCRtVCRV ??? c o sds i n1d1FfmmFfinFfo ????? ??2） 積分器的誤差分析 （ 1）失調(diào)和漂移引起的誤差 —— 積分漂移 首先建立等效電路圖如圖 。bnop39。osFfp39。osindd IVRIVtCRRIVV ?????? 圖 考慮失調(diào)及漂移的積分放大器 解之得 由此可得積分器的輸出誤差為 ? ???? ??????? 39。osf39。bpFf39。bpp39。bnp39。osFfoe d1d1 IRVtRIRICRtVCRV令 因此補(bǔ)償電阻的選取與反相放大器不同，其值與偏置電流的比值有關(guān)，這種取值方法理論上可行，而實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)，好在一般對(duì)運(yùn)放而言 Ibn≈Ibp，故一般我們?nèi)?Rp=Rf。bp39。bpp39。osFfoe d1 IRVtVCRV 在這樣的取值條件下，輸出誤差電壓為 由此我們可以看到，在實(shí)際積分器中，即使輸入信號(hào)為零，輸出信號(hào)也不為零，失調(diào)電壓和失調(diào)電流及其它們的漂移，均會(huì)導(dǎo)致積分器輸出電壓向一個(gè)方向變?nèi)?，這就是積分漂移現(xiàn)象。 ? ? ???? 39。os39。osFfoe d1d1 IRVtICtVCRV 首先，“積分漂移”將使積分電容上的初始電荷不為零，從而輕則限定積分時(shí)間的長(zhǎng)短，重則使放大器進(jìn)入飽和，無法正常進(jìn)行積分運(yùn)算。 減少積分漂移的主要措施有： ① 應(yīng)選用失調(diào)及其漂移小的運(yùn)算放大器，特別是對(duì)放大器的偏置電流 Ib和失調(diào)電流 Ios指標(biāo)要慎重。 ② 根據(jù)實(shí)際情況選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償條件。為了降低 Ib漂移的影響還可采用電路上的補(bǔ)償方式。 圖 補(bǔ)償運(yùn)放偏置電流電路 圖中由電阻 R1向負(fù)輸入端提供電流，以抵消 Ibn。圖中二極管 D為硅二極管，起穩(wěn)壓管作用。在 0℃ ～ 70℃ 的溫域內(nèi)通過補(bǔ)償約可將 Ib減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。但電容量大的電容器泄露電阻小，所旁路的積分電流或泄露電流加大，將引入新的積分運(yùn)算誤差；τF一定時(shí)， CF的加大將導(dǎo)致 Rf的減少，電路的輸入電阻減少；在輸出電流有限的條件下， CF加大會(huì)降低積分速度，引起動(dòng)態(tài)誤差。 ④ 設(shè)計(jì)自動(dòng)校零電路補(bǔ)償積分漂移。 圖 積分器工作分兩步： 第一步是校零階段，將 S1接至地端，S2閉合，積分電容 CF被強(qiáng)制復(fù)位，確保其初始電荷為零，失調(diào)電壓對(duì)校零電容 CAZ充電，平衡后 VCAZ=Vos； 第二步是信號(hào)積分階段，將 S1接至輸入 Vin， S2斷開，積分電流（積分器輸入回路電流）為 顯然，消除了 Vos的影響，從而補(bǔ)償了積分漂移。 )j1)(j1()j(BWooGBo39。由圖中可知，實(shí)際積分放大器與理想積分放大器的幅頻特性之間的主要差別在低頻段和高頻段。Fj1)j(???AAA??? 圖 此時(shí)積分器猶如一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，其直流增益為 Ao，時(shí)間常數(shù)為 AoτF， 與理想積分器相比，存在誤差，該誤差是由開環(huán)增益 Ao的非理想性（不為無窮大）引起的。Fj11j1)j(?????AA??? 與理想特性相比 ， 高頻段多了一個(gè)慣性環(huán)節(jié) ， 原因是運(yùn)放的增益帶寬積不為無窮 ,導(dǎo)致高頻段幅頻特性的下降速率由 –20dB/十倍頻程改為 –40dB/十倍頻程 。 ② 頻域誤差 當(dāng)積分器的輸入信號(hào)為正弦信號(hào)時(shí)，實(shí)際積分器將產(chǎn)生頻域誤差。Fj1j1j)j(???????AAA幅頻特性和相頻特性分別為 ???????????????????????????????????2BWo2oGBGB39。F tgtg2ππ)(AAΦ ?????幅度相對(duì)誤差 δ(ω)和相位誤差 ΔΦ(ω)分別為 1111)()()()(2oBW2oGBFF39。F tgtg)()()( AAΦΦΦ ??????? a)低頻段。此時(shí)有 ωAoωBW，此時(shí)幅度誤差和相位誤差可近似為 111)(2oGB???????????????A?????????? ????oGB1tg)(AΦ 此時(shí)，相位誤差為超前誤差，幅度誤差較大。 b)高頻段。此時(shí) ωωGB/Ao，幅度誤差和相位誤差可近似為 111)(2BWo???????????????A????????????????????? ??BWo1BWo1oGB tgtg)(???????AAAΦ 此時(shí)，相位誤差呈現(xiàn)滯后誤差，幅度誤差隨頻率增大而增大，顯然這也不是積分器的工作頻段。指 ωGB/AoωAoωBW的頻段。 BWGB ??? ? 0)( ?? ?ΦBWGB ??? ? 0)( ?? ?ΦBWGB ??? ? 0)( ?? ?ΦBWGB ??? ? 因此，為減小頻域誤差，輸入信號(hào)的角頻率應(yīng)滿足： 結(jié)論：擴(kuò)大積分器的正常工作頻段和減小頻域誤差的主要措施是 提高運(yùn)算放大器的開環(huán)增益帶寬積和開環(huán)增益。o11)(?????????????拉氏反變換后得 考慮到積分放大器的額定工作范圍有限，積分時(shí)間有限，所以有實(shí)際意義的瞬態(tài)時(shí)間并不長(zhǎng)，故當(dāng) t AoτF時(shí)，有 ????????????????? tAt AeAeAAAAEAtV BWoFooBWFooBWFoBWF2oin2o39。 ????????????????????????????????????????? ?3Fo2FoFoFooBWFoFin39。 ???????? ?????????? ??oBWFinoBWFin39。為了減少此項(xiàng)誤差，應(yīng)加大運(yùn)算放大器的開環(huán)增益 Ao。o 62)( ??? AtAttEtV ④ 最大積分速度 由于運(yùn)放的輸出電流受額定輸出電流Iomax的限制，故積分電容的充電電流也受到 Iomax的限制，從而限制了積分器的最大積分速度，即 故積分器的最大積分速度為 o m a xm a xoF dd ItVC ???????Fo m a xm a xoddCItV ? ⑤ 電容器的介質(zhì)吸附效應(yīng)引起的動(dòng)態(tài)誤差 實(shí)際電容器不能簡(jiǎn)單