模拟集成电路的非线性应用
第3章_模拟集成电路的非线性应用教材
kT 26mV T绝对温度 t = 25 º C 时， q q Ud kT Ud＞100mV I d I S e
2018年12月26日星期三 3
2. 二极管对数放大器
图3-1-1 二极管对数器
Ui Ui 2.3kT 得输出电压为 Uo Ud ) lg( ) U T lg( Uk q RIS kT Uk=RIS 式中， U T 2.3 q
2.具有温度补偿的实用指数器
图3-1-7 具有温度补偿的实用精密指数器
2018年12月26日星期三 8
VT2 的集电极电流为 I c2 I o e
U be2 kT IR RT ln( ) ui q Io RT R1
I R q kT [ ln( R ) T ui ] kT q IO R1 RT
13
2018年12月26日星期三
2.乘法器的工作象限
• 乘法器有四个工作区，它两个 输入电压极性来确定。
• 两个输入端只能适应单一极性 乘法器称为单象限乘法器。 • 如果一个输入端适应正、负两 种极性，另一输入端只能适应 单一极性乘法器称为二象限乘 图3-2-2 乘法器 的工作象限 法器。 • 如果两个输入端均能适应正、负极性的乘 法器称为四象限乘法器。
2018年12月26日星期三
2
3.1 对数器和指数器
对数器是实现输出电压与输入电压成 对数关系的非线性模拟电路。q 1.PN结的伏安特性 I d I S (e
IdPN结的正向导通电流
kT Ud
1)
ISPN结的反向饱和电流，它随温度变化
q电子电荷量，q = 1.602 × 10-19 C k玻尔兹曼常数，k = 1.38 × 10-23 J/ º C
模拟集成电路的非线性应用剖析
k玻尔兹曼常数，k = 1.38 × 10-23 J/ ºC
T绝对温度
Ud＞100mV
t
I
=
d
25
I
SºCe kqT时Ud，kqT
26mV
2020年11月9日星期一
集成电路原理及应用
能源工程学院
3
2. 二极管对数放大器
图3-1-1 二极管对数器
由 uo Ud Id ISe
q kT
U
d
图3-1-2 二极管对数器 的传输特性
条件下，又是线性器件，例如：
一个输入电压为恒定值时，即X= 常数，Y = V1+V2，则有
Z KXY K(V1 V2 ) KV1 KV2
图3-2-4 理想乘法器 平方律输出特性
式中 K KX
理想乘法器属于非线性器件还是线性器件
取决于两个输入电压的性质，在这里“线性”
的含义仅仅是非线性本质的特殊情况。
Ie
I eq kT
U
be
S
q
q
得输出电压为 Uo RI e RISekTUbe RISekTUi
式中，当
t
=
25
ºC
时，U T
2.3
kT q
2020年11月9日星期一
集成电路原理及应用
能源工程学院
7
2.具有温度补偿的实用指数器
图3-1-7 具有温度补偿的实用精密指数器
2020年11月9日星期一
)
I e(
q kT
RT R1 RT
ui
)
R
设
RT 1 R1 RT 16.7
q 1 k T 26mV
得 Ic2 IR10ui
输出电压 uo Ic2R5 IR R5 10ui
模拟集成电路的非线性应用
第3章 模拟集成电路的非线性应用3.1 对数器和指数器对数器和指数器是模拟集成电路中应用比较广泛的电路之一。
对数器和指数器可以完成对数和指数运算，可以作对数函数发生器和指数函数发生器，可以进行乘法和除法运算，可以进行平方和开方运算，还可以对信号进行对数压缩，如将线性坐标转化为对数坐标，线性扫频转化为对数扫频等。
本节主要介绍对数器和指数器。
对数器对数器是实现输出电压与输入电压成对数关系的非线性模拟电路。
PN 结的伏安特性半导体PN 结的伏安特性为 )1(dS d -=U kT q eI I上式中， I d −−是PN 结的正向导通电流I S −−是PN 结的反向饱和电流，它随温度变化 q −−是电子电荷量，q = 1.602 × 10-19 C k −−是玻尔兹曼常数，k = 1.38 × 10-23 J/ ºC T −−是绝对温度在常温下，t = 25 ºC 时，m V 26≈qkT，若结电压d U ＞100mV ，则上式近似为 dS d U kT q eI I ≈二极管对数放大器在理想运放的条件下，d o U u -= ，由 dS d U kT q e I I = ，得此对数器的输出电压为)lg()lg(32ki T S i d o U U U RI U q kT.U U -=-=-= 式中， qkTU 3.2T = ，当 t = 25 ºC 时，m V 59T ≈U ，S k RI U = 。
为了利用PN 结正向导通特性的指数伏安特性，要求输入电压必须为正，若PN 结反接，则输入电压必须为负。
在分析上述关系式时，忽略了PN 结的体电阻的影响。
实际上，由于体电阻上的压降而破坏了正常的对数运算，所以要选用体电阻小的管子作变换元件。
U oU iU -U -2U -3U lg U i三极管对数放大器在理想运放的条件下， beS E c U kT q eI I I α=α≈式中，S I 是三极管be 结的反向饱和电流，α是共基极电流放大系数。
【精品】集成电路试题
集成电路试题二、选择题（14分，每小题2分）1、集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以（）。
A减小温漂B增大放大倍数C提高输入电阻2、为提高集成运放的放大倍数，集成运放的中间级多采用（）。
A共射极放大电路B共集放大电路C共基放大电路3、现有电路：A反相运算电路B同相运算电路C积分运算电路D微分运算电路E加法运算电路F乘方运算电路（1）欲将正弦波电压转换成二倍频电压，应选用（）。
（2）欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用（）。
（3）欲实现Au＝－100的放大电路，应选用（）。
（4）欲将方波电压转换成三角波电压，应选用（）。
（5）欲将方波电压转换成尖顶波电压，应选用（）。
下列关于74LS245的用途,不正确的说法是（）A.常用于数据锁存B.常用于数据双向传送C.常用于数据驱动D.常用于数据缓冲一、RS-232C标准的电气特性中数据"0"规定为（）二、 A.-3～-15V三、 B.-5～0V四、 C.0～+5V五、 D.+3～+15V六、选择题；1一个理想运放的基本条件是()。
(a)A ud=∞；(b)r od=∞；(c)r id=0；(d)K CMRR=0。
2集成运放在应用中出现自激，这一般是由于下述原因之一所致()。
(a)退耦电容太大；(b)分布电容太小；(c)负载电容太大；(d)耦合电容太大。
3在下列几种典型的积分电路中，哪个是比较积分电路？()。
4模拟电路的非线性应用之一是()。
(a)比例放大；(b)求和放大；(c)积分器；(d)对数器。
5模例乘法器的应用电路之一是()。
(a)加法器；(b)减法器；(c)整流器；(d)鉴频器。
6在下例比较器中，抗干扰能力最强的是()。
(a)单门限比较器；(b)迟滞比较器；(c)窗口比较器；(d)三态比较器。
7在集成变换器中，属于周期性变换器的是()。
(a)U/I变换器；(b)I/U变换器；(c)U/F变换器；(d)阻抗变换器。
8DAC0832的转换位数是()。
模拟集成电路的非线性应用
二极管和三极管对数器明编显辑缺ppt 点是温度稳定性差。
6
4. 温度补偿对数器的实际电路
此部分大都 做在了集成 电路内部
图3-1-4 补偿对放大器的实际电路
输出电压为 Uo(1编R 辑Rp43p)t kqTlnR R (15V Ucic)
7
3.1.2 指数器
1.基本指数器
图3-1-5 基本指数器
对数器是实现输出电压与输入电压成
对数关系的非线性模拟电路。
1.PN结的伏安特性 Id IS(ekqTUd 1)
IdPN结的正向导通电流 ISPN结的反向饱和电流，它随温度变化 q电子电荷量，q = 1.602 × 10-19 C
k玻尔兹曼常数，k = 1.38 × 10-23 J/ ºC
T绝对温度 t = 25 ºC 时，kT 26mV
第3章 模拟集成电路的非线性应用
3.1 对数器和指数器 3.2 乘法器及其应用 3.3 二极管检波器和绝对值变换器 3.4 限幅器 3.6 电压比较器及其应用
编辑ppt
1
3.1 对数器和指数器
3.1.1 对数器 3.1.2 指数器 3.1.3 集成化的对数器和指数器
编辑ppt
2
3.1 对数器和指数器
14
3.乘法器的基本性质
（1）乘法器的静态特性
①X = 0时，Y为任意值， 或Y = 0时，X为任意值， 则输出Z = 0。
②当 X 等于某一常数时，
输出Z与Y 成正比，Z与 Y的关系曲线称为四象限 输出特性。
图3-2-3 理想乘法器 四象限输出特性
③当输入幅值相等时，即X = Y或X = －Y，
Ud＞100mV
Id
I ekqTUd S
西南民族大学集成电路第3章模拟集成电路非线性应用
第3章 模拟集成电路的非线性应用
若门限电位为零——为：过零比较器
uo
ui u +
UoH
uO
0 ui
∞ + u- － A +
UoL
ui u uo ∞ u+ + A +
uO
0
UoH
ui
UoL
第3章 模拟集成电路的非线性应用
例题：利用电压比 较器将正弦波变为 方波。
ui u +
ui
t
∞ + u- － A +
VD1 VD2
ui
＋
A1
uo
uo1
R1 = R
VD3
VD4
－ ＋
A2
uo2
ui>0时
u-1= ui 作用于A2的反向端 1 mR ui ) ui u-2虚地 uo (1 mR m
uo1 >0, VD1截止, VD2导通 uo2 <0, VD4截止, VD3导通
第3章 模拟集成电路的非线性应用
二极管D1截止，D2导通， ui
R3 U A Ui R1
R1
D1
R5 R4
D2
- A1 +
uA
– A2 +
uo
R5 R5 R5 R5 R3 U 0 Ui U A Ui Ui R2 R4 R2 R4 R1 R5 ( R2 R3 R1 R4 ) R1 R2 R4
可见, 门限电压:
Uim Uom
O
uI
U im
R2 U ref R1
第3章 模拟集成电路的非线性应用
3.6 电压比较器及其应用
模拟电子技术实验-集成运算放大器的非线性应用电路
实验: 集成运算放大器的非线性应用电路一、实验目的1.掌握单限比较器、滞回比较器的设计、测量和调试方法。
2.掌握电压比较器应用电路电压传输特性的测试方法。
3.学习集成电压比较器在电路设计中的应用。
二、实验内容CCV+87651234OE IN-IN+CCV-LM311OCBAL/STRB BAL图1 741Aμ和LM311的引脚图1. 电压比较器（SPOC实验、Multisim仿真实验）（1）学习SPOC实验内容，利用Multisim仿真软件，按图2接好电路，电阻R1=R2=10kΩ，电阻R3为5.1kΩ。
由函数信号发生器调出1000Hz，峰峰值为5V，偏移量为0V的正弦交流电压加至iu端。
按表中给定数值改变直流信号源输入电压U R。
利用示波器通道1测量输入iu电压波形，通道2测量输出ou端的矩形波波形如图3所示。
其中稳压管VS选取：“DIODE”→“ZENER”→“1N5233B”iuou图2 电压比较器图3 输出电压波形（2）按表1中给定值调节U R的大小，用示波器观察输出矩形波的变化，测量测量HT和T的数值，并记入表1中。
表1电压比较器的测量0 1000 492.518 0.5 1000 945.454 11000 436.052截图仿真电路图：当U R =1V 时，截取输入i u 和输出o u 的电压波形：2. 反相滞回比较器电路（SPOC 实验、Multisim 仿真实验）1) 学习SPOC 实验内容，利用仿真软件，按图4所示的电路选择电路元件，接好电路。
其中稳压管VS 选取：“DIODE ”→“ZENER ” →“1N5233B ”-++81R iu ou 2R FR 3R 10k Ω10k Ω100k Ω5.1k ΩVS图4 反相滞回比较器仿真电路图截图：2) i u 接频率为1kHz ，峰峰值为2V 的正弦信号，观察并截取输入i u 和输出o u 的波形。
要求示波器的通道1接输入电压波形，通道2接输出电压波形。
模拟电子技术单元14-2：集成运放的非线性应用
2. 电压比较器的描述方法 :电压传输特性 uO＝f(uI)
电压传输特性的三个要素：
（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL （2）阈值电压UT
（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向
二、集成运放的应用--电压比较 器
3. 几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压
设 uI＞+UT，则 uN＞ uP， uO＝－UZ。此时uP＝ －UT， 减小 uI，直至－UT，再减小， uO才从－UZ跃变为+UZ。
二、集成运放的应用—滞回比较器
讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性
向左右移多少？
1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？
2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？
3. 若要改变输入电压 过 阈值电压时输出电 压的 跃变方向，则应 如何修 改电路？
改变输出 限幅电路
二、集成运放的应用—窗口比较器
uI U RH uI URL
U OM U OM U OM U OM
当uI>URH时，uO1=－ uO2= UOM，D1导通，D2截 止； uO= UZ。 当uI<URL时，uO2=－ uO1= UOM，D2导通，D1截 止； uO= UZ 。 当URL<uI< URH时， uO1= uO2= －UOM，D1、D2均截 止； uO= 0。
二、集成运放的应用—单限比较器
2. 一般单限比较器
uN
R2 R1 R2
U REF
R1 R1 R2
uI
令uN uP 0，得
U O U Z
作用于反相输入端
UT
R2 R1
U REF
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
得输出电压为 式中， UT 2.3
Uo
kT
q
U d
2.3kT q
Uk=RIS
lg(
Ui RIS
)
U
T
lg(
Ui Uk
)
当 t=25 ºC 时，UT≈59mV。
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
4
3. 三极管对数放大器
在理想运放的条件下
q
Ic IE ISe kTUbe
输出电压为
k玻尔兹曼常数，k = 1.38 × 10-23 J/ ºC
T绝对温度
Ud＞100mV
t
I
=
d
25
I
SºCe kqT时Ud，kqT
26mV
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
3
2. 二极管对数放大器
图3-1-1 二极管对数器
由 uo Ud Id ISe
q kT
U
d
图3-1-2 二极管对数器 的传输特性
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
13
2.乘法器的工作象限
• 乘法器有四个工作区，它两个 输入电压极性来确定。
• 两个输入端只能适应单一极性 乘法器称为单象限乘法器。
• 如果一个输入端适应正、负两
种极性，另一输入端只能适应
单一极性乘法器称为二象限乘 法器。
图3-2-2 乘法器 的工作象限
图3-1-8 8048型集成化对数放大器
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
10
图3-1-9 8049型集成化指数器
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
11
3.2 乘法器及其应用
3.2.1 乘法器的基础知识 3.2.2 乘法器的工作原理 3.2.3 模拟乘法器的应用电路
图3-2-3 理想乘法器 四象限输出特性
③当输入幅值相等时，即X = Y或X = －Y，
输出与输入的关系曲线称为平方率输出特性。
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
15
(2) 乘法器的线性和非线性
通常认为乘法器是一种非线性器
件。乘法器不能应用线性系统中
的叠加原理，但是乘法器在一定
Uo
U be
2.3kT q
lg ( Ui
RIS
)
UT
lg(
Ui
RIS
)
图3-1-3 三极管对数放大电路
采用三极管作变换元件，可实现5～6个数量级的动态范
围，而采用二极管可实现3～4个数量级的动态范围。
二极管和三极管对数器明显缺点是温度稳定性差。
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
• 如果两个输入端均能适应正、负极性的乘
法器称为四象限乘法器。
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
14
3.乘法器的基本性质
（1）乘法器的静态特性
①X = 0时，Y为任意值， 则输出Z = 0；Y = 0时，X 为任意值，则输出Z = 0。
②当 X 等于某一常数时， 输出Z与Y 成正比，Z与 Y的关系曲线称为四象 限输出特性。
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
16
3.2.2 乘法器的工作原理
• 模拟乘法器有多种方法能实现，有对数—指数相 乘法、四分之一平方相乘法、三角波平均相乘法、 时间分割相乘法和变跨导相乘法等。
• 其中变跨导乘法器便于集成，内部元件有较高 的 温度稳定性和运算精度，且运算速度较高，
RT R1 RT
ui
)
R
设
RT 1 R1 RT 16.7
q 1 k T 26mV
得 Ic2 IR10ui
输出电压 uo Ic2R5 IR R5 10ui
选正温度系数的
RT，可对环境温 度引起的变化进
行补偿。
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
9
3.1.3 集成化的对数器和指数器
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
2
3.1 对数器和指数器
对数器是实现输出电压与输入电压成
对数关系的非线性模拟电路。
1.PN结的伏安特性
Id
I
S
(e
q kT
Ud
1)
IdPN结的正向导通电流
ISPN结的反向饱和电流，它随温度变化
q电子电荷量，q = 1.602 × 10-19 C
5
4. 温度补偿对数器的实际电路
图3-1-4 补偿对放大器的实际电路
输出电压为
Uo
(1
R3 R4
)
kT q
ln(
R5U i R1Vcc
)
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
6
3.1.2 指数器
1.基本指数器
图3-1-5 基本指数器
图3-1-6 指数器的传输特性
由 UoIeR 和
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
12
3.2.1 乘法器的基础知识
1.乘法器
乘法器具有两个输入端（通常称为X输入端和 Y输入端）和一个输出端（通常称为Z输出端）。
输出特性方程为
uo (t) Kux(t) uy(t) 或 Z = KXY K为增益系数或标 度因子，单位为V-1。
图3-2-1 乘法器的符号
条件下，又是线性器件，例如：
一个输入电压为恒定值时，即X= 常数，Y = V1+V2，则有
Z KXY K(V1 V2 ) KV1 KV2
图3-2-4 理想乘法器 平方律输出特性
式中 K KX
理想乘法器属于非线性器件还是线性器件
取决于两个输入电压的性质，在这里“线性”
的含义仅仅是非线性本质的特殊情况。
第3章 模拟集成电路的非线性应用
3.1 对数器和指数器 3.2 乘法器及其应用 3.3 二极管检波器和绝对值变换器 3.4 限幅器 3.5 二极管函数变换器 3.6 电压比较器及其应用
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
1
3.1 对数器和指数器
3.1.1 对数器 3.1.2 指数器 3.1.3 集成化的对数器和指数器
能源工程学院
8
VT2
的集电极电流为
I c2
I eq kT
UBE2
o
U be2
kT q
ln(
IR Io
)
RT RT
R1
ui
在ui＜0时
I I eq kT
[
kT q
ln
(
IR IO
)
RT R1 RT
ui
]
c2 o
I e e ln( IR ) Io o
(
q kT
RT R1 RT
ui
)
I e(
q kT
Ie
I eq kT
U
be
S
q
q
得输出电压为 Uo RI e RISekTUbe RISekTUi
式中，当
t
=
25
ºC
时，U T
2.3
kT q
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用
能源工程学院
7
2.具有温度补偿的实用指数器
图3-1-7 具有温度补偿的实用精密指数器
2020年8月6日星期四
集成电路原理及应用