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运算放大器电路设计应用

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标签: 放大器

放大器

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目½:
一、 运算放大器设计应用经典问答集粹
二、 四类运算放大器的技术发展趋势及其应用热点
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一、 运算放大器设计应用经典问答集粹
1.
用运算放大器做正弦波振荡有哪些经典电路
问:
用运算放大器做正弦波振荡器在学校时老师就教过,应该是一个常用的电路。现在我做了几款,实际效果½
不理想。哪½做过,可否透露些经验或成功的电路?
答:
(1)
用以下方法改进波½质量:
选用高品质的电容;对运放的电源进行去耦设计;对震荡器的输出信号进行滤波处理。
(2)
我曾经在铃流源电路中用到一种带有
AGC
电路的文氏电桥振荡器,用来产生
25Hz
的正弦波,如图所示。
图中½用二极管限幅代替非线性反馈元件,二极管通过对输出电压½成一个½限幅来降½失真。文氏电桥或
½失真的特性要求有个辅助电路来调节增益,辅助电路包括从在反馈环路内插入的一个非线性元件,到由外
部元件构成的自动增益控制(AGC)回路。通过
D1
对正弦波的负半周取样,且所取样存于
C1
中,选择
R1
R2,必须½ Q1
的偏½定在中心处,½得输出电压为期望值时,
(RG+RQ1)=RF/2。½输出电压升高时,
Q1
增大电阻,从而½增益降½。在上图所示的振荡器中,给运算放大器的正输入端½加
0.833V
电源,½输
出的静态电压处在中心½½处(Vcc/2=2.5V) 这里
Q1
多数用的是小信号的
MOSFET 2N7000
(N 沟道,60V,
7.5
欧)
,D1 则选用
1N4148。以上供½参考。
(3)
为克服
RC
移相振荡器的缺点,常采用
RC
串并联电路½为选频反馈½络的正弦振荡电路,也称为文氏电桥振
荡电路,如图
Z0820
所示。它由两级共射电路构成的同相放大器和
RC
串并联反馈½络组成。由于
φA=
0,这
就要求
RC
串并联反馈½络对某一频率的相移
φF
2nπ,才½满足振荡的相½平衡条件。下面分析
RC
串并
联½络的选频特性,再介绍其它有关元件的½用。
Z0820
RC
串并联½络在½、高频时的等效电路如图
Z0821
所示。这是因为在频率比较½的情况下,
(1/ωC)>R,而频率较高的情况下,则(1/ωC)<R,前者等效于一节超前型移相电路,后者等效于一节滞后
型移相电路。显然频率从½到高连续变化,相移从+90°到-90°连续变化,其中必存在一个中间频率
f0,½ RC
串并联½络的相移为零。于是满足相½平衡条件。对此,可进一步½定量分析,由图
Z0821(a)得:
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为调节频率方便,通常取
R1 = R2 = R
C1 = C2 = C,如果令
ω0=1/
RC,则上式简化为:
可见,RC 串并联反馈½络的反馈系数是频率的½数。由式
GS0821
可画出的幅频和相频特性,如图
Z0822
所示。由图可以看出:
½
时,
的模最大,
且|
| = 1/3
φF=0;
f
大于
f0
时,
½
|
|½减小,
φF≠0
这就表明
RC
串并联½络具有选频特性。因此图
Z0820
电路满足振荡的相½平衡条件。如果同时满足振荡的
幅度平衡条件,就可产生自激振荡。振荡频率为:
一般两级阻容耦合放大器的电压增益
Au
远大于
3,如果利用晶½管的非线性兼½稳幅环节,放大器件的工½
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范围将超出线性区,½振荡波½产生严重失真。为了改善振荡波½,实用电路中常引进负反馈½稳幅环节。
Z0820
中电阻
Rf
Re
引入电压串联深度负反馈。这不仅½波½改善、稳定性提高,还½电路的输入电阻
增加和输出电阻减小,同时减小了放大电路对选频½络的½响,增强了振荡电路的负½½½力。通常
Rf
用负温
度系数的热敏电阻(Rt)代替,½自动稳定增益。假如某原因½振荡输出
Uo
增大,Rf 上的电流增大而温度
升高,阻值
Rf
减小,½负反馈增强,放大器的增益下降,从而起到稳幅的½用。
从图
Z0820
可以看出,RC 串并联½络和
Rf
Re,正½组成四臂电桥,放大电路输入端和输出端分别接到电
桥的两对角线上,因此称为文氏电桥振荡器。
目前广泛采用集成运算放大器代替图
Z0820
中的两级放大电路来构成
RC
桥式振荡器。图
Z0823
是它的基本
电路。
文氏电桥振荡器的优点是:不仅振荡较稳定,波½良½,而且振荡频率在较½的范围内½方便地连续调节。
2.
如½估算多级放大器的频½
问:
如果设计一个带½为
DC-100MHz
的放大器,总增益为
50
倍,共三级放大,运算放大器的单½增益带½为
1GHz,请问如½估算总带½?
答:
(1)
运放的增益带½积=增益×(-3dB 带½)
,例如,若三级运放增益分配为:第一级为:+2,那么它的-3dB
带½=1000MHz/2=500MHz,第二和第三级的增益½为+5,那么它的-3dB 带½=1000MHz/5/1.4=140MHz,所
以系统的总增益为
2×5×5=50,带½为 140MHz>100MHz,符合设计要求。
注:这里假设所提的
1000MHz
运放的增益带½积等于其单½增益时的-3dB 带½。
(2)
估算放大器的带½,要用到运放带½积的概念,带½积=增益
X(-3dB
带½)
。按专家所给出的以上计算
方法即可估算系统带½。
(3)
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