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运算放大器设计及应用
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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
和
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。
图
Z0820
中
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
。
且
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。
图
Z0820
中电阻
Rf
和
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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