电子工程专辑—为亚洲及中国的电子工程师社群提供及分析最新工业和科技趋势
运算放大器设计与应用—电子工程师必备手册(下)
运算放大器设计及应用
--电子工程师必备手册（下）
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运算放大器设计与应用—电子工程师必备手册(下)
目录：
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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运算放大器设计与应用—电子工程师必备手册(下)
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，实际效果都
不理想。哪位做过，可否透露些经验或成功的电路？
答：
(1) 用以下方法改进波形质量：
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。
图中使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形成一个软限幅来降低失真。文氏电桥或
低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，必须使 Q1 的偏置定在中心处，使得输出电压为期望值时，（RG+RQ1）=RF/2。当输出电压升高时，
Q1 增大电阻，从而使增益降低。在上图所示的振荡器中，给运算放大器的正输入端施加 0.833V 电源，使输
出的静态电压处在中心位置处（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。以上供你参考。
(3)
为克服 RC 移相振荡器的缺点，常采用 RC 串并联电路作为选频反馈网络的正弦振荡电路，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 串并联反馈网络组成。由于 φA= 0，这
就要求 RC 串并联反馈网络对某一频率的相移 φF
＝
2nπ，才能满足振荡的相位平衡条件。下面分析 RC 串并
联网络的选频特性，再介绍其它有关元件的作用。
图 Z0820 中 RC 串并联网络在低、高频时的等效电路如图 Z0821 所示。这是因为在频率比较低的情况下，
（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。显然频率从低到高连续变化，相移从+90°到-90°连续变化，其中必存在一个中间频率 f0，使 RC
串并联网络的相移为零。于是满足相位平衡条件。对此，可进一步作定量分析，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 串并联反馈网络的反馈系数是频率的函数。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：
当
时， 的模最大，且| | = 1/3 ，φF＝0；当 f 大于 f0 时，| |都减小，且 φF≠0 。
这就表明 RC 串并联网络具有选频特性。因此图 Z0820 电路满足振荡的相位平衡条件。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，如果利用晶体管的非线性兼作稳幅环节，放大器件的工作
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范围将超出线性区，使振荡波形产生严重失真。为了改善振荡波形，实用电路中常引进负反馈作稳幅环节。
图 Z0820 中电阻 Rf 和 Re 引入电压串联深度负反馈。这不仅使波形改善、稳定性提高，还使电路的输入电阻
增加和输出电阻减小，同时减小了放大电路对选频网络的影响，增强了振荡电路的负载能力。通常 Rf 用负温
度系数的热敏电阻（Rt）代替，能自动稳定增益。假如某原因使振荡输出 Uo 增大，Rf 上的电流增大而温度
升高，阻值 Rf 减小，使负反馈增强，放大器的增益下降，从而起到稳幅的作用。
从图 Z0820 可以看出，RC 串并联网络和 Rf
、
Re，正好组成四臂电桥，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，波形良好，而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节。
2. 如何估算多级放大器的频宽
问：
如果设计一个带宽为 DC-100MHz 的放大器，总增益为 50 倍，共三级放大，运算放大器的单位增益带宽为
1GHz，请问如何估算总带宽？
答：
(1) 运放的增益带宽积=增益×（-3dB 带宽），例如，若三级运放增益分配为：第一级为：+2，那么它的-3dB
带宽=1000MHz/2=500MHz，第二和第三级的增益都为+5，那么它的-3dB 带宽=1000MHz/5/1.4=140MHz，所
以系统的总增益为 2×5×5=50，带宽为 140MHz＞100MHz，符合设计要求。
注：这里假设所提的 1000MHz 运放的增益带宽积等于其单位增益时的-3dB 带宽。
(2) 估算放大器的带宽，要用到运放带宽积的概念，带宽积=增益 X（-3dB 带宽）。按专家所给出的以上计算
方法即可估算系统带宽。
(3)
