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1、Ch5集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术第第5 5章章集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用第第5章章 集成运算放大器及其信号运算集成运算放大器及其信号运算5.1集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍5.2放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈5.3运算放大器在信号运算方面的运用运算放大器在信号运算方面的运用5.4运算放大器在信号处理方面的运用运算放大器在信号处理方面的运用5.5运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用5.6集成运放使用中的几个具体问题集成运放使用中的几个具体问题3-35.1集成运算放大器的简单集成
2、运算放大器的简单介绍介绍3-45.1.1集成运算放大器的结构特点集成运算放大器的结构特点1.利用对称结构改善电路性能利用对称结构改善电路性能2.尽可能用有源器件代替无源元件尽可能用有源器件代替无源元件3.级间采用直接耦合方式级间采用直接耦合方式5.1.2集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分集成运放一般由输入级，中间放大级，输出级和偏置电路四部分组成，如图5-1所示。1.差分放大输入级输入级大都采用差分放大电路(即差放电路)的形式。差放电路在性能方面有许多优点。下面讨论射级耦合差放电路。(1)射极耦合差分式放大电路结构2. 工作原理1)静态分析ui1=ui2=0时由于电路完全对称RC1=
3、RC2,UBE1=UBE2,ICQ1=ICQ2=I=IO/2,UCE1=UCE2=UCC-ICRC+0.7V, uo=uO1-uO2=0V2)动态分析ui1=-ui2=uid/2输入方式称为差模输入。在差模输入差模输入。在差模输入信号作用下，当一管的电流增加时，另一管电流必然会减小，所以差模输出信号电压uod=uO1-uO20，输入电压和之差称为差模输入电压uid=ui1-ui2ui1=ui2=uic输入方式称为共模输入。差放电路中，无论是温共模输入。差放电路中，无论是温度变化，还是电源电压的波动都会引起两管集电极电流以度变化，还是电源电压的波动都会引起两管集电极电流以及相应的集电极电压相同的
4、变化，其效果相当于在两个输及相应的集电极电压相同的变化，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号入端加入了共模信号uic，两输出端输出的共模电压相同，两输出端输出的共模电压相同，即即uoc1=uoc2=uoc双端输出时的输出电压uo=uoc1-uoc2=0当在电路的两个输入端任意加上输入电压当在电路的两个输入端任意加上输入电压ui1和ui2，则两个输入电压ui1和ui2可以分解为差模信号分量uid/2和-uid/2、与共模信号分量uic的叠加：ui1=uid/2+uic、ui2=-uid/2+uic，其中：uid=ui1-ui2、uic=(ui1+ui2)/2由叠加原理可得，这时输出电压uo1和
5、uo1由差模信号分量uod/2、-uod/2与共模信号分量uoc的叠加：uo1=uod/2+uoc、uo2=-uod/2+uoc,在双端输出时uo=uo1-uo2=uod即双端输出差放电路只放大差模信号，而抑制了共模信号。根据这一原理，差放电路可用来抑制温度等外界因素的变化对电路性能的影响。因此，它常用来作为多级直接耦合放大器的输入级，抑制共模信号。(4)主要技术指标的计算1)差模电压放大倍数Aud双端输入、双端输出的差模电压放大倍数 图5-2电路中若输入为差模方式，即ui1=-ui2=uid/2,在电路完全对称时iC1的增加量等于iC2的减少量使流过电流源的电流Io无变化，故交流通路如图5-
6、3（a）所示。ube1=-ube2=(ui1-ui2)/2=uid/2，所以ue=ui1-ube1=0V。为便于分析，可画出对差模信号的半边小信号等效电路，如图5-3（b）所示。当从两管集电极作双端输出，未接RL时其差模电压放大倍数与单管共射放大电路的电压放大倍数相同，即becioiiooidoudrRuuuuuuuuA-22-112121当集电极c1、c2两点间接入负载电阻RL时beLbeLCudrRrRRA-)2/(-双端输入、单端输出的差模电压放大倍数双端输入、单端输出的差模电压放大倍数输出电压取自其中一管的集电极,称为单端输出单端输出。当RL=时电压放大倍数是双端输出时的一半,从T1、
7、T2集电极分别输出有beCudidoudrRAuuA2-2111becudidoudrRAuuA221-22此接法实现将双端输入信号转换为单端输出信号，集成运放的中间级有时采用此接法。单端输入的差模电压放大倍数单端输入的差模电压放大倍数有时要求放大电路的输入电路有一端接地。这时可在图5-2所示的电路中令ui1=uid，ui2=0就可实现。这种输入方式称为单端输入(或不对称输入)。图5-4表示单端输入时交流通路。图中ro为实际电流源的动态内电阻，其值很大,满足rore(发射结动态电阻)的条件，可认为ro支路开路，输入信号电压uid近似地分在两管的输入回路上，体现了发射极耦合的作用。将图5-4与图
8、5-3（a）比较可知，两电路中作用于发射结上，两电路中作用于发射结上的信号分量基本上是一致的。即单端输入时电路工作状态的信号分量基本上是一致的。即单端输入时电路工作状态与双端输入时近似一致与双端输入时近似一致。如ro足够大，则电路由双端输出时，差模电压放大倍数与式(5-1)、(5-2)近似一致；单端输出时则与(5-3)、(5-4)近似一致；其他指标也与双端输入电路相同。2)共共模电压放大倍数Auc双端输出的共模电压放大倍数双端输出的共模电压放大倍数0-21icococicocucuuuuuA单端输出的共模电压放大倍数单端输出的共模电压放大倍数obeicocicocucrrRcuuuuA2)1
9、(-211012- rRAcuc3)共模抑制比共模抑制比KCMRucudCMRAAK)(lg20dBAAKucudCMR若差放电路完全对称，如果双端输出，则共模电压放大倍数Auc=0，其KCMR将是一个很大的值，理想情况下为无穷大。如从单端输出，则根据式(5-3)和(5-6)可得KCMR1为beobeobeucudCMRrrrrrAAK2)1 (21112.中间级 主要任务是提供足够大的电压放大倍数。不仅要求中间级本身具有较高的电压增益，为了减少对前级的影响，还应具有较高的输入电阻。另外，中间级还应向输出级提供较大的驱动电流，并能根据需要实现单端输入至双端输出或双端输入至单端输出的转换。集成运
10、放的中间级经常利用三极管作为有源负载，中间级的放大管有时采用复合管的结构形式。3.输出级 输出级的主要作用是提供足够的输出功率以满足负载的需要，同时还应具有较低的输出电阻以增强带负载能力。输出级基本上都采用各种形式的互补对称电路。为避免交越失真，常采用甲乙类互补对称电路。4.偏置电路偏置电路用于设置集成运放的各级放大电路的静态工作点。集成运放采用恒流源电路为各级提供合适的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。在应用集成运算放大器时需要知道它的几个管脚的用途和主要参数，至于它的内部结构如何一般是无关紧要的。图5-6以LM741为例来表示集成运算放大器的引脚及连接示意图
11、。图中所示LM741是双列直插式封装的LM741CN或LM741EN集成运算放大器，共有8个引脚，如图5-6（a）所示图5-6 LM741引脚及连接示意图集成运放的主要参数1.最大输出电压UOPP 使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称为运放的最大输出电压。LM741集成运放的最大输出电压大约13V。2.开环电压放大倍数Auo 是指集成运放工作在线性区，在标称电源电压下接规定的负载，无负反馈情况下的差模电压放大倍数。一般运放的Auo在(80140)dB。3.输入失调电压UIO 一个理想的集成运放，当输入电压为零时，输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上他的差分输入级很难做到完
12、全对称，由于某种原因（如温度变化）使输入级的静态工作点稍有偏移，输入级的输出电压发生微小的变化，这种缓慢的微小变化会逐级放大使运放输出端产生较大的输出电压（常称为漂移），所以通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压失调电压UIO。UIO值越小越好，一般为几毫伏。4.输入失调电流IIO 在晶体管集成运放中，输入失调是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即 ，其值越小越好，一般在零点几微安级。 5.输入偏置电流IB 输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，称为
13、输入偏置电流，即IB=(IB1+IB2)/2。其值越小越好，一般在零点几微安级。6.最大共模输入电压Uicmax Uicmax是指输入级能正常放大差模信号情况下，允许输入的最大共模输入电压。超过Uidmax值，它的共模抑制比将显著下降。21BBIOIII理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器，理想化的条件主要是：开环电压放大倍数Auo；差模输入电阻rid；开环输出电阻ro0；共模抑制比KCMR。图5-7所示是理想运算放大器的图形符号。它有两个输入端和一个输出端。反相输入端N标上“-”号，同相输入端P标上“+”号。它们对“地”的电压（即各端的电位）分别用u-（或uN）、 u+（或uP ）表示，
14、输出端对“地”的电压用uo表示。三角形表示信号从左向右传输的方向，“”表示开环电压放大倍数的理想化条件。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特传输特性性。如图5-8所示，运算放大器的传输特性可分为线性区和非线性区。运算放大器可工作在线性区，也可工作在非线性区，但分析方法不一样。1.工作在线性区要使运算放大器工作在线性区，通常外接负反馈电路。工作在线性区时，分析依据有两条： (1)u+=u- 两输入端好像短路的，但不是真正的短路，为“虚短”。 (2)i+=i- =0两输入端好像断路的，但并不是真正的断路，因而称之为“虚断”。2.工作在非线性区(1)输出电压的值只有两种饱和值当u+u
15、-时uo=+Uom，当u+1时，称为深度负反馈。当深度负反馈时，有FAFAAf11深度负反馈使得净输入信号大大地减少,因此净输入信号近似为零,显然深度串联负反馈的净输入电压信号近似为零,必然有净输入电压端的电流信号也为零,同样的深度并联负反馈的净输入电流信号近似为零,必然有净输入电流作用下的电压信号也为零,因此深度负反馈时有“虚断”和“虚短”即（1）对深度负反馈电路输入级是单个晶体管T1的放大电路，有虚断：ib1=0、ie1=(1+1)=0；虚短：ube1=0或ub1=ue1；（2）对深度负反馈电路输入级是单个场效应管T1的放大电路，有虚断：ig1=0、is1=0；虚短：ugs1=0或ug1=
16、us1；（3)对深度负反馈电路输入级(第1级)是两个晶体管T1、T2组成的差动放大电路，有虚断：ib1=0、ib2=0；虚短：ub1b2=0或ub1=ub2；（4)对深度负反馈电路输入级(第1级)是两个场效应管T1、T2组成的差动放大电路，有虚断：ig1=0、ig2=0；虚短：ug1g2=0或ug1=ug2；（5)对运算放大器中的负反馈一定是深度负反馈，因此一定有虚断：iN（或i-）=0、iP（或i+）=0；虚短：uN=uP或u-=u+。要看闭环放大倍数的稳定性究竟如何，还得定量进行分析。要定量分析稳定性，就要以引入反馈前后放大倍数的相对变化量来比较。用dA/A和dAf/Af分别表示开环放大倍
17、数和闭环放大倍数的相对变化量，将式(5-17)对A求导数，得AFAAAFAAFAAAAFAFAFAFdAdAff111111)1 (1)1 ()1 (22AdAAFAAFdAAdAfff11)1 (2引入负反馈后放大倍数的相对变化量为开环放大倍数相对变化量的1/(1+AF)，即闭环放大倍数的相对稳定度提高了。1+AF越大，即负反馈越深，则dAf/Af越小，闭环放大倍数的稳定性越好。2.改善波形失真非线性失真主要有两个原因：一是由于晶体管等特性的非线性，另一个是Q点设置的不合适或输入信号幅度较大。非线性失真有四种：饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真。例如，由于晶体管输入特性的非线性，当b-
18、e间加正弦波信号电压时，基极电流的变化不是正弦波，产生了非线性失真，如图5-15所示。当放大电路是开环时，经过放大后，就会变成正半周幅度大，负半周幅度小的输出失真的非正弦波，如图5-16（a）所示。但引入负反馈之后，可将输出的失真信号反馈到输入端，使净输入信号发生某种程度的失真（变成下大上小的非正弦波），经过有非线性失真的基本放大电路放大后，就可使输出信号的失真得到一定程度的补偿。从本质上说，负反馈是利用反馈失真了的波形来改善波形的失真，如图5-16（b）所示。因此，负反馈只能减少失真，不能完全消除失真。3.改变输入电阻和输出电阻 在串联负反馈放大电路（如图5-12和图5-13）中，由于ui被
19、uf抵消一部分，致使信号源供给的输入电流减少，此即意味着提高了输入电阻。在并联负反馈放大电路（如图5-11和图5-14）中，由于信号源除了供给id外，还要增加一个分量if，致使输入电流增大，此即意味着降低了输入电阻。电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即具有恒压输出特性，这种放大电路的输出电阻很低。电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即具有恒流输出特性，这种放大电路的输出电阻高。5.3运算放大器在信号运运算放大器在信号运算方面的运用算方面的运用比例运算比例运算1.反相比例运算 输入信号从反相输入端引入的运算便是反相运算。图5-17所示是反相比例运算电路。输入信号ui经输入端电阻R1送到反相输入端，
20、而同相输入端通过电阻R2接“地”。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间引入电压并联负反馈，使运放工作在线性区。图5-17反相比例运算电路因虚断，i+=0，i=0，所以u+=0，ii=if。因虚短，所以u=u+，而u+=0，故u=0，称反相输入端“虚地”。 “虚地”是反相输入的重要特点。1i1i/ )(RuRuuiiFoFof/ )(RuRuuii1FouRRu 闭环电压放大倍数则为1FiofRRuuAu图中的R2是平衡电阻，要求静态时反相输入端、同相输入端对地电阻相同，所以R2=R1/RF。2.同相比例运算输入信号从同相输入端引入的运算便是同相运算。图5-18所示是同相比例运算电路。图5-
21、18同相比例运算电路输入信号ui经输入端电阻R2送到同相输入端，而反相输入端通过电阻R1接“地”。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间引入电压串联负反馈，使运放工作在线性区。因要求静态时反相输入端、同相输入端对地电阻相同，所以R2=R1/RF。因虚短u=u+，所以11100RuRuiFoFo2RuuRuui又虚断i=0，所以i1=i2，可求得uRRu)1 (1Fo因虚断i+=0，所以u+=ui，把u+=ui代入，有i1Fo)1 (uRRu闭环电压放大倍数则为11RRuuAFiouf当R1=或RF=0时，uo=ui，Auf=1，这就是电压跟随器。 由运放构成的电压跟随器输入电阻高、输出电阻低
22、，其跟随性能比射极输出器更好。例5-3 图5-19是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端，求电压uo。图5-19例5-3图解：因虚断，i-=0，所以uo=u-，虚短u=u+，所以uo=u-=u+又因虚断，i+=0，所以+=1515/(15+15)=7.5V，因此 uo=u+=7.5V例例5-4负载浮地的电压-电流的转换电路如图5-20所示，求电流iL。图5-20例5-4图解：因虚断i-=0，所以iL=i1，而i1=-u-/R1，因虚短u=u+和虚断i+=0所以u-=u+=ui，因此111L/RuRuiii加法运算电路加法运算电路1. 反相加法运算电路如果在反相输入端增加若干
23、输入电路，则构成反相加法运算电路，如图5-21所示是在反相输入端有两个输入电路的反相加法运算电路。图5-21反相加法运算电路平衡电阻：R2=Ri1/Ri2/RF。ui1激励单独作用的输出电压响应为u0=-RFui1/Ri1ui2激励单独作用的输出电压响应为u0=-RFui2/Ri2ui1、ui2两个激励共同作用的输出电压响应是 uo=u0+u0=-RFui1/Ri1-RFui2/Ri22. 同相加法运算电路同相加法运算电路如图5-22所示。因虚断i+=0，所以图5-22同相加法运算电路2i2i1 i1 i1 i2i1 i2iuRRRuRRRuuRRu)1 (1Fo)(1 (2i2i1 i1 i
24、1 i2i1 i2i1FouRRRuRRRRRu减法运算电路减法运算电路图5-23所示是减法运算电路。利用叠加原理，减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。图5-23减法运算电路ui1激励单独作用的输出电压响应为u0=-RFui1/R1ui1激励单独作用的输出电压响应为u0=(1+RF/R1)R3ui2/(R2+R3)ui1、ui2两个激励作用的输出电压是uo=u0+u0=-RFui1/R1+(1+RF/R1)R3ui2/(R2+R3)当R1=R2、R3=RF时，则上式为 uo=RF/R1(ui2-ui1)当R1=R2=R3=RF时，则上式为 uo=(ui2-ui1)积分
25、运算电路积分运算电路 与反相比例运算电路比较，用电容CF代替RF作为反馈元件，就成为积分运算电路，如图5-24所示。图5-24积分运算电路由虚短及虚断性质可得RuRuRuuRuuii/ ) 0(/ )(/ )(ii1i1iCCCCouuuuuuu0ii=iftuCiCfddFdtduCtuCRuoFCddF1ituCRud1iF1oR1CF称为积分时间常数。当电容CF的初始电压为uC(t0)时，则有uo (t0)=-uC(t0) tuCRtutuCRtuuttottCd1d100iF1oiF1oo若输入信号电压为阶跃信号电压，即t0时ui=0，t0时ui=Ui时，则tCRUtUCRuF1iiF
26、1od1F1iom0CRUUt其对应阶跃ui的波形如图5-25所示，最后达到负饱和值-Uom。图5-25积分运算的阶跃响应微分运算电路微分运算是积分运算的逆运算，只需将反相输入端的电阻和反馈电容调换位置，就成为微分运算电路，如图5-26所示。图5-26微分运算电路由虚短及虚断性质可得ii = if而tuCtuCiiCiddddFFFoFofRuRuui/ )(tuCRuiFoddF图5-27微分运算的阶跃响应当输入阶跃信号时考虑到信号源内阻，t=0时电压仍为有限值。5.4运算放大器在信号处运算放大器在信号处理方面的运用理方面的运用有源滤波器有源滤波器所谓滤波器，就是一种选频电路。它能选出有用的
27、信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。按此频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻低通、高通、带通、带阻和全通全通等滤波器。因为运算放大器是有源元件，所以由它组成的滤波器称为有源滤波器有源滤波器。现将有有源低通和高通源低通和高通滤波器的电路和特性分述如下。1.有源低通滤波器 图5-28(a)所示是有源低通滤波器的电路。设输入电压ui为某一频率的正弦波，则可用相量表示。RC为无源低通滤波电路，输入信号通过它加到同相比例运算电路的输入端，即集成运放的同相输入端。因电路引入了深度电压负反馈，其输出电压为iFiFFUR
28、CjRRUCjRCjRRURRU11)1 ()/(1)/(1)1 ()1 (111故oufoFiojARCjRRUU/111)1 (1RCo1称为截止角频率1/1RRAFufo为通带电压放大倍数传递函数oufoiojAjUjUjT/1)()()(其模为辐角为2)(1/)(oufoAjToarctan)(幅频特性如图5-28(b)所示2.有源高通滤波器图5-29(a)是有源高通滤波器的电路。设输入电压ui为某一频率的正弦波，则可用相量表示。RC为无源低通滤波电路，输入信号通过它加到同相比例运算电路的输入端，即集成运放的同相输入端。因电路引入了深度电压负反馈，其输出电压为iFiFFURCjRRUC
29、jRRRRURRU/111)1 ()/(1)1 ()1 (111故/1/111)1 (1oufoFiojARCjRRUURCo111RRAFufo令 则 /1)()()(oufoiojAjUjUjT其模为 辐角为 2)(1/)(oufoAjToarctan)(有源高通滤波器的幅频特性如图5-29(b)所示。 图5-29有源高通滤波器5.4.25.4.2电压比较器电压比较器电压比较器的作用是用来比较输入电压和参考电压，图5-30(a)是其中的一种。参考电压UREF加在同相输入端，输入电压ui加在反相输入端。运算放大器工作在开环状态，运算放大器工作在饱和区，即非线性区。当uIUREF时，uO =-
30、Uom。图5-30(b)是电压比较器的传输特性传输特性。可见，在比较器的输入端进行模拟信号大小的比较，在输出端则以+Uom或-Uom来反映比较结果。图5-30固定电压比较器当UREF=0时，输入电压和零电压比较，称为过零比较过零比较器器，其电路和传输特性如图5-31所示。输入信号电压ui每次过零时，输出就要产生突然的变化。图5-31过零电压比较器5.5运算放大器在波形产运算放大器在波形产生方面的应用生方面的应用 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1. 自激振荡电路中无外加输入电压，其输出端仍有一定频率和幅值的信号输出，这种现象就是电路的自激振荡自激振荡。图5-32所示是自激振荡电路的方框图。A是
31、放大电路，F是正反馈网络。图中无外加输入电压，放大电路的输入电压ui 是由输出电压uo通过反馈网络而得到的，即为反馈电压uf。设均为正弦量，于是，放大电路的电压放大倍数为AuiouAUUA反馈网络的反馈系数为FofFUUF当ui=uf时，有正弦波振荡的平衡条件：1FAu(1)幅值平衡条件：(2)相位平衡条件：1FAunFA2(n为整数)正弦波振荡电路中除了放大电路和正反馈网络外，还必须有选频网络和稳幅环节。一般情况下，选频网络同时也是正反馈网络。晶体管的非线性特性，使输出电压的幅值自动稳定在一个数值上。正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名，分为RC正弦波振荡电路（在1MHz以下），LC正弦
32、波振荡电路（多在1MHz以上）和石英晶体正弦波振荡电路三种类型。石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振荡电路，其特点使振荡频率非常稳定。限于篇幅，本书只讨论一种RC正弦波振荡电路2. RC文氏桥式正弦波振荡电路(1)电路原理图 RC文氏桥式振荡器的电路如图5-33所示，左边的虚线框表示的RC串并联选频网络具有选频作用，是正反馈网络，另外还增加了R1和Rf负反馈网络。Z1和Z2正反馈支路与R1、Rf负反馈支路正好构成一个桥路，称为RC文氏桥。 图5-33 RC文氏桥振荡器(2)RC串并联选频网络的选频特性RC串并联网络的电路如图5-34所示图5-34 RC串并联网络)j/1 (1CRZRC
33、RCRZj1)j /1/(22)1j(31j+C)j/1 ( )j1(C)j/1 ()j1/(+C)j/1 ()j1/(2212RCRCRRCRRRRRCRRRCRRRCRZZZUUFof谐振角频率为RCo1谐振频率为RCfo21选频网络幅频特性为22)(31ccF相频特性为3arctgFoo当f=f0时的反馈系数F=1/3，且与频率fo的大小无关，此时的相角F=00，即调节谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。RC串并联选频网络的频率响应如图5-35所示。 图5-35 RC串并联选频网络的频率响应(3)振荡的建立和稳幅措施1）振荡的建立 振荡的建
34、立就是要使电路自激，从而产生持续的振荡输出。由于电路中存在噪声，噪声的频谱分布很广，其中也包括fO及其附近一些频率成分。由于噪声的随机性，有时正有时负，有时大一些有时小一些。为了保证这种微弱的信号，经过放大通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大。当f=f0时的反馈系数F=1/3，由AuF=1得 Au=3只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3（即输出电压与输入电压同相位，且放大倍数的数值为3）的放大电路就可以构成正弦波振荡电路，考虑到起振条件，所选放大电路的电压放大倍数应略大于3。选用同相比例运算电路如图5-33中右边的虚线框所示。311RRAfu大于符号用于起振时、等于符号用于稳
35、定时。即，起振条件要求Rf2R1，而幅值平衡条件要求Rf=2R1。2）稳幅措施从起振开始的Rf略大于2R1到稳定时Rf等于2R1是利用放大电路的负反馈回路元件的热敏性或非线性的稳幅措施来自动实现的。在图5-33所示的电路中，RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻Rf实现的。Rf是负温度系数热敏电阻，当输出电压升高，Rf上所加的电压降低，即温度升高，Rf的阻值减小，负反馈增强，输出幅度下降。若热敏电阻是正温度系数，应放置在R1的位置。图5-36所示电路，是利用二极管正向特性的非线性来自动稳幅的。图中Rf1上正、反向并联两只二极管，它们在输出电压uo的正、负半周内分别导通。在起振过程的初期，由于
36、uo的幅度小，不足以使二极管导通，正向二极管近于开路，此时Rf = Rf1 +Rf22R1。而后，随着振荡幅度增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减少，直到Rf =2R1时，振荡稳定。振荡频率的改变，可通过调节R或C或同时调节R和C的数值来实现。由集成运放构成的RC正弦波振荡电路振荡频率一般不超过1MHz。图5-36反并联二极管的稳幅电路方波产生电路方波产生电路方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。图5-37(a)所示是一种方波产生电路。图中运算放大器作电压比较器用，在比较器的输出端引入限流电阻R和双向稳压管Dz使输出幅度被限制在+Uz、-Uz；R1和R2构成正反馈电
37、路，R2上的反馈电压UR 是输出电压的一部分,即zRURRRU212在接通电源的瞬间，输出电压究竟是正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。设输出电压偏于正饱和值，即, 0OCzUuu212RRURUuzR电容C充电，uC升高。如图5-37(b)所示。212RRURuuuzC时zUuo所以212RRURUuzR电容C放电，uC升下降；212RRURuuuzC时zUuo所以212RRURUuzR电容C返回充电过程，升高。方波的周期用过渡过程公式可以方便地求出)21ln(212fRRCRT5.6集成运放使用中的几集成运放使用中的几个具体问题个具体问题5.4.1 集成运放参数的测试集成运放参数的测试参数的
38、测试可以采用一些简易的电路和手工方法进行。在成批生产或其他需要大量使用集成运放的场合，也可以考虑利用专门的参数测试仪器进行自动测试。使用中可能出现的异常现象使用中可能出现的异常现象1.不能调零 当输入电压为零时集成运放的输出电压调不到零，可能输出电压处于两个极限状态，等于正的或负的最大输出电压值。出现这种异常现象的原因可能是：调零电位器不起作用；应用电路接线有误或有虚焊点；反馈极性接错或开环；集成运放内部已损坏等。如果关断电源后重新接通即可调零，则可能是由于运放输入端信号幅度过大而造成的“堵塞”现象。为了预防“堵塞”，可在运放输入端加上保护措施。2.漂移现象严重造成漂移过于严重的原因可能是：存
39、在虚焊点；运放产生自激振荡或受到强电磁场的干扰；集成运放靠近发热元件；输入回路的保护二极管受到光的照射；调零电位器滑动端接触不良；集成运放本身已损坏或质量不合格等。3.产生自激振荡常用的消除自激振荡的措施主要有：按规定部位和参数接入校正网络；防止反馈极性接错，避免反馈过强；合理安排接线，防止杂散电容过大等。集成运放的保护集成运放的保护1.输入保护常用的保护措施如图5-38所示，图（a）是反相输入保护，限制集成运放两个输入端之间的差模输入电压不超过D1、D2的正向导通电压。图(b)是同相输入保护，限制集成运放的共模输入电压不超过U至U的范围。2.电源极性错接保护为了防止正负两路电源的极性接反而引入的保护措施如图5-37所示。若电源极性错接，则二极管D1、D2不能导通，使电源被断开。3.输出端错接保护若将集成运放的输出端错接到外部电压，可能引起过流或造成损坏。为此，可采取如图5-38所示的保护措施。若放大电路输出端的电压过高时，稳压管DZ1和DZ2将被反向击穿。使集成运放的输出电压被限制在DZ1和DZ2的稳压值，避免损坏。