模拟集成电路的非线性应用剖析
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用模拟电子技术中的运算放大器是一种重要的电子元件，广泛应用于信号处理、滤波、运算和放大等领域。
运算放大器被设计为线性的电路，但在实际应用中，其非线性特性常常会对电路性能产生影响。
本文将对运算放大器的非线性特性进行解析，并探讨其在实际应用中的重要性。
1. 非线性特性的定义和分类非线性特性指的是电路输出与输入信号不成比例的关系。
在运算放大器中，这种非线性特性通常体现为失真、交叉耦合和非线性增益等现象。
2. 失真失真是指运算放大器输出信号中含有不同于输入信号的频谱成分。
主要的失真形式包括谐波失真、交调失真和互调失真等。
谐波失真是输出信号中含有输入信号频率的整数倍频率成分；交调失真是输出信号中含有输入信号频率之间的交叉成分；互调失真则是当输入信号有多个频率时，输出信号中含有两个或多个频率之间的非线性交叉成分。
3. 交叉耦合交叉耦合是指在运算放大器中，当输入信号的一个分量变化时，会影响到其他分量的输出。
这种非线性耦合效应会导致输出信号中出现与输入信号成分无关的非线性成分，从而改变电路的运算性能。
4. 非线性增益非线性增益是指运算放大器在不同输入信号幅度下的输出增益不一致性。
在理想的运算放大器中，输出信号应该与输入信号成比例，但由于非线性特性的存在，输出信号的增益并不是恒定的。
这种非线性增益会导致信号失真，并降低电路的工作精度。
5. 非线性特性的应用尽管非线性特性会对电路性能产生影响，但在某些应用场景下，非线性特性也是被利用的。
例如，压限放大器（limiter amplifier）就是一种利用非线性特性的运算放大器，它被广泛应用于无线通信中用于抑制干扰信号、防止过载和保护接收机等方面。
6. 技术手段与解决方案为了解决运算放大器的非线性特性问题，工程师们提出了许多技术手段和解决方案。
例如，通过合理的设计，可以采用负反馈手段来补偿非线性特性，使得输出信号更加稳定和准确。
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
集成运放的非线性应用-PPT精品文档
R R f R 2 2 U U U ; U U U ; TH R Z TH R Z R R R R R R R R 2 f 2 f 2 f 2 f 2 R 2 （与参考电压无关） U U U U T TH TH Z R R 2 f
R f
回差电压
一、过零比较器
1、反相过零比较器 R
电压传输特性
ui
R'
+
uO
uO UOH 0 UOL ui
u 0 ; u ui ; ui 0 : u U u u O OL u U ui 0 : u u O OH
阈值电压： U TH 0
根据虚断： i i 0
+UZ -UZ
说明U＋有两种取值，
令 u u ，可以求出两个不同的 阈值电压。
上限阈值电压、下限阈值电压和回差电压：
if UR R2 + Rf
u
R0
Rf R2 Rf
UR
+
uO
R2 UO R2 R f
+UZ -UZ
ui R1
反相迟滞比较器
ui 很小时，输出 U U ; O Z U ui 很大时，输出 U O Z; 电路状态发生跳变， 当 u 时， u
R f
ui R1
反相迟滞比较器
R 2 U U U ; TH R Z R R R R 2 f 2 f
R f
uO
+UZ UTH+ui
-UZ
2 R 2 U U U U T TH TH Z R R 2 f
UTH- 0
传输特性
求阈值电压、电压传输特性？ 同相迟滞比较器
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
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用研究
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用研究现代电子技术的发展使得电子设备日益小型化、高效化和多功能化。
在各种电子设备中，运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种十分重要的电子元件。
运算放大器主要用于信号放大、信号滤波和信号变换等电路中，其性能的好坏直接影响到电子设备的取样精度、信噪比和响应速度等指标。
然而，在实际应用中，运算放大器的非线性特性经常会产生一系列问题。
本文将对运算放大器的非线性特性进行解析，并探讨其在实际应用中的应用研究。
一、运算放大器的非线性特性解析运算放大器作为一种基本电路元件，其输出信号与输入信号的关系应该是线性的，即输出信号与输入信号之间存在一个比例关系。
然而，在实际应用中，运算放大器存在一定的非线性特性，主要表现为增益非线性和相位非线性。
1.1 增益非线性增益非线性是指运算放大器在输入信号较小的范围内，其输出信号的增益不随输入信号的变化而线性变化。
具体表现为输入输出特性曲线的局部不是一条直线，而是呈现出曲线的形状。
增益非线性的主要原因是运算放大器内部存在一些非线性元件或因素，如饱和效应、偏置电压不准确等。
1.2 相位非线性相位非线性是指运算放大器在输入信号较大的范围内，其输出信号的相位不随输入信号的变化而线性变化。
相位非线性主要是由运算放大器的频率响应特性不均匀引起的。
具体表现为输入输出信号的相位差不是严格的线性关系。
二、运算放大器非线性特性的应用研究考虑到运算放大器的非线性特性对其在实际应用中的影响，许多研究人员对该问题进行了深入的研究，并提出了一系列的解决方案和应用技巧。
2.1 非线性补偿技术非线性补偿技术是通过引入补偿电路或采用特殊的电路结构，来消除或减小运算放大器的非线性特性。
例如，采用反馈电路、加入补偿电容或调整工作点等方法，可以有效地减小运算放大器的非线性误差。
2.2 非线性特性的校准利用校准技术对运算放大器的非线性特性进行校准，使得其在一定的输入范围内具备较好的线性关系。
集成运放的线性与非线性应用分析
１ 集 成 运 放 的性 能指 标 ２ 集 成 运 放 的工 作 状 态 特 － 陛
图 １ 理想运放的符号
图２ 是集 成运放 的传输特 性曲线 。集成 运放有两种 工作方 式 ：在线性 区和非线性 区。
Ｉ ０
在分 析应用 电路 时 ，为了简化通常把集成运放看成是理想
个线性放大器 ，可将其视 为线性 元件。 由于运放 的开环放大
倍数趋于无穷大 ，因而必须引 人深 度负反馈。此时可 以用 “ 虚
短”和 “ 虚断”的方法分析电路。 集成运放工作在非线性 区时 ，Ｖ ｏ 与Ｖ ｐ － ｖ 之 间没有线性放 大 关系 ，输 出只有两个状 态。由于运 放的开环放大倍数趋 于无穷
文章编号 ：１ ０ ０ １ － ９ ２ ２ ７（ ２ ０ １ ５ ）０ ４ － ０ １ ８ ６ － ０ ３
Ｏ
引 言
运算 放大器是一种对两个输入信号差值进行 放大 ，形 成一 个 输出信号 的，具有高放大倍数 的集成 电路 。其 内部 采用直接 耦合 ，可分为输入级 、中间级 、输 出级 三部 分。输入级采用差 分放大 电路 以消 除零点漂移 和抑制 干扰 ；中间级一般采用共发 射极电路 ，以获得 足够高 的电压增 益 ；输出级通常采用互补对 称功率 电路 ，以得到足够大 的输 出功率 。 集成运放具 有很 高的增益和输入阻抗 ，而且具有精巧 、廉 价和使用灵 活等优点 ，因而在直流信号放大 、有源滤波器 、波 形产生 、数模 和模数转换器 、开关 电路 ，以及信号处理等方 面
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ＂Ｏｐ － ・ ａ ｍｐ ； Ｔｈ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ； Ｎｏ ｎ ・ ・ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ
集成电路中非线性元件的建模与分析
集成电路中非线性元件的建模与分析集成电路这玩意儿，听起来好像挺高大上、挺复杂的，但咱今儿个就来唠唠其中关于非线性元件的建模与分析。
我先给您讲讲非线性元件是啥。
您就想象一下，咱们平时走的路，那是直直的、平平的，就像线性元件的特性，好理解，好预测。
可非线性元件呢，就像是您去爬山，那山路弯弯曲曲，高低不平，您很难一下子就搞清楚下一步会是啥样。
比如说二极管，这就是个典型的非线性元件。
它就像一个脾气有点怪的小朋友，电流从这头进去，它可不是老老实实地按照您想的那样流出来。
有时候它让电流通过得欢畅，有时候又把电流拦得死死的，全看电压的“脸色”。
在建模这块，那可真是个技术活。
就像您要给一个调皮捣蛋的孩子定规矩一样，得费点心思。
工程师们得想出各种办法，把非线性元件那些让人捉摸不透的行为，用数学公式、模型给描绘出来。
我记得有一次，我和几个同事在实验室里研究一个新的集成电路，里面就有个非线性元件把我们折腾得够呛。
我们按照常规的方法建模，可结果就是不对，电路的性能怎么都达不到预期。
大家那是抓耳挠腮，头发都快被自己薅秃了。
后来，经过反复地试验和琢磨，我们发现原来是忽略了一个很小但很关键的因素。
就因为这一点点的疏忽，让我们走了不少弯路。
这也让我们深刻体会到，在对非线性元件建模的时候，任何一个小细节都不能放过，就像在拼图，少了一块都不成。
分析非线性元件呢，就像是侦探破案。
您得从一堆错综复杂的数据和现象中，找出线索，找出规律。
有时候，一个小小的波动，都可能隐藏着大问题。
比如说，在分析一个含有非线性电阻的电路时，我们发现电流的变化曲线出现了一些奇怪的“尖峰”。
一开始，大家都没太在意，觉得可能是测量误差啥的。
但有个细心的小伙伴提出，会不会是这个非线性电阻的特性发生了变化。
结果一查，还真是！它受到了温度的影响，导致性能不稳定。
总之啊，集成电路中非线性元件的建模与分析，可不是一件轻松的事儿。
它需要我们有耐心、细心，还得有创新的思维。
就像在黑暗中摸索，一旦找到了那点亮光，就能豁然开朗。
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。
混合集成电路中的非线性电路设计与优化
混合集成电路中的非线性电路设计与优化1. 引言随着电子科技的快速发展，混合集成电路成为了现代电子设备中不可或缺的一部分。
混合集成电路是指将各种不同功能的电子元件（如传感器、放大器、滤波器等）集成在同一个芯片上的电路。
其中，非线性电路作为混合集成电路中的重要组成部分，起到了关键的作用。
本文将主要介绍混合集成电路中的非线性电路设计与优化方法。
2. 非线性电路设计中的常见问题在设计非线性电路时，我们面临着一些常见的问题，如非线性失真、带宽限制和功耗等。
非线性失真是指信号在电路中传输时，由于非线性元件的存在，导致信号的失真和畸变。
带宽限制是指电路的频率响应有一定的上下限，超出这个范围的频率信号无法有效传输。
功耗是指电路在工作过程中消耗的能量。
针对这些问题，我们可以采用一些有效的优化方法来改进非线性电路的设计。
3. 非线性电路设计的优化方法（1）非线性元件选择与匹配在设计非线性电路时，我们需要选择合适的非线性元件，并将它们进行匹配。
常见的非线性元件包括二极管、三极管和场效应管等。
选择合适的非线性元件可以满足电路的特定需求，如提高工作频率、降低功耗和改进非线性失真等。
同时，我们需要对非线性元件进行匹配，以确保电路的性能稳定和可靠。
匹配的方法可以采用电路仿真软件进行模拟分析，或者通过实际测试来验证。
（2）电路拓扑结构优化电路拓扑结构对非线性电路的性能也有很大的影响。
通过对电路的拓扑结构进行优化，可以改善电路的频率响应、增加电路的增益和降低功耗等。
在进行电路拓扑结构优化时，可以考虑使用反馈电路、共射电路和共基电路等不同的结构。
同时，还可以通过引入补偿电路和滤波电路等辅助电路来提高电路的性能。
（3）使用仿真工具进行电路设计与验证在非线性电路的设计与优化过程中，使用专业的仿真工具可以极大地提高设计的效率和准确性。
常用的仿真工具有MATLAB、SPICE和ADS等。
通过仿真工具，我们可以对电路的性能进行模拟和分析，找出设计中存在的问题，并进行改进。
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
模拟IC的非线性应用
模拟IC具有连续性、非线性和时变性等特点，能够实现各种 模拟信号处理功能，如放大、滤波、混频、调制解调等。
模拟IC的重要性
信号处理
模拟IC在信号链中扮演着至关重要的 角色，能够实现信号的放大、滤波、 转换等功能，是实现信号获取、传输 和利用的关键环节。
系统性能
模拟IC的性能直接影响整个系统的性 能，如音频、视频、通信、测量等领 域的系统性能都与模拟IC的性能密切 相关。
解决方案
采用先进的电路和系统级优化技 术，如模拟混合信号优化、神经 网络辅助设计等。同时，不断探 索新的工艺和材料，以实现更高 效、更紧凑的非线性模拟IC设计。
05
未来展望
非线性应用的发展趋势
高效能
01
随着技术的进步，模拟IC的非线性应用将更加注重高效能，以
满足不断增长的计算需求。
智能化
02
非线性应用将与人工智能、机器学习等技术结合，实现智能化
确保稳定性的重要步骤。
优化设计问题
总结词
优化设计是解决模拟IC非线性应 用问题的关键，涉及多个方面如 功耗、面积和性能的权衡。
详细描述
在非线性模拟IC设计中，需要综 合考虑电路的功耗、面积、性能 等多个因素。如何在满足性能要 求的同时降低功耗和减小面积是 一个挑战。此外，还需要考虑不 同工艺和材料对设计的影响。
加强学术界与产业界的合作，共同推动模拟IC的非线性应用的商业 化进程。
THANK YOU
处理和决策。
集成化
03
随着芯片制造工艺的进步，模拟IC的非线性应用将更加集成化，
实现更小尺寸、更低功耗。
新材料与新工艺的应用
01
02
03
新材料
新型半导体材料如碳纳米 管、二维材料等将为模拟 IC的非线性应用提供更多 可能性。
集成运算放大器及应用—集成运放的非线性应用(电子技术课件)
(a)反相输入
(b)同相输入
图3.3.9 输入保护电路
(3)输出保护 利用稳压管V1和V2接成反向串联电路。若输出端出现过高电压，集成运放输
出端电压将受到稳压管稳压值的限制，从而避免了损坏。
由于大部分集成运放内部电路的改进，已不需要外加补偿网络。
3.保护电路 (1)电源极性的保护 利用二极管的单向导电特性防止由于电源极性接反而造成的损坏。当
电源极性错接成上负下正时，两二极管均不导通，等于电源断路，从而起 到保护作用。
图3.3.8 电源极性保护电路
(2)输入保护 利用二极管的限幅作用对输入信号幅度加以限制，以免输入信号超过额定值损坏
由图可见，他们之间存在差值称为回差电 压或迟滞宽度u，用 表示，即：
图3.3.7 滞回电压比较器的传输特性
u Uth1 Uth2
三、集成运放使用常识 1.零点调整 方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电压为零。 2.消除自激振荡 方法：加阻容补偿网络。具体参数和接法可查阅使用说明书。目前，
滞回比较器具有两个不同的阈值，且相差较大（通常称我电压 滞回特性），即惯性，因而也就具有一定的抗干扰能力。
（1）滞回电压比较器中的阈值电压
图3.3.6 滞回电压比较器
当 uo U om 时，集成运放同相
输入端的电位为：
u
R1 R1 R2
F
Uth1
（2）滞回电压比较器中的阈值电压
图3.3.6 滞回电压比较器
当 uo U om 时，集成运放同相输入端
的电位为：
u
模拟IC的非线性应用精品
非线性特性的优势与挑战
优势
模拟IC的非线性特性使得其能够实现各种复杂的信号处理功能，如放大、缩小、 滤波、调制解调等，同时非线性特性还使得模拟IC具有较高的动态范围和较宽的 带宽。
挑战
由于模拟IC的非线性特性，其输出信号可能会产生失真，影响信号的质量。因此 ，在设计和应用模拟IC时，需要充分考虑其非线性特性，采取有效的措施来减小 失真，提高信电压与电流的非线性关系
模拟IC中的元件，如晶体管，其电压与电流之间的关系是非线性的，这种非线 性关系使得模拟IC能够实现各种复杂的信号处理功能。
输入与输出非线性映射
模拟IC的输入信号通过内部非线性元件的转换，输出信号与输入信号之间呈现 出非线性映射关系，这种关系使得模拟IC能够实现信号的放大、缩小、滤波等 功能。
模拟IC在电子系统中扮演着至关重要的角色，广泛应用于通 信、音频处理、图像处理、控制系统等领域。
非线性应用的重要性
非线性应用是模拟IC的重要应用领域 ，能够实现信号的放大、滤波、调制 和解调等功能，对于电子系统的性能 和稳定性具有重要影响。
随着电子系统的发展和性能要求的提 高，非线性应用在模拟IC中的地位越 来越重要，对于推动模拟IC技术的发 展和创新具有重要意义。
非线性特性的表现形式
01
02
03
幅度失真
当输入信号通过模拟IC后， 输出信号的幅度与输入信 号的幅度不一致，表现为 幅度失真。
相位失真
当输入信号通过模拟IC后， 输出信号的相位与输入信 号的相位不一致，表现为 相位失真。
频率失真
当输入信号通过模拟IC后， 输出信号的频率与输入信 号的频率不一致，表现为 频率失真。
波器、振荡器和混频器等。
随着技术的不断进步，模拟IC的 非线性应用在性能、功耗和集成
西电-电子线路实验-集成运放非线性应用
集成运放非线性应用及其在波形产生方面的实验一、实验目的1. 学会在集成运算放大器实现波形变换及波形产生。
二、实验所用仪器设备1. 测量仪器。
2. 模拟电路通用实验板（内含集成电路插座，电阻，电容等）。
3. 电子电路实验箱（F007两只）。
4. 6V稳压二极管两只（2CW7E）。
三、实验内容及要求1. 基本命题（1）设计一个正弦信号发生器，要求f0=5kHz±10%。
（2）设计一个单运放方波信号发生器，要求f0=500Hz±10%，输出幅度U PP为12V。
（3）设计一个占空比可调的单运放信号发生器，要求f0=2kHz±10%，输出幅度U PP为12V，占空比在40%~70%内可调。
根据以上实验任务设计线路，并用计算机仿真。
据计算机仿真实验结果，先在模拟通用实验板上搭建电路，调试达到设计要求。
2.扩展命题（1）设计一个双运放方波一三角波发生器，要求输出频率f0=2kHz±10％，三角波输出幅度Vpp大于3V。
（2）设计一个双运放锯齿波信号发生器，要求输出频率f0=2kHz±10％，输出幅度Vpp 大于6V。
四、实验说明及思路提示1.基本命题（1）正弦信号发生器正弦信号发生器如图1所示，图中R1，R2，C1和C2组成的文氏桥作为选频网络构成正反馈支路，R3, R P和R4构成负反馈支路。
R P用来调整负反馈的深度，以满足起针条件和改善波形。
利用二极管D1，D2正向导通电阻的非线性自动调节电路的闭环放大倍数，以稳定波形的幅度。
图1 正弦信号发生器当R1=R2=R，C1=C2=C时，电路的振荡频率为f0=12πRC（1）根据起振条件，负反馈电阻R FR3≥2，（2）式中：R F——负反馈支路电阻。
（2）方波与占空比可调的矩形波发生器图2（a）所示，它是一个单运放组成的方波信号发生器，A1通过其中R1与R F组成正反馈的迟滞比较器，运放同端的输入电压为u+=R1R1+R Fu o（3）电阻R P和电容C组成定时电路。
集成运放的非线性应用课件
合理匹配输入和输出阻抗，减小信号的反射和损耗，提高集成运放的 效率。
降低噪声
选用低噪声器件
选用低噪声的器件可以降低集成运放内部的热噪声和散射噪声。
优化版图设计
优化集成运放的版图设计，减小寄生效应和耦合噪声。
噪声抑制技术
采用适当的噪声抑制技术，如滤波器、隔离变压器等，减小外部 噪声的干扰。
05
温度和老化测试
对电路进行温度和老化测 试，以确保电路在不同环 境和时间下的稳定性和可 靠性。
04
集成运放非线性的优化
减小失真
输入信号范围
01
集成运放的非线性失真主要来源于输入信号过大，因此减小失
真需要限制输入信号的范围，避免进入饱和区。
负反馈
02
通过引入负反馈，可以减小集成运放的非线性失真，提高信号
信号的检测与测量
总结词
集成运放非线性应用在信号检测与测量中，可以实现信号的检测、比较、阈值 判断和频率测量等功能，提高信号测量的准确性和可靠性。
详细描述
集成运放非线性应用在信号检测与测量中，利用其非线性特性，可以实现信号 的检测、比较、阈值判断和频率测量等功能。这些功能可以提高信号测量的准 确性和可靠性，使得信号处理更加可靠和准确。
雷达信号处理
要点一
总结词
集成运放非线性在雷达信号处理中应用广泛，能够实现雷 达信号的压缩、解调、滤波等效果。
要点二
详细描述
在雷达信号处理中，集成运放非线性可以用于实现雷达信 号的压缩和解调，通过对雷达回波信号进行非线性放大和 调制，实现对雷达回波信号的处理和分析。此外，集成运 放非线性还可以用于实现雷达信号的滤波效果，通过对雷 达回波信号进行非线性滤波处理，提取出有用的信号信息 和特征，用于实现雷达探测和目标识别的应用。
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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
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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
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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
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)
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
选正温度系数的
RT，可对环境温 度引起的变化进
行补偿。
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3.1.3 集成化的对数器和指数器
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
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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
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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。
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。
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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。
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(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
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。
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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
图3-2-1 乘法器的符号
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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。
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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
)
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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
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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，
图3-2-2 乘法器 的工作象限
• 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。
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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。
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VT2
的集电极电流为
I c2
I eq kT
UBE2
o
U be2
kT q
ln(
IR Io
)Leabharlann RT RT R1ui
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
图3-1-8 8048型集成化对数放大器
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图3-1-9 8049型集成化指数器
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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
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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