集成运算放大器的非线性应用.ppt

R R/2
-UZ 当u+<u（2） 由电路求u+与u对图示电路，有 u+=0 R R u 3 ui 1.5 0.5ui RR RR （3） 求阈值，得出比较器的传输特性 因为当u+=u-时输出发生跳变，此时: 1.5+0.5ui=0， 所以 Uth=ui=-3V
uo=
+UZ 当u+>u-
第6章集成运算放大器的非线性应用
运放非线性应用条件与分析特点
电压比较电路 非正弦波发生电路
本章要求
理解理想集成运算放大器非线性工作的条件和分析特点，掌握 单限电压比较器和滞回电压比较器的工作原理、电压传输特性 及一般分析方法。了解矩形波发生电路以及三角波发生电路的 组成和工作原理。
6.1运放非线性应用的条件和分析特点 运放非线性应用的条件与特点（1）
UR
ui
单限电压比较器（5）
改变参考电压，可实现占空比可调的矩形波
UR’
UR
uo t 0
+UZ
-UZ
ui<UR uo=UZ
ui>UR uo=-UZ
ui<UR uo=UZ
单限电压比较器（6）
+3V 例：有一电压比较器如图所示， 试求阈值电压、并作传输特性。 ui （1） 由非线性工作特点，有 解： R Δ ∞ + + R u0
单限电压比较器（ 2） U =0
R
R1
过零电压比较器 运放工作于开环状态 结构特点： 参考电压UR=0 分析方法： 由运放非线性工 uo= 第一步： 作特点，有
ui
Δ ∞ + +
u0
R2
+UOM -UOM
当u+>u当u+<u-
对图示电路，有u+=ui 、u-=0 第二步：由电路求u+与u第三步： 求阈值，得出比较器的传输特性 uo 因为当u+=u-时输出发生跳变，此时ui=0，所 以 Uth=ui=0 +UOM 当ui>0 比较器的传输特性 uo= -UOM 当ui<0
设I+与I-为运放同相与反相端的输入电流 ，因为对于理想 运放有rid=∞，所以 I+=I虚断
{end}
6.2电压比较电路 单限电压比较器（1）
电压比较器的功能： 利用输出信号的变化，比较两个电压的大小
比较信号 电压 参考电压
ui UR 电 压 比 较
输出电压
uo
=
+UOM -UOM
电压比较器的阈值： 指ui与UR比较时，使输出发生跳变时的ui值。 单限比较器 电压比较器的分类： 滞回比较器 窗口比较器 三态比较器
UR≠0
R1 ui UR R2 Δ ∞ + + R u0
± UZ
+UZ 当u+>u-UZ
当u+<u-
对图示电路，有u+=UR、u-= ui 第二步：由电路求u+与u第三步： 求阈值，得出比较器的传输特性 uo 因为当u+=u-时输出发生跳变，此时ui=UR，所 +UZ Uth=ui=UR 以 -UZ 当ui>UR 0 比较器的传输特性 uo= -UZ +UZ 当ui<UR
课前回顾
1、集成运放非线性应用的条件和特点？ 2、单限电压比较器的结构特点及分析方法？ 3、滞回电压比较器的结构特点？
滞回电压比较器（2）
反相滞回比较器 运放工作于正反馈状态 结构特点： 比较信号加入反向输入端
ui UR
Байду номын сангаасR1
Δ ∞ + +
u0
R2
分析过程： +UOM 第一步： 由运放非线性工 u = o 作特点，有 -UOM 第二步： 由电路求u+与u(1) 对图示电路，有 u-=ui
+U
运放工作在非线性状态的条件 在图示运放电路中，有 uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui 其传输特性如图所示
ui1 Δ A + uo +
ui2
-U uo(V)
结论：在开环与正反馈条件下， 运放工作在非线性区。
非性区
0
ui(mV) 非性区
线性区
运放非线性应用的条件与特点（2）
运放工作在非线性状态下的两个特点 设+UOM与-UOM为运放输出的正、负最大值 ，有 uo= +UOM -UOM 当u+>u当u+<u虚接跳变
R3 R2 U th1 U 1 U OM UR R2 R3 R2 R3
当uo=-UOM时， u+2=u-=ui=Uth2，即
U th2 U 2
R3 R2 (U OM ) UR R2 R3 R2 R3
注意：Uth1>Uth2
滞回电压比较器（4）
第四步： 分析传输特性 （1）ui由-∞逐渐增大 ui=-∞时，uo=+UOM，阈值为Uth1 -∞<ui<Uth1时，uo=+UOM ui=Uth1时，跳变，uo=-UOM
0
ui
单限电压比较器（3）
过零电压比较器可将正弦波变换为矩形波
R1
R有何 作用？
Δ ∞ + +
R
u0
ui
+ UOM
uo t
R2
± UZ
带限幅的过 零电压比较 器
传输特性
- UOM
0
ui>0 uo=UOM
ui<0 uo=-UOM
uo=
+UZ 当ui>0 -UZ
当ui<0
单限电压比较器（4）
任意电压比较器 运放工作于开环状态 结构特点： 参考电压UR≠0 分析方法： 由运放非线性工 uo= 第一步： 作特点，有
当u+>u当u+<u-
R3
uo单独作用 (2) 用叠加原理求u+ R3 R2 U (U OM ) UR R2 R3 R2 R3 注意：对于不同的输出 值，U+有两个取值
UR单独作用
滞回电压比较器（3）
第三步： 求阈值 因为当u+=u-时输出发生跳变，此时ui=Uth，所以 当uo=+UOM时， u+1=u-=ui=Uth1，即
Uth2 0 Uth1 ui +UOM uo
ui>Uth1时，uo=-UOM，阈值为Uth2
（2）ui由+∞逐渐减小 ui=+∞时，uo=-UOM，阈值为Uth2 Uth2<ui<+∞时，uo=-UOM
-UOM
定义：回差电压 Δuth=Uth1-Uth2
ui=Uth2时，跳变，uo=+UOM
ui<Uth2时，uo=+UOM，阈值为Uth1
滞回电压比较器（5）
± UZ
单限电压比较器（7）
-UZ 当ui>-3V 比较器的传输特性 uo=
uo
+UZ 当ui<-3V
+UZ -3V 0
-UZ
ui
{end}
滞回电压比较器（1）
优点
缺点
单限电压比较器电路结构简单、灵敏度高，但抗干扰能力较差。
比较器对输入 电压的分辨能力
uo t 0
解决措施
采用滞回 比较器
干扰引起系 统误动作