[工学]集成运放的非线性应用

UR

R2 R2 Rf
UZ;
UT
UTH
UTH

2R2 R2 Rf
UZ
同相迟滞比较器
if
ui R2
+
Rf RO
uO
UR R1 -
求阈值电压、电压传输特性？
UTH

R2 Rf Rf
UR

R2 Rf
UZ;
UTH

R2 Rf Rf
UR

R2 Rf
UZ;
UR
if
R2
uO
一、过零比较器
1、反相过零比较器
R
ui
+
uO
R'
根据虚断： i i 0
u 0; u ui ; ui 0 : u u uO UOL ui 0 : u u uO UOH
阈值电压：UTH 0
电压传输特性
uO UOH
ui 0 UOL
如果运放没有限幅措施，
输出电压的正向、负向饱和值分别与 运放的正、负电源电压近似相等。
非线 性区
0 UOL
u+- u-
非线 性区
u u 时，发生电平的转换,
此时的输入电压称为“阈值电压”或“门限电压”，用UTH表
2示、。有“虚断”无虚短：i i 0
3、结构特征： 运放一般工作在开环状态或引入正反馈。
电压比较器的电路特征
运放处于开环状态或有正反馈。 因此电压比较器中运放工作在非线性区。
理想运放工作在非线性区时的特点
1、输出电压的值只有两种可能：或等 于正向饱和值；或等于负向饱和值。
u u ; uO UOH VCC
理想特性 uO UOH
u u; uO UOL VEE
+URfZ
+
R0
uO
ui RU1TH- -0
UTH+ ui
反相迟滞比-较UZ器
传输特性（反相）
UTH

Ruf O R2 Rf
U+RUZ
R2
R2 R
f
UZ;
UTH
UTHR- f 0 R2 Rf
UR
-UZ
URTH2 + R2 Rf
uUi Z ;
传输特性（同相）
ui
单限比较器
§7-5 集成运放的非线性应用－－电压比较器 电压比较器的作用
将一个模拟输入量与参考电压进行比较，并将比较的结 果输出，其输出结果只有两种可能：高电平和低电平。 可以认为电压比较器是数字电路和模拟电路的接口。
电压比较器的应用
越限报警、模/数转换和产生、变换波形。
电压比较器的分类
过零比较器、单限比较器、滞回比较器、双限比 较器（窗口比较器）
+UZ uO ui
0 UR
-UZ
阈值电压：
UTH U R
2、求和型单限比较器
电压传输特性
UR R2
ui R1
+
R'
R0 uO
根据虚断： u 0;
uO +UZ
ui
UTH
0
-UZ
当u
u时 ，电路状态发生改变，
UR R2
ui


R1 R2
UR
UTH
——阈值电压。
ui R1
3、单限比较器的特点
UZ;
UT UTH
回差电压
UTH

2R2 R2 Rf
UZ
（与参考电压无关）
if UR R2
Rf
+ R0
uO
ui R1 -
反相迟滞比较器
uO +UZ
UTH- 0
UTH+ui
-UZ 传输特性
Hale Waihona Puke 电压传输特性：UTH
Rf R2 Rf
UR

R2 R2 Rf
UZ;
UTH

Rf R2 Rf
当u u时，电路状态发生跳变，
ui由正小向增阈大，使uO从+UZ跳变为-UZ负所向需阈的阈值电压为UTH+：
ui由值大电变压小，使uO从-UZ 跳变为+U值Z所电需压的阈值电压为UTH-：
UTH

Rf R2 Rf
UR

R2 R2 Rf
UZ;
UTH

Rf R2 Rf
UR

R2 R2 Rf
阈值电压：UTH 0
3、同相过零比较器
电压传输特性
R'
-
+ ui R
RO uO
根uu据i 虚R0断;：-+iuiRu0i ;0 uO ui R'0 : u u uO U Z
ui 0 : u u uO U Z
uO +UZ
ui 0 -UZ
一、过零比较器
21、、反有相限过幅零的比反较相器 过零比较器
电压传输特性
R
ui
R'
限流电阻
- R0 uO +
uO
U+OUHZ
ui 0
根据虚断： i i 0
-UUOZL
u 0; u ui ;
ui 0 : u u uO UOL UZ
ui 0 : u u uO UOH UZ
uO UZ
ui 0
-UZ
反相过零比较器
二、单限比较器
1、反相单限比较器
电压传输特性
ui R
-
RO uO
+ URR '
根据虚断： i i 0 u U R; u ui ; ui U R : u u uO U Z ui U R : u u uO U Z
Rf
+ R0
uO
ui R1
反相迟滞比较器
Rf引入正反馈， 运放工作在非线性区。 引入正反馈有两个作用： 1、正反馈加快了uO的转换速度，
输出电压波形很陡。 2、电路有两个阈值电压。
i i 0， u ui ,
由叠加原理，
u

Rf R2 Rf
UR
+
R2 R2 Rf
uO
+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
+ R0
uO
ui R1 -
反相迟滞比较器
+ u

Rf R2 Rf
UR
R2 R2 Rf
UO
+UZ -UZ
ui 很小时，输出 UO UZ ;
ui 很大时，输出 UO UZ;
单限电压比较器具有电路简单、灵敏度高等优点，存在的 主要问题是输出电压波形不够陡，抗干扰能力差。
ui
干扰
u0
阈值电压
输出波形 不够陡
0 uO +UZ
0 -UZ
t
t 错误的输出
t
实际运放的开环增益不 是，所以状态的跃变 必须经过线性区，并需 要经过一定的时间。
三、迟滞比较器（施密特触发器）
if UR R2
门限电压
迟滞比较器 ui
uO0 +UZ
t
uO0
+UZ
UTH+
UTHt
0
t
0
t
-UZ 迟滞比较器可用于产uO生矩形波-U、Z三角波和锯齿波等各种非 正弦波信号，也可用于波形+变UZ换电路。
迟滞比较器用于控制系统时的主要优点是抗干扰能力强，但 与单限比较器相比灵敏U度TH下- 0降了U。TH+ui