集成运算放大器的非线性应用
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其传输特性如图所示
+U
ui1 ui2 uo(V)
-Δ A
+
+
uo
-U
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
+UOM 当u+>uuo=
-UOM 当u+<u-
滞回电压比较器（2）
反相滞回比较器
ui
R1
-Δ ∞
结构特点： 运放工作于正反馈状态
+ +
u0
比较信号加入反向输入端 UR R2
分析过程：
第一步：
由运放非线性工 作特点，有
uo=
第二步： 由电路求u+与u-
+UOM 当u+>u- R3 -UOM 当u+<u-
(1) 对图示电路，有 u-=ui
(2) 用叠加原理求u+
（2）ui由+∞逐渐减小 ui=+∞时，uo=-UOM，阈值为Uth2
Uth2<ui<+∞时，uo=-UOM ui=Uth2时，跳变，uo=+UOM
ui<Uth2时，uo=+UOM，阈值为Uth1
uo +UOM
Uth2
0
Uth1 ui
-UOM
定义：回差电压 Δuth=Uth1-Uth2
滞回电压比较器（5）
u-=UR
uo单独作用
U
R1 R1 R2
(U Z
)
R2 R1 R2
R1
-Δ ∞ R
u0
+
+
ui
R2
±UZ
带限幅的过
零电压比较
t
器
传输特性
+UZ 当ui>0
uo=
-UZ 当ui<0
单限电压比较器（4）
任意电压比较器
UR≠0 ui
运放工作于开环状态
R1
-Δ ∞ R
+
+
u0
结构特点： 参考电压UR≠0
UR
R2
±UZ
分析方法：
+UZ 当u+>u-
第一步：由运作放特非点线，性有工 uo=
回差电压越大，比较器抗干扰能力越强。
Uth1
Uth2 +UOM uo
0 -UOM
只要干扰大小在 回差以内，电路
不受影响
t
滞回电压比较器（6） R3 UR
-Δ ∞
R
u0
同相滞回比较器
+
+
ui
运放工作于正反馈状态
R1
±UZ
结构特点：
比较信号加入同相输入端
R2
(1) 阈值计算
对图示电路，有 用叠加原理求u+
（2） 由电路求u+与u-
对图示电路，有 u+=0
-Δ ∞ R
u0
R
+
+
R/2
±UZ
u
R RR
3
R
R R
ui
1.5 0.5ui
（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
单限电压比较器（7）
-UZ 当ui>-3V 比较器的传输特性 uo= +UZ 当ui<-3V
电压比较器的分类： 滞回比较器 窗口比较器 三态比较器
单限电压比较器（状态
R1
-Δ ∞
+ +
u0
结构特点：
ui
R2
参考电压UR=0 分析方法：
第一步：由运作放特非点线，性有工 uo=
+UOM 当u+>u-UOM 当u+<u-
第二步：由电路求u+与u-
对图示电路，有u+=ui 、u-=0
虚接跳变
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
输出电压
ui
电 压
+UOM
UR
比 较
uo =
-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
uo单独作用
U
R2 R2 R3
(U OM
)
R3 R2 R3
UR
UR单独作用
注意：对于不同的输出 值，U+有两个取值
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
U th1
U 1
R2 R2 R3
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
比较器的传输特性
uo=
+UOM -UOM
当ui>0 当ui<0
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
R有何 作用？
uo
+ UOM
- UO0M
ui>0
ui<0
uo=UOM uo=-UOM
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）
➢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
U OM
R3 R2 R3
UR
当uo=-UOM时， u+2=u-=ui=Uth2，即
U th2
U2
R2 R2 R3
(UOM )
R3 R2 R3
UR
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 ui>Uth1时，uo=-UOM，阈值为Uth2
uo
+UZ
-3V 0
ui
-UZ
{end}
滞回电压比较器（1）
缺点
优点
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 0
解决措施 采用滞回 比较器
t
干扰引起系 统误动作
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？
改变参考电压，可实现占空比可调的矩形波
UR’ UR
uo
+UZ
t
0
-UZ
ui<UR uo=UZ
ui>UR uo=-UZ
ui<UR uo=UZ
单限电压比较器（6）
例：有一电压比较器如图所示，+3V R
试求阈值电压、并作传输特性。 解：（1）由非线性工作特点，有 ui
uo=
+UZ 当u+>u-UZ 当u+<u-
-UZ 当u+<u-
第二步：由电路求u+与u- 对图示电路，有u+=UR、u-= ui
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
以
Uth=ui=UR
比较器的传输特性 uo=
-UZ 当ui>UR +UZ 当ui<UR
UR
0
ui
-UZ
单限电压比较器（5）
+U
ui1 ui2 uo(V)
-Δ A
+
+
uo
-U
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
+UOM 当u+>uuo=
-UOM 当u+<u-
滞回电压比较器（2）
反相滞回比较器
ui
R1
-Δ ∞
结构特点： 运放工作于正反馈状态
+ +
u0
比较信号加入反向输入端 UR R2
分析过程：
第一步：
由运放非线性工 作特点，有
uo=
第二步： 由电路求u+与u-
+UOM 当u+>u- R3 -UOM 当u+<u-
(1) 对图示电路，有 u-=ui
(2) 用叠加原理求u+
（2）ui由+∞逐渐减小 ui=+∞时，uo=-UOM，阈值为Uth2
Uth2<ui<+∞时，uo=-UOM ui=Uth2时，跳变，uo=+UOM
ui<Uth2时，uo=+UOM，阈值为Uth1
uo +UOM
Uth2
0
Uth1 ui
-UOM
定义：回差电压 Δuth=Uth1-Uth2
滞回电压比较器（5）
u-=UR
uo单独作用
U
R1 R1 R2
(U Z
)
R2 R1 R2
R1
-Δ ∞ R
u0
+
+
ui
R2
±UZ
带限幅的过
零电压比较
t
器
传输特性
+UZ 当ui>0
uo=
-UZ 当ui<0
单限电压比较器（4）
任意电压比较器
UR≠0 ui
运放工作于开环状态
R1
-Δ ∞ R
+
+
u0
结构特点： 参考电压UR≠0
UR
R2
±UZ
分析方法：
+UZ 当u+>u-
第一步：由运作放特非点线，性有工 uo=
回差电压越大，比较器抗干扰能力越强。
Uth1
Uth2 +UOM uo
0 -UOM
只要干扰大小在 回差以内，电路
不受影响
t
滞回电压比较器（6） R3 UR
-Δ ∞
R
u0
同相滞回比较器
+
+
ui
运放工作于正反馈状态
R1
±UZ
结构特点：
比较信号加入同相输入端
R2
(1) 阈值计算
对图示电路，有 用叠加原理求u+
（2） 由电路求u+与u-
对图示电路，有 u+=0
-Δ ∞ R
u0
R
+
+
R/2
±UZ
u
R RR
3
R
R R
ui
1.5 0.5ui
（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
单限电压比较器（7）
-UZ 当ui>-3V 比较器的传输特性 uo= +UZ 当ui<-3V
电压比较器的分类： 滞回比较器 窗口比较器 三态比较器
单限电压比较器（状态
R1
-Δ ∞
+ +
u0
结构特点：
ui
R2
参考电压UR=0 分析方法：
第一步：由运作放特非点线，性有工 uo=
+UOM 当u+>u-UOM 当u+<u-
第二步：由电路求u+与u-
对图示电路，有u+=ui 、u-=0
虚接跳变
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
输出电压
ui
电 压
+UOM
UR
比 较
uo =
-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
uo单独作用
U
R2 R2 R3
(U OM
)
R3 R2 R3
UR
UR单独作用
注意：对于不同的输出 值，U+有两个取值
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
U th1
U 1
R2 R2 R3
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
比较器的传输特性
uo=
+UOM -UOM
当ui>0 当ui<0
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
R有何 作用？
uo
+ UOM
- UO0M
ui>0
ui<0
uo=UOM uo=-UOM
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）
➢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
U OM
R3 R2 R3
UR
当uo=-UOM时， u+2=u-=ui=Uth2，即
U th2
U2
R2 R2 R3
(UOM )
R3 R2 R3
UR
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 ui>Uth1时，uo=-UOM，阈值为Uth2
uo
+UZ
-3V 0
ui
-UZ
{end}
滞回电压比较器（1）
缺点
优点
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 0
解决措施 采用滞回 比较器
t
干扰引起系 统误动作
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？
改变参考电压，可实现占空比可调的矩形波
UR’ UR
uo
+UZ
t
0
-UZ
ui<UR uo=UZ
ui>UR uo=-UZ
ui<UR uo=UZ
单限电压比较器（6）
例：有一电压比较器如图所示，+3V R
试求阈值电压、并作传输特性。 解：（1）由非线性工作特点，有 ui
uo=
+UZ 当u+>u-UZ 当u+<u-
-UZ 当u+<u-
第二步：由电路求u+与u- 对图示电路，有u+=UR、u-= ui
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
以
Uth=ui=UR
比较器的传输特性 uo=
-UZ 当ui>UR +UZ 当ui<UR
UR
0
ui
-UZ
单限电压比较器（5）