07.4 集成运算放大器的非线性应用电路.

A
uO
R4
（2）加减运算电路
uI1 uI2 uI3 R3 R4 R1 R2 + A uO Rf
uI 1 uI 2 uI 3 uO Rf Rf R3 R1 R2 Rf uI 3 uI 2 uI 1 ( ) R R3 R2 R1 ( R1 //R2 //Rf R3 //R4 )
• 由于比较器的输出只有高、低电平两种状态， 故其中的运放常工作在非线性区。从电路结构 来看，运放常处于开环状态或加入正反馈。 • 根据比较器的传输特性不同，可分为单限比较 器、滞回比较器及双限比较器等。
1、单限比较器
单限比较器是指只有一个门限电压的比较器。
图1 单限比较器电路和其传输特性
• 比较器输出电压由一种状态跳变为另一种状态 时，所对应的输入电压通常称为阈值电压或门 限电压，用 U TH 表示。可见，这种单限比较器 的阈值电压UTH=UR。 • 若UR=0，即运放反相输入端接地，则比较器的 阈值电压 U TH =0 。这种单限比较器也称为过零 比较器。利用过零比较器可以将正弦波变为方 波，输入、输出波形如图2所示。
图3 存在干扰时，单限比较器的输出、输入波形
• 滞回电压比较器通过引入上、下两个门限电压，
以获得正确、稳定的输出电压。
• 电压比较器有两个门限电平，故传输特性呈滞回 形状 。
图4 反相滞回电压比较器
• 滞回电压比较器用于控制系统时主要优点是抗
干扰能力强。当输入信号受干扰或噪声的影响
而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当 调整滞回电压比较器两个门限电平 UTH1和UTH2 的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低 电平之间反复跳变，如图5所示。
uI1 uI2 uI3
R1 iI1 R2 iI2 iI
iF uN iN uP
Rf +
A
uO
R3 iI3 R 4
R uI1 uI2 uI3 R1 iI1 R2 iI2 R3 iI3
iR
iF uN iN uP
Rf +
•同相求和运算电路
uI 1 uI 2 uI 3 uO Rf R R R 2 3 1 R f ( uI 1 uI 2 uI 3 ) R ( R//Rf R1 //R2 //R3 //R4 )
输入端的电阻R2为uI=0时反相输入端的等效
电阻： R2= R1// Rf 。
思考题： 如何提高图示电路的
输入电阻？会带来什么问题？
• T型网络反相比例运算电路
R2 M R4 i2 uI R1 i1 R2 uN iN uP R3 + A i3 i4 uO
（2）同相比例运算电路
Rf R iR uI R’ iF uN iN uP + A uO
du I uO RC dt
仿真
仿真
应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将
反向积分，经过一定的时间后输出饱和。
1 t uo Udt RC 0 1 U om UTM RC
RCU om TM U
ui U
0
t 积分时限
uo
0
TM
t
-Uom
思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。 运放实验中请自己验证。
R2 R4 R2 //R4 uO 1 uI R1 R3
uI +
uO A Rf
电压 跟随器
Rf uO 1 uI R
uI
R
’
+
A
uO
2.加减运算电路
（1）求和运算电路 •反相求和运算电路
uI 1 uI 2 uI 3 uO Rf R R R 2 3 1 R f ( uI 1 uI 2 uI 3 ) R ( R1 R2 R3 R)
uo
1. 比例运算电路
（1）反相比例运算电路 uI 电路处于深度负反馈条 件下，虚短和虚断成立。 uN uP 0
u uO uI u N N R1 Rf
uO Rf R1 uI
iF R1 iI R2 uN iN uP +
Rf
A
uO
为了保持运放差放输入级的对称性，同相
uI ri R1 iI ro rof 0 1 AF
（提示：用叠加原理）
Rf 1
Rf 2 R3
R1 uI1 + R2 A1 uO1 uI2
（解答：P321）
+ R4 A1 uO
3.积分运算电路
iC uI R iR R
’
4.微分运算电路
iC uI R iR R
’
C +
C +
uN iN uP
uN iN uP
Aห้องสมุดไป่ตู้
uO
A
uO
1 uO uI dt RC
理想运放工作于线性区，因其 i+ 放大倍数趋于无穷大，所以在输入 u+ + 端只要加一个非无穷小的电压，其 A i输出就会超出其线性工作区，因此， u只有电路引入负反馈，才能使其工 作于线性区。 反馈网络 （3）理想集成运放工作于非线性区
uo
UO M 电路中没有引入负反馈或引入 的是正反馈，理想运放工作于非线 u+- uO 性区。因其放大倍数趋于无穷大， 所以输出电压只有两种可能： -UO M u u U OM uo 因为rid , 所以，i i 0 U u u OM
图2 简单过零比较器电路和输入、输出波形
2、 滞回比较器（迟滞比较器） • 单限比较器电路简单，灵敏度高，但其抗干扰 能力差。如果输入电压受到干扰或噪声的影响， 在门限电平上下波动，则输出电压将在高、低
两个电平之间反复跳变，如图3所示。若用此输
出电压控制电机等设备，将出现误操作。为解
决这一问题，常常采用滞回电压比较器。
积分电路的主要用途： 1. 在电子开关中用于延迟。
2. 波形变换。例：将方波变为三角波。
3. A/D转换中，将电压量变为时间量。
4. 移相。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法 运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。
7.4 运放的非线性应用电路—电压比较器
电压比较器是一种常见的模拟信号处 理电路，它将一个模拟输入电压与一个参 考电压进行比较，并将比较的结果输出。 比较器的输出只有两种可能的状态：高电 平或低电平，输出为数字量 ；而输入信号 是连续变化的模拟量，因此比较器可作为 模拟电路和数字电路的“接口”。