运放非线性应用
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R
－+ +
uo
UR
R
－+ +
uo
ui R1 R2
ui R1 R2
没加参考电压的 上行迟滞比较器
加上参考电压后的 上行迟滞比较器
§3
窗口比较器
电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成
设R1 =R2，则：
VL = (V CC 2 V D ) R 2 R1 R 2 1 2 (V CC 2 V D )
折合为输入端的等效电压，Uoo Uoo随温度变化，称为失调电压的漂移。
2，偏置和失调电流
由于实际运放内部电路元件不完全对称， 两个输入端具有很小、不等的直流电流。 两个输入电流的平均值 称为 偏置电流 IB 差 称为 输入失调电流 IIO 偏置电流、失调电流也随温度变化。
3，共模抑制比
差模信号 共模信号
R
－+ + R2
uo
UR
UR
H
uo
Uom
R1
UL
R1 R1 R 2
U om
R2 R1 R 2
UR
UL
UH
0
-Uom
ui
例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V 当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出 uo的波形。 ui R
uo
－+ +
ui 10V
分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差或门限宽度。
例：下行迟滞比较器的 输入为正弦波时， 画出输出的波形。
ui
UH
UL
t
ui
R
－+ +
R1 R2
uo
ui
Uom
t
-Uom
2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器 ui 加上参考电压后的上下限：
U R1 R1 R 2 U om R2 R1 R 2
U R1 R1 R2 U om U L
参考电压由 输出电压决定
UH
R1 R1 R2
U om
UL
R1 R1 R2
U om
ui
R
－+ +
R1 R2
uo
传输特性： uo
Uom
UL
UH
0
-Uom
u
当ui 增加到UH时，输出 由Uom跳变到-Uom；
当ui 减小到UL时，输出 由-Uom跳变到Uom 。
+
ui
uo
-Uom
0
UR
ui
当ui < UR时 , uo = +Uom
当ui >UR时 , uo = -Uom
三、过零比较器: (UR =0时) ui
+
uo
+
+UOM
uo
0 -UOM uo
ui
+
+
+UOM
ui
uo
0 -UOM
ui
例：利用电压比较器将正 弦波变为方波。
ui t
ui
+
+
uo
+Uom
uo
t
-Uom
§2 施密特触发器－迟滞比较器
特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。
1. 没加参考电压的下 行迟滞比较器
分析
1. 因为有正反馈，所以 输出饱和。 2. 当uo正饱和时(uo =+UOM)
U R1 R1 R2 U om U H
ui
R
－+ +
R1 U+ R2
uo
3. 当uo负饱和时(uo =–UOM)
uo
uo
UOM
0
t
1. 设 uo = + UOM
则：u+=UH
-UOM
0
t
此时，输出给C 充电 Uc上升到UH时，uo下翻。 uo 立即由＋UOM 变成－UOM
2. 当uo = -UOM 时，
u+=UL
此时，C 经输出端放电。
–
uc C R1
+
R
－+ +
uc
UH
uo UL
t
R2
uc降到UL时，uo上翻。
4，饱和电压和电流
实际饱和输出比正、负电源电压小1～2V。 （晶体管导通电压） 实际输出电流有一个最大值限制，超过则 过流保护，防止烧坏。
5，转换速率
反映运放对大信号阶跃输入电压的响应能力。
运放的转换速率应大于输入信号的变化率。
作业
3-3 3-5 3-9 3-12 3-15
比较器的功能是比较两个电压的大小。 常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗 口比较器和具有滞回特性的施密特触发器。这些 比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有 的具有两个阈值。
比较器的基本特点为：
工作在开环或正反馈状态。
开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电 平和低电平两个稳定状态。
非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。
5V 0
UR R1 R2
t
根据传输特性画输出波形图
ui
10V 5V 2V 0
门限电压：
UH R1 R1 R 2 U om R2 R1 R 2 U R 10 V
t
uo
+UOM
UL
R1 R1 R 2
U om
R2 R1 R 2
பைடு நூலகம்U R 2V
t
0
-UOM
3、上行迟滞比较器
V H = V L 2V D
当vI＞VH时，vO1为高电平，D3 导通；vO2 为低 电平, D4截止，vO= vO1。 当vI＜ VL时，vO2为高 电平，D4导通；vO1为低 电平，D3截止，vO= vO2 当VH ＞vI＞ VL时， vO1为低电平，vO2为低电 平，D3 、D4 截止，vO 为 为低电平。
当uo 重新回到＋UOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。
–
uc C R1
uc
+
R
－+ +
UH 0 UL
t
uo
uo
R2
输出波形：
UOM
0
- UOM T
t
实际运放
由于工艺问题，实际运放达不到理想运放的性能。
以下方面是运放的重要指标，据此选择运放。
1，失调电压及其漂移
由于实际运放内部电路元件不完全对称， 输入端短路时输出电压不为零。
运放的非线性应用电路－ 比较器
非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状 态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。 确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。
若有负反馈，则运放工作在线性区； 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
处于非线性状态运放的特点：
1. 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大。 3. 输出电阻仍可以认为是0。
§1 简单电压比较器
一、若ui从同相端输入 ui UR
+
–
+
uo
+Uom
uo 0
-Uom
UR
ui
UR：参考电压 ui ：被比较信号
传输特性
特点：运放处于开环状态。 当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom
二、 若ui从反相端输入
uo
+Uom
UR
+
§4 方波发生器
一、电路结构
– uc + R －+ + R2
C R1 上下门
限电压：
uo
下行的迟滞比较器， 输出经积分电路再 输入到此比较器的 反相输入端。
R1 R1 R 2
U
H
R1 R1 R 2
U om
U
L
U om
二、工作原理
– uc C R1 R2 + R
uc
U+H
－+ +
－+ +
uo
UR
R
－+ +
uo
ui R1 R2
ui R1 R2
没加参考电压的 上行迟滞比较器
加上参考电压后的 上行迟滞比较器
§3
窗口比较器
电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成
设R1 =R2，则：
VL = (V CC 2 V D ) R 2 R1 R 2 1 2 (V CC 2 V D )
折合为输入端的等效电压，Uoo Uoo随温度变化，称为失调电压的漂移。
2，偏置和失调电流
由于实际运放内部电路元件不完全对称， 两个输入端具有很小、不等的直流电流。 两个输入电流的平均值 称为 偏置电流 IB 差 称为 输入失调电流 IIO 偏置电流、失调电流也随温度变化。
3，共模抑制比
差模信号 共模信号
R
－+ + R2
uo
UR
UR
H
uo
Uom
R1
UL
R1 R1 R 2
U om
R2 R1 R 2
UR
UL
UH
0
-Uom
ui
例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V 当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出 uo的波形。 ui R
uo
－+ +
ui 10V
分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差或门限宽度。
例：下行迟滞比较器的 输入为正弦波时， 画出输出的波形。
ui
UH
UL
t
ui
R
－+ +
R1 R2
uo
ui
Uom
t
-Uom
2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器 ui 加上参考电压后的上下限：
U R1 R1 R 2 U om R2 R1 R 2
U R1 R1 R2 U om U L
参考电压由 输出电压决定
UH
R1 R1 R2
U om
UL
R1 R1 R2
U om
ui
R
－+ +
R1 R2
uo
传输特性： uo
Uom
UL
UH
0
-Uom
u
当ui 增加到UH时，输出 由Uom跳变到-Uom；
当ui 减小到UL时，输出 由-Uom跳变到Uom 。
+
ui
uo
-Uom
0
UR
ui
当ui < UR时 , uo = +Uom
当ui >UR时 , uo = -Uom
三、过零比较器: (UR =0时) ui
+
uo
+
+UOM
uo
0 -UOM uo
ui
+
+
+UOM
ui
uo
0 -UOM
ui
例：利用电压比较器将正 弦波变为方波。
ui t
ui
+
+
uo
+Uom
uo
t
-Uom
§2 施密特触发器－迟滞比较器
特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。
1. 没加参考电压的下 行迟滞比较器
分析
1. 因为有正反馈，所以 输出饱和。 2. 当uo正饱和时(uo =+UOM)
U R1 R1 R2 U om U H
ui
R
－+ +
R1 U+ R2
uo
3. 当uo负饱和时(uo =–UOM)
uo
uo
UOM
0
t
1. 设 uo = + UOM
则：u+=UH
-UOM
0
t
此时，输出给C 充电 Uc上升到UH时，uo下翻。 uo 立即由＋UOM 变成－UOM
2. 当uo = -UOM 时，
u+=UL
此时，C 经输出端放电。
–
uc C R1
+
R
－+ +
uc
UH
uo UL
t
R2
uc降到UL时，uo上翻。
4，饱和电压和电流
实际饱和输出比正、负电源电压小1～2V。 （晶体管导通电压） 实际输出电流有一个最大值限制，超过则 过流保护，防止烧坏。
5，转换速率
反映运放对大信号阶跃输入电压的响应能力。
运放的转换速率应大于输入信号的变化率。
作业
3-3 3-5 3-9 3-12 3-15
比较器的功能是比较两个电压的大小。 常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗 口比较器和具有滞回特性的施密特触发器。这些 比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有 的具有两个阈值。
比较器的基本特点为：
工作在开环或正反馈状态。
开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电 平和低电平两个稳定状态。
非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。
5V 0
UR R1 R2
t
根据传输特性画输出波形图
ui
10V 5V 2V 0
门限电压：
UH R1 R1 R 2 U om R2 R1 R 2 U R 10 V
t
uo
+UOM
UL
R1 R1 R 2
U om
R2 R1 R 2
பைடு நூலகம்U R 2V
t
0
-UOM
3、上行迟滞比较器
V H = V L 2V D
当vI＞VH时，vO1为高电平，D3 导通；vO2 为低 电平, D4截止，vO= vO1。 当vI＜ VL时，vO2为高 电平，D4导通；vO1为低 电平，D3截止，vO= vO2 当VH ＞vI＞ VL时， vO1为低电平，vO2为低电 平，D3 、D4 截止，vO 为 为低电平。
当uo 重新回到＋UOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。
–
uc C R1
uc
+
R
－+ +
UH 0 UL
t
uo
uo
R2
输出波形：
UOM
0
- UOM T
t
实际运放
由于工艺问题，实际运放达不到理想运放的性能。
以下方面是运放的重要指标，据此选择运放。
1，失调电压及其漂移
由于实际运放内部电路元件不完全对称， 输入端短路时输出电压不为零。
运放的非线性应用电路－ 比较器
非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状 态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。 确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。
若有负反馈，则运放工作在线性区； 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
处于非线性状态运放的特点：
1. 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大。 3. 输出电阻仍可以认为是0。
§1 简单电压比较器
一、若ui从同相端输入 ui UR
+
–
+
uo
+Uom
uo 0
-Uom
UR
ui
UR：参考电压 ui ：被比较信号
传输特性
特点：运放处于开环状态。 当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom
二、 若ui从反相端输入
uo
+Uom
UR
+
§4 方波发生器
一、电路结构
– uc + R －+ + R2
C R1 上下门
限电压：
uo
下行的迟滞比较器， 输出经积分电路再 输入到此比较器的 反相输入端。
R1 R1 R 2
U
H
R1 R1 R 2
U om
U
L
U om
二、工作原理
– uc C R1 R2 + R
uc
U+H
－+ +