集成运放的非线性应用.ppt

7-5 集成运放的非线性应用电压比较器集成运放的非线性应用电压比较器越限报警、模越限报警、模/数转换和产生、变换波形。数转换和产生、变换波形。将一个模拟输入量与参考电压进行比较，并将比较的结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。果输出，其输出结果只有两种可能：高电平和低电平。n电压比较器的分类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）较器（窗口比较器）运放处于开环状态或有正反馈。运放处于开环状态或有正反馈。可以认为电压比较器是数字电路和模拟电路的接口。可以认为电压比较器是数字电路和模拟电路的接口。n电压比较器的应用电压比较器的应用n电压比较器的电路特征电压比较器的电路特征n电压比较器的作用电压比较器的作用因此电压比较器中运放工作在非线性区。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理想运放工作在非线性区时的特点1 1、输出电压的值只有两种可能：、输出电压的值只有两种可能：或等或等于正向饱和值；或等于负向饱和值。于正向饱和值；或等于负向饱和值。uOu+-u-0UOHUOL非线非线性区性区非线非线性区性区理想特性理想特性2 2、有、有“虚断虚断”无虚短：无虚短：时，发生电平的转换时，发生电平的转换,此时的输入电压称为此时的输入电压称为“阈值电压阈值电压”或或“门限电压门限电压”，用，用UTH表表示。示。如果运放没有限幅措施，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。运放的正、负电源电压近似相等。3 3、结构特征：、结构特征：运放一般工作在开环状态或引入正反馈。运放一般工作在开环状态或引入正反馈。0uiuO一、过零比较器一、过零比较器-+uiuORR根据虚断：根据虚断：UOLUOH阈值电压：阈值电压：1 1、反相过零比较器、反相过零比较器电压传输特性电压传输特性0uiuO一、过零比较器一、过零比较器-+uiuORR根据虚断：根据虚断：UOLUOH阈值电压：阈值电压：1 1、反相过零比较器、反相过零比较器电压传输特性电压传输特性+UZ-UZ2、有限幅的反相过零比较器、有限幅的反相过零比较器限流电阻限流电阻R00uiuO根据虚断：根据虚断：-UZ+UZ-+uiuORRRO3 3、同相过零比较器、同相过零比较器电压传输特性电压传输特性0uiuO-UZUZ反相过零比较器反相过零比较器-+uiuORRR0二、单限比较器二、单限比较器根据虚断：根据虚断：-+uiuORRROUR0uiuO-UZ+UZ阈值电压：阈值电压：UR1 1、反相单限比较器、反相单限比较器电压传输特性电压传输特性2 2、求和型单限比较器、求和型单限比较器根据虚断：根据虚断：阈值电压。阈值电压。-+uiuOR1RR0URR20uiuO-UZ+UZUTH电压传输特性电压传输特性电路状态发生改变，电路状态发生改变，3 3、单限比较器的特点、单限比较器的特点单限电压比较器具有电路简单、灵敏度高等优点，存在的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。主要问题是输出电压波形不够陡，抗干扰能力差。0tui阈值电压阈值电压0tuO错误的输出错误的输出+UZ-UZ干扰干扰输出波形输出波形不够陡不够陡实际运放的开环增益不实际运放的开环增益不是是，所以状态的跃变，所以状态的跃变必须经过线性区，并需必须经过线性区，并需要经过一定的时间。要经过一定的时间。三、迟滞比较器（施密特触发器）三、迟滞比较器（施密特触发器）Rf引入正反馈，引入正反馈，-+uiuOR2R1R0URRfif反相迟滞比较器反相迟滞比较器运放工作在非线性区。运放工作在非线性区。引入正反馈有两个作用：引入正反馈有两个作用：1、正反馈加快了、正反馈加快了uO的转换速度，的转换速度，输出电压波形很陡。输出电压波形很陡。2、电路有两个阈值电压。、电路有两个阈值电压。+UZ-UZ+说明说明U有两种取值，有两种取值，由叠加原理，由叠加原理，-+uiuOR2R1R0URRfif反相迟滞比较器反相迟滞比较器+UZ-UZ+ui 很小时，输出很小时，输出ui 很大时，输出很大时，输出电路状态发生跳变，电路状态发生跳变，ui由小增大由小增大，使，使uO从从+UZ跳变为跳变为-UZ所需的阈值电压为所需的阈值电压为UTH+：ui由大变小由大变小，使，使uO从从-UZ 跳变为跳变为+UZ所需的阈值电压为所需的阈值电压为UTH-：上限阈值电压、下限阈值电压和回差电压：上限阈值电压、下限阈值电压和回差电压：（与参考电压无关）（与参考电压无关）正向阈正向阈值电压值电压负向阈负向阈值电压值电压回差电压回差电压-+uiuOR2R1R0URRfif反相迟滞比较器反相迟滞比较器电压传输特性：电压传输特性：0uiuO传输特性传输特性-UZ+UZUTH+UTH-+uiuOR2R1ROURRfif同相迟滞比较器同相迟滞比较器-+uiuOR2R1R0URRfif反相迟滞比较器反相迟滞比较器0uiuO传输特性（反相）传输特性（反相）-UZ+UZUTH+UTH-0uiuO传输特性（同相）传输特性（同相）+UZ-UZUTH+UTH-求阈值电压、电压传输特性？求阈值电压、电压传输特性？0uiuO-UZ+UZUTH+UTH-0tui门限电压门限电压0tuO+UZ-UZ单限比较器单限比较器0tuiUTH+0tuO+UZ-UZ迟滞比较器迟滞比较器UTH-迟滞比较器可用于产生矩形波、三角波和锯齿波等各种非迟滞比较器可用于产生矩形波、三角波和锯齿波等各种非正弦波信号，也可用于波形变换电路。正弦波信号，也可用于波形变换电路。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度下降了。与单限比较器相比灵敏度下降了。+-uiuORRUR1-+RRUR2RLuO1uO2四、窗口比较器四、窗口比较器或门电路或门电路输入信号输入信号uO1uO2uOuiUR1 UR2uiUR2 UR1UR2 uiUR2 UR1UOHUOLUOHuiUR1 UR2UOLUOHUOHUR1 uiUR2UOHUOHUOH电压传输特性：电压传输特性：0uiuOUOHUR1UR2电压比较器小结电压比较器小结1、在电压比较器中，集成运放一般工作在非线性区，输出、在电压比较器中，集成运放一般工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。电压只有高电平和低电平两种可能的情况。2、通常用、通常用电压传输特性电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数来描述输出电压与输入电压的函数关系。关系。3、电压传输特性电压传输特性有三个要素：有三个要素：（1）阈值电压：）阈值电压：（2）输出的高、低电平：）输出的高、低电平：（3）输出电压的跃变方向：）输出电压的跃变方向：决定于限幅电路。决定于限幅电路。决定于决定于ui作用于运放的哪个输入端。作用于运放的哪个输入端。【例题例题】电路如图示，输入为正弦信号，画出输出信号波形。电路如图示，输入为正弦信号，画出输出信号波形。0tui/V0tuO-+uiuORRROUR10已知：已知：UR=6V0uiuO-UZ+UZUR6V+UZ-UZ【例题例题】电路如图示，输入为正弦信号，画出输出信号波形。电路如图示，输入为正弦信号，画出输出信号波形。0tui/V0tuO-+uiuORRROUR10已知：已知：UR=-3V-3V+UZ-UZ0uiuO-UZ+UZUR-+uiuOR2R1ROURRfif反相迟滞比较器反相迟滞比较器0uiuO传输特性传输特性-UZ+UZUTH+UTH-【例题例题】电路如图示，输入信号为正弦波，画出输出信号波形。电路如图示，输入信号为正弦波，画出输出信号波形。0tui/V0tuO10UTH+UTH-+UZ-UZ【例题例题】题题713（P271）假设稳压管截止，则集成运放假设稳压管截止，则集成运放必然工作在开环状态，输出电必然工作在开环状态，输出电压为压为UOH或或UOL，只要输出电，只要输出电压的绝对值大于稳压管的击穿压的绝对值大于稳压管的击穿电压，必将导致其中的一个稳电压，必将导致其中的一个稳压管击穿而工作在稳压状态，压管击穿而工作在稳压状态，DZ构成反馈通路，使运放工作构成反馈通路，使运放工作在线性区，在线性区，u+=u-。-+uiuORR限幅限幅DZ可见，虽然运放工作在线性区，但由于稳压管的特性，使之可见，虽然运放工作在线性区，但由于稳压管的特性，使之仍然具有电压比较器的特性。仍然具有电压比较器的特性。假设稳压管截止假设稳压管截止必使右管击穿，左管导通，必使右管击穿，左管导通，“-”端虚地，端虚地，假设稳压管截止假设稳压管截止必使左管击穿，右管导通，必使左管击穿，右管导通，“-”端虚地，端虚地，ui R1R1R1R3R2R2R39V9VLED1LED2LED33VuB6VuAuiuAuBLED3 LED2 LED16VLHLLHH亮亮亮亮亮亮灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭【例题例题】电路如图所电路如图所示，试分析电路中的示，试分析电路中的发光二极管各在什么发光二极管各在什么情况下发光？情况下发光？窗口比较器窗口比较器7-6 集成运放其他应用简介集成运放其他应用简介 滤波器的功能是使所需特定频率范围内的信号能够滤波器的功能是使所需特定频率范围内的信号能够顺利通过，而阻止其它频率范围的信号通过。被广泛应顺利通过，而阻止其它频率范围的信号通过。被广泛应用于通信和信号处理等领域。用于通信和信号处理等领域。7-6-1 有源滤波器有源滤波器 有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。滤波器分类：滤波器分类：低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF）全通（全通（APF）AA0Ow w1w ww w2通带通带阻带阻带通带通带A0A1阻带阻带通带通带Ow w1w wA2A0阻带阻带通带通带Ow w2w wAA0Ow w2w ww w1通带通带阻带阻带阻带阻带？希望抑制？希望抑制50Hz的干扰信号，应选用哪种类型的滤波电路？的干扰信号，应选用哪种类型的滤波电路？放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器:一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器:7-6 集成运放其他应用简介集成运放其他应用简介1 1、正弦波信号发生器、正弦波信号发生器 7-6-2 波形发生器波形发生器 热敏敏电阻阻稳幅作用幅作用放大网放大网络正反正反馈网网络兼兼作作选频网网络反向积分电路反向积分电路-+RR2Cuo2 2、非正弦波信号发生器、非正弦波信号发生器 （1 1）方波发生器：）方波发生器：迟滞电压比较器迟滞电压比较器+RC充放电回路。充放电回路。（2 2）三角波发生器：）三角波发生器：方波发生器方波发生器+积分电路。积分电路。（3 3）锯齿波发生器：）锯齿波发生器：将三角波发生器稍作改动，使积分将三角波发生器稍作改动，使积分电路的充、放电时间常数不同。电路的充、放电时间常数不同。方波发生器方波发生器+RR1R2C+uc第七章第七章 小结小结一、集成运放的基本组成一、集成运放的基本组成输输 入入 级：级：差动放大电路差动放大电路中中 间间 级：级：有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路输输 出出 级：级：互补推挽功率输出级互补推挽功率输出级偏置电路：偏置电路：恒流源电路恒流源电路二、理想运放的参数二、理想运放的参数AOdridrOKCMRIIBIIOUIOBW零点漂移零点漂移 0 000 0三、理想运放工作在线性区和非线性区的特点：三、理想运放工作在线性区和非线性区的特点：（必须要在电路中引入深度负反馈）（必须要在电路中引入深度负反馈）（运放工作在开环状态或引入正反馈）（运放工作在开环状态或引入正反馈）1 1、线性区：、线性区：虚断和虚短：虚断和虚短：2 2、非线性区：、非线性区：开关开关特性：特性：虚断：虚断：在分析运放的各种应用电路时，首先必须判断其中的运放在分析运放的各种应用电路时，首先必须判断其中的运放工作在哪个区域。工作在哪个区域。线性区：线性区：非线性区：非线性区：必须要在电路中引入深度负反馈。必须要在电路中引入深度负反馈。运放工作在开环状态。运放工作在开环状态。四、理想运放的线性应用：四、理想运放的线性应用：比例运算电路：比例运算电路：反相比例运算电路反相比例运算电路同相比例运算电路同相比例运算电路差分比例运算电路差分比例运算电路求求 和和 电电 路：路：反相求和电路反相求和电路同相求和电路同相求和电路微分、积分运算电路：微分、积分运算电路：对数、指数运算电路：对数、指数运算电路：1、掌握运放运算电路的分析方法，能确定输出信、掌握运放运算电路的分析方法，能确定输出信 号与输入信号的运算关系。号与输入信号的运算关系。要求：要求：2、能应用运放实现给定的运算关系。、能应用运放实现给定的运算关系。3、掌握平衡电阻的概念和计算方法。、掌握平衡电阻的概念和计算方法。用它们组成的放大用它们组成的放大器各有什么特点？器各有什么特点？五、理想运放的非线性应用：五、理想运放的非线性应用：分析电压比较器主要是分析其电压传输特性，然后能分析电压比较器主要是分析其电压传输特性，然后能根据给定的输入信号画出输出信号的波形。根据给定的输入信号画出输出信号的波形。电压比较器：电压比较器：过零比较器过零比较器单限比较器单限比较器迟滞比较器迟滞比较器窗口比较器窗口比较器（1）令）令u+=u-，计算阈值电压；，计算阈值电压；（2）根据限幅电路确定输出的高、低电平；）根据限幅电路确定输出的高、低电平；（3）根据输入信号所加的输入端确定信号的跃变方向。）根据输入信号所加的输入端确定信号的跃变方向。【例题例题】集成运放为理想运放，最大输出电压集成运放为理想运放，最大输出电压UOPP=12V各运放各组成何种基本应用电路各运放各组成何种基本应用电路?各工作什么区域各工作什么区域?10k20k20kui+-+-+-A1RuO3 6VA3A210kA1A2A3输入信号为输入信号为ui=10sin t(V)，画出画出uO3的波形。的波形。反相比例运算电路反相比例运算电路过零比较器过零比较器同相比例运算电路同相比例运算电路电压跟随器电压跟随器线性区线性区非线性区非线性区线性区线性区10k20k20kui+-+-+-A1RuO3 6VA3A210k输入信号为输入信号为ui=10sin t(V)，画出画出uO3的波形。的波形。uO1uO2uit10-100uO3t0-66