第六章集成运算放大器的非线性应用精选文档.ppt

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1、第六章集成运算放大器的非线性应用本讲稿第一页，共三十五页本章要求本章要求理解理想集成运算放大器理解理想集成运算放大器非线性工作的条件非线性工作的条件和分析和分析特点特点，掌握，掌握单限电压比较器单限电压比较器和滞回电压比较器的工作原理、电压传输特性和滞回电压比较器的工作原理、电压传输特性及一般及一般分析分析方法。了解矩形波发生电路以及三角波发生电路的方法。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。组成和工作原理。本讲稿第二页，共三十五页运放非线性应用的条件与特点（运放非线性应用的条件与特点（1 1）+-ui1ui2uo A A+U-U在图示运放电路中，有在图示运放电路中，有 uo=

2、Aod(ui2-ui1)=Aodui0ui(mV)uo(V)其传输特性如图所示其传输特性如图所示线性区线性区非性区非性区非性区非性区 结论结论：在开环与正反馈条件下，运在开环与正反馈条件下，运放工作在非线性区。放工作在非线性区。运放工作在非线性状态的条件运放工作在非线性状态的条件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和分析特点本讲稿第三页，共三十五页运放非线性应用的条件与特点（运放非线性应用的条件与特点（2 2）运放工作在非线性状态下的运放工作在非线性状态下的两个特点两个特点设设+UOM与与-UOM为运放输出的正、负最大值为运放输出的正、负最大值 ，有，有uo=+UOM 当当

3、u+u-UOM 当当u+u-UOM 当当u+0-UOM 当当ui0 uo=UOM ui0-UZ 当当uiu-UZ 当当u+UR+UZ 当当uiUR+-R1R2uiu0RUZURui0uoUR+UZ-UZ本讲稿第八页，共三十五页单限电压比较器（单限电压比较器（5 5）改变参考电压，可实现占空比可调的矩形波改变参考电压，可实现占空比可调的矩形波0tuo uiUR uo=-UZUR uiu-UZ 当当u+-3V+UZ 当当uiu-UOM 当当u+Uth2本讲稿第十五页，共三十五页滞回电压比较器滞回电压比较器（4）第四步：第四步：分析分析传输特性传输特性（1）ui由由-逐渐增大逐渐增大ui=-时，时，

4、uo=+UOM，阈值为，阈值为Uth1-uiUth1时，时，uo=-UOM，阈值为，阈值为Uth2Uth1+UOM-UOM（2）ui由由+逐渐减小逐渐减小ui=+时，时，uo=-UOM，阈值为，阈值为Uth2Uth2ui+时，时，uo=-UOMui=Uth2时，跳变，时，跳变，uo=+UOMuiUth2时，时，uo=+UOM，阈值为，阈值为Uth1Uth2定义定义：回差电压：回差电压uth=Uth1-Uth2本讲稿第十六页，共三十五页滞回电压比较器滞回电压比较器（5）0tuo回差电压回差电压越大，比较器抗干扰能力越强。越大，比较器抗干扰能力越强。Uth1Uth2+UOM-UOM只要干扰大小在回

5、只要干扰大小在回差以内，电路不受差以内，电路不受影响影响本讲稿第十七页，共三十五页滞回电压比较器滞回电压比较器（6）u同相滞回比较器同相滞回比较器+-R3R1uiu0RUZURR2结构特点：结构特点：运放工作于正反馈状态运放工作于正反馈状态比较信号加入同相输入端比较信号加入同相输入端(1)阈值计算阈值计算对图示电路，有对图示电路，有 u-=UR用叠加原理求用叠加原理求u+uo单独作用单独作用ui单独作用单独作用注意注意：对于不同的输出值，：对于不同的输出值，U+有有两个两个取值取值本讲稿第十八页，共三十五页滞回电压比较器滞回电压比较器（7）当当uo=-UZ时，时，u+1=u-=UR、Uth=u

6、i，即，即所以所以当当uo=+UZ时，时，u+2=u-=UR、Uth=ui，即，即所以所以本讲稿第十九页，共三十五页滞回电压比较器滞回电压比较器（8）(2)分析传输特性分析传输特性uui由由-逐渐增大逐渐增大ui=-时，时，uo=-UZ，阈值为，阈值为Uth1-uiUth1时，时，uo=+UZ，阈值为，阈值为Uth2Uth1+UZ-UZ（2）ui由由+逐渐减小逐渐减小ui=+时，时，uo=+UZ，阈值为，阈值为Uth2Uth2ui+时，时，uo=+UZui=Uth2时，跳变，时，跳变，uo=-UZuiUth2时，时，uo=-UZ，阈值为，阈值为Uth1Uth2本讲稿第二十页，共三十五页矩形波发

7、生电路矩形波发生电路+-R1U+u0R4UCR3UZR2C+-一、电路结构一、电路结构:二、工作原理二、工作原理:（1 1）阈值电压计算）阈值电压计算：滞回比较器滞回比较器，负反馈网络负反馈网络6.3非正弦波发生电路本讲稿第二十一页，共三十五页矩形波发生电路矩形波发生电路（2 2）波形发生过程分析）波形发生过程分析：1.设设 uo=+UZ,uC=0此时，输出给此时，输出给C C 充电充电!则则：u+=Uth1tuo UZ-UZUth1uct一旦一旦 uc=Uth1,在在 uc Uth1 时时，u-u+;uo 保持保持+UZ 不变不变；uo 立即由立即由UZ 变成变成UZ +-R1U+u0R4U

8、CR3UZR2C+-本讲稿第二十二页，共三十五页此时，此时，C C 经输出端经输出端放电放电。2.当当uo =-UZ时时，u+=Uth2当当u uc c=U Uth2th2时，时，u uo o=UZ 。Uth1uctUth2当当uo 重新回到重新回到UZ 以后，电以后，电路又进入另一个周期性的变化。路又进入另一个周期性的变化。+-R1U+u0R4UCR3UZR2C+-矩形波发生电路矩形波发生电路本讲稿第二十三页，共三十五页0Uth1uctUth2UZuo0t-UZT输出波形：输出波形：矩形波发生电路矩形波发生电路+-R1U+u0R4UCR3UZR2C+-本讲稿第二十四页，共三十五页矩形波发生电

9、路矩形波发生电路+-R1U+u0R4UCR3UZR2C+-矩形波发生器各部分的作用：矩形波发生器各部分的作用：RCRC电路：电路：起反馈和延迟作用，起反馈和延迟作用，获得一定的频率。获得一定的频率。滞回比较器：滞回比较器：起开关作用，起开关作用，实现高低电平的转换。实现高低电平的转换。本讲稿第二十五页，共三十五页三、周期与频率的计算三、周期与频率的计算f=1/Tu uc c上升阶段表示式上升阶段表示式:u uc c下降阶段表示式下降阶段表示式:uc0Uth1tUth2T1T2矩形波发生电路矩形波发生电路本讲稿第二十六页，共三十五页三角波发生电路三角波发生电路反向积分电路反向积分电路方波发生器方

10、波发生器电路一：电路一：方波发生器方波发生器 方波方波积分电路积分电路三角波三角波+RR1R2C+uc-+RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。让积分器饱和。本讲稿第二十七页，共三十五页+RR1R2C+uc-+RR2Cuouo1uo三角波的周期由矩形波发生器确定，其幅值也由三角波的周期由矩形波发生器确定，其幅值也由周期周期T T和参数和参数R R、C C决定。决定。0uo1tUom-Uom三角波发生电路三角波发生电路本讲稿第二十八页，共三十五页三角波发生电路三角波发生电路_+R3u01R4R1UZR+-R2C-R-u02+uC

11、电路二：电路二：特点：特点：由由滞回比较器滞回比较器和和反相积分器反相积分器级联构成，滞回比较器级联构成，滞回比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为滞回比较器的输入。作为滞回比较器的输入。滞回比较滞回比较器器反向积分电路反向积分电路本讲稿第二十九页，共三十五页uoui0UZ-UZUth1Uth2滞回比较器滞回比较器回顾回顾:阈值电压：阈值电压：+-RR1uiu0RUZR2三角波发生电路三角波发生电路本讲稿第三十页，共三十五页回顾回顾:反相积分器反相积分器ui-+R2RCuoui=-UZui=+UZtuo0+Uom-Uom三角波发生

12、电路三角波发生电路本讲稿第三十一页，共三十五页00uo1tUZUZuo2tUth1Uth2_+R3u01R4R1UZR+-R2C-R-u02+uC三角波发生电路三角波发生电路本讲稿第三十二页，共三十五页周期和频率的计算：周期和频率的计算：tuo Uth1 Uth2TT1T2_+R3u01R4R1UZR+-R2C-R-u02+uC本讲稿第三十三页，共三十五页uot改变三角波发生器中改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，积分电路的充放电时间常数，使充放电的时间常数不等，使充放电的时间常数不等，即把三角波发生器转换成了即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。锯齿波发生器。uct锯齿波发生电路锯齿波发生电路-+R3R1+RCuoR22+RR4R21本讲稿第三十四页，共三十五页本章小结本章小结end电压比较器是集成运放的基本应用之一，其输入信号为模拟信号，电压比较器是集成运放的基本应用之一，其输入信号为模拟信号，输出通常只有高电平和低电平两种状态。在电压比较器中，集成运输出通常只有高电平和低电平两种状态。在电压比较器中，集成运放多处于开环状态或仅引入正反馈，因而工作在非线性区。当运放放多处于开环状态或仅引入正反馈，因而工作在非线性区。当运放工作在非线性区时，仍具有虚断的特点。工作在非线性区时，仍具有虚断的特点。本讲稿第三十五页，共三十五页