集成运算放大器的非线性应用

,单击此处编辑母版标题样式,*,第,6,章集成运算放大器的非线性应用,运放非线性应用条件与分析特点,电压比较电路,非正弦波发生电路,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。,运放非线性应用的条件与特点（,1,）,+,+,-,u,i1,u,i2,u,o,A,+U,-U,在图示运放电路中，有,u,o,=A,od,(u,i2,-u,i1,)=A,od,u,i,0,u,i,(mV),u,o,(V),其传输特性如图所示,线性区,非性区,非性区,结论,：,在开环与正反馈条件下，运放工作在非线性区。,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与特点（,2,）,运放工作在非线性状态下的,两个特点,设,+U,OM,与,-U,OM,为运放输出的正、负最大值 ，有,u,o,=,+U,OM,当,u,+,u,-,-U,OM,当,u,+,u,-,-U,OM,当,u,+,0,-,U,OM,当,u,i,0,u,o,=U,OM,u,i,0,-U,Z,当,u,i,u,-,-U,Z,当,u,+,U,R,+U,Z,当,u,i,U,R,+,+,-,R,1,R,2,u,i,u,0,R,U,Z,U,R,u,i,0,u,o,U,R,+,U,Z,-U,Z,单限电压比较器（,5,）,改变参考电压，可实现占空比可调的矩形波,0,t,u,o,u,i,U,R,u,o,=-U,Z,U,R,u,i,u,-,-U,Z,当,u,+,-3V,+U,Z,当,u,i,u,-,-U,OM,当,u,+,U,th2,滞回电压比较器,（,4,）,第四步：,分析,传输特性,（,1,）,u,i,由,-,逐渐增大,u,i,=-,时，,u,o,=+U,OM,，阈值为,U,th1,-,u,i,U,th1,时，,u,o,=-U,OM,，阈值为,U,th2,U,th1,+,U,OM,-U,OM,（,2,）,u,i,由,+,逐渐减小,u,i,=+,时，,u,o,=-U,OM,，阈值为,U,th2,U,th2,u,i,+,时，,u,o,=-U,OM,u,i,=,U,th2,时，跳变，,u,o,=+U,OM,u,i,U,th2,时，,u,o,=+U,OM,，阈值为,U,th1,U,th2,定义,：回差电压,u,th,=,U,th1,-U,th2,滞回电压比较器,（,5,）,0,t,u,o,回差电压,越大，比较器抗干扰能力越强。,U,th1,U,th2,+U,OM,-U,OM,只要干扰大小在回差以内，电路不受影响,滞回电压比较器,（,6,）,同相滞回比较器,+,+,-,R,3,R,1,u,i,u,0,R,U,Z,U,R,R,2,结构特点：,运放工作于正反馈状态,比较信号加入同相输入端,(1),阈值计算,对图示电路，有,u,-,=U,R,用叠加原理求,u,+,u,o,单独作用,u,i,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,（,7,）,当,u,o,=-U,Z,时，,u,+1,=u,-,=U,R,、,U,th,=u,i,，即,所以,当,u,o,=+U,Z,时，,u,+2,=u,-,=U,R,、,U,th,=u,i,，即,所以,滞回电压比较器,（,8,）,(2),分析传输特性,u,i,由,-,逐渐增大,u,i,=-,时，,u,o,=-U,Z,，阈值为,U,th1,-,u,i,U,th1,时，,u,o,=+U,Z,，阈值为,U,th2,U,th1,+U,Z,-U,Z,（,2,）,u,i,由,+,逐渐减小,u,i,=+,时，,u,o,=+U,Z,，阈值为,U,th2,U,th2,u,i,+,时，,u,o,=+U,Z,u,i,=,U,th2,时，跳变，,u,o,=-U,Z,u,i,U,th2,时，,u,o,=-U,Z,，阈值为,U,th1,U,th2,矩形波发生电路,+,+,-,R,1,U,+,u,0,R,4,U,C,R,3,U,Z,R,2,C,+,-,一、电路结构,:,二、工作原理,:,（,1,）阈值电压计算,：,滞回比较器,， 负反馈网络,6.3,非正弦波发生电路,矩形波发生电路,（,2,）波形发生过程分析,：,1.,设,u,o,=,+,U,Z, u,C,=0,此时，输出给,C,充电,!,则,：,u,+,=U,th1,t,u,o,U,Z,-,U,Z,U,th1,u,c,t,一旦,u,c,=U,th1,在,u,c, U,th1,时,，,u,-, u,+,;,u,o,保持,+ U,Z,不变,；,u,o,立即由,U,Z,变成,U,Z,+,+,-,R,1,U,+,u,0,R,4,U,C,R,3,U,Z,R,2,C,+,-,此时，,C,经输出端,放电,。,2.,当,u,o,=,-,U,Z,时,，,u,+,=U,th2,当,u,c,=,U,th2,时，,u,o,=,U,Z,。,U,th1,u,c,t,U,th2,当,u,o,重新回到,U,Z,以后，电路又进入另一个周期性的变化。,+,+,-,R,1,U,+,u,0,R,4,U,C,R,3,U,Z,R,2,C,+,-,矩形波发生电路,0,U,th1,u,c,t,U,th2,U,Z,u,o,0,t,-,U,Z,T,输出波形：,矩形波发生电路,+,+,-,R,1,U,+,u,0,R,4,U,C,R,3,U,Z,R,2,C,+,-,矩形波发生电路,+,+,-,R,1,U,+,u,0,R,4,U,C,R,3,U,Z,R,2,C,+,-,矩形波发生器各部分的作用：,RC,电路：,起反馈和延迟作用，获得一定的频率。,滞回比较器：,起开关作用，,实现高低电平的转换。,三、周期与频率的计算,f,=1/,T,u,c,上升阶段表示式,:,u,c,下降阶段表示式,:,u,c,0,U,th1,t,U,th2,T,1,T,2,矩形波发生电路,三角波发生电路,反向积分电路,方波发生器,电路一：,方波发生器,方波,积分电路,三角波,+,+,R,R,1,R,2,C,+,u,c,-,+,+,R,R,2,C,u,o,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。,+,+,R,R,1,R,2,C,+,u,c,-,+,+,R,R,2,C,u,o,u,o,1,u,o,三角波的周期由矩形波发生器确定，其幅值也由周期,T,和参数,R,、,C,决定。,0,u,o,1,t,U,om,-,U,om,三角波发生电路,三角波发生电路,_,+,+,R,3,u,01,R,4,R,1,U,Z,R,+,+,-,R,2,C,-,R,-,u,02,+,u,C,电路二：,特点：,由,滞回比较器,和,反相积分器,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作为滞回比较器的输入。,滞回比较器,反向积分电路,u,o,u,i,0,U,Z,-,U,Z,U,th1,U,th2,滞回比较器,回顾,:,阈值电压：,+,+,-,R,R,1,u,i,u,0,R,U,Z,R,2,三角波发生电路,回顾,:,反相积分器,u,i,-,+,+,R,2,R,C,u,o,u,i,=-,U,Z,u,i,=+,U,Z,t,u,o,0,+,U,om,-,U,om,三角波发生电路,0,0,u,o,1,t,U,Z,U,Z,u,o2,t,U,th1,U,th2,_,+,+,R,3,u,01,R,4,R,1,U,Z,R,+,+,-,R,2,C,-,R,-,u,02,+,u,C,三角波发生电路,周期和频率的计算：,t,u,o,U,th1,U,th2,T,T,1,T,2,_,+,+,R,3,u,01,R,4,R,1,U,Z,R,+,+,-,R,2,C,-,R,-,u,02,+,u,C,u,o,t,改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使充放电的时间常数不等，即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。,u,c,t,锯齿波发生电路,-,+,+,R,3,R,1,+,+,R,C,u,o,R,22,+,R,R,4,R,21,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，,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,工作在非线性区时，仍具有虚断的特点。,