集成运算放大器的非线性应用.ppt

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 集成运算放大器应用综合 运放非线性应用的条件与特点 1 在图示运放电路中 有uo Aod ui2 ui1 Aodui 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 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 UOM与 UOM为运放输出的正 负最大值 有 uo UOM当u u UOM当u u 虚接跳变 设I 与I 为运放同相与反相端的输入电流 因为对于理想运放有rid 所以 I I 虚断 end 单限电压比较器 1 电压比较器的功能 利用输出信号的变化 比较两个电压的大小 参考电压 比较信号电压 输出电压 UOM UOM 电压比较器的阈值 指ui与UR比较时 使输出发生跳变时的ui值 电压比较器的分类 单限比较器 滞回比较器 窗口比较器 三态比较器 单限电压比较器 2 过零电压比较器 结构特点 运放工作于开环状态 参考电压UR 0 UR 0 分析方法 第一步 由运放非线性工作特点 有 uo UOM当u u UOM当u u 第二步 由电路求u 与u 对图示电路 有u ui u 0 第三步 求阈值 得出比较器的传输特性 因为当u u 时输出发生跳变 此时ui 0 所以 Uth ui 0 比较器的传输特性 uo UOM当ui 0 UOM当ui 0 单限电压比较器 3 过零电压比较器可将正弦波变换为矩形波 ui 0 uo UOM ui 0 uo UOM UOM UOM 带限幅的过零电压比较器 传输特性 uo UZ当ui 0 UZ当ui 0 R有何作用 单限电压比较器 4 任意电压比较器 结构特点 运放工作于开环状态 参考电压UR 0 UR 0 分析方法 第一步 由运放非线性工作特点 有 uo UZ当u u UZ当u u 第二步 由电路求u 与u 对图示电路 有u UR u ui 第三步 求阈值 得出比较器的传输特性 因为当u u 时输出发生跳变 此时ui UR 所以 Uth ui UR 比较器的传输特性 uo UZ当ui UR UZ当ui UR 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 ui UR uo UZ ui UR uo UZ UR ui UR uo UZ UZ UZ UR 单限电压比较器 6 例 有一电压比较器如图所示 试求阈值电压 并作传输特性 解 1 由非线性工作特点 有 uo UZ当u u UZ当u u 2 由电路求u 与u 对图示电路 有u 0 3 求阈值 得出比较器的传输特性 因为当u u 时输出发生跳变 此时 1 5 0 5ui 0 所以 Uth ui 3V 单限电压比较器 7 end 比较器的传输特性 uo UZ当ui 3V UZ当ui 3V 滞回电压比较器 1 单限电压比较器电路结构简单 灵敏度高 但抗干扰能力较差 优点 缺点 干扰引起系统误动作 采用滞回比较器 滞回电压比较器 2 反相滞回比较器 结构特点 运放工作于正反馈状态 比较信号加入反向输入端 分析过程 第一步 由运放非线性工作特点 有 uo UOM当u u UOM当u u 第二步 由电路求u 与u 1 对图示电路 有u ui 2 用叠加原理求u uo单独作用 UR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 3 第三步 求阈值 因为当u u 时输出发生跳变 此时ui Uth 所以 当uo UOM时 u 1 u ui Uth1 即 当uo UOM时 u 2 u ui Uth2 即 注意 Uth1 Uth2 滞回电压比较器 4 第四步 分析传输特性 1 ui由 逐渐增大 ui 时 uo UOM 阈值为Uth1 ui Uth1时 uo UOM ui Uth1时 跳变 uo UOM ui Uth1时 uo UOM 阈值为Uth2 Uth1 UOM UOM 2 ui由 逐渐减小 ui 时 uo UOM 阈值为Uth2 Uth2 ui 时 uo UOM ui Uth2时 跳变 uo UOM ui Uth2时 uo UOM 阈值为Uth1 Uth2 定义 回差电压 uth Uth1 Uth2 滞回电压比较器 5 0 t uo 回差电压越大 比较器抗干扰能力越强 Uth1 Uth2 UOM UOM 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 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 UR 用叠加原理求u uo单独作用 ui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uo UZ时 u 1 u UR Uth ui 即 所以 当uo UZ时 u 2 u UR Uth ui 即 所以 滞回电压比较器 8 2 分析传输特性 ui由 逐渐增大 ui 时 uo UZ 阈值为Uth1 ui Uth1时 uo UZ ui Uth1时 跳变 uo UZ ui Uth1时 uo UZ 阈值为Uth2 Uth1 UZ UZ 2 ui由 逐渐减小 ui 时 uo UZ 阈值为Uth2 Uth2 ui 时 uo UZ ui Uth2时 跳变 uo UZ ui Uth2时 uo UZ 阈值为Uth1 Uth2 end 例题 R1 10k R2 10k UZ 6V UR 10V 当输入ui为如图所示的波形时 画出输出uo的波形 阈值 滞回电压比较器 9 滞回电压比较器 10 矩形波发生电路 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 矩形波发生电路 2 波形发生过程分析 1 设uo UZ uC 0 此时 输出给C充电 则 u Uth1 一旦uc Uth1 在uc Uth1时 u u uo保持 UZ不变 uo立即由 UZ变成 UZ 此时 C经输出端放电 2 当uo UZ时 u Uth2 当uc Uth2时 uo UZ 当uo重新回到 UZ以后 电路又进入另一个周期性的变化 矩形波发生电路 0 输出波形 矩形波发生电路 矩形波发生电路 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 uc上升阶段表示式 uc下降阶段表示式 矩形波发生电路 三角波发生电路 电路一 方波发生器 方波 积分电路 三角波 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 uo 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 三角波发生电路 三角波发生电路 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 滞回比较器 回顾 阈值电压 三角波发生电路 回顾 反相积分器 三角波发生电路 三角波发生电路 周期和频率的计算 单管放大电路 例题1 电路如图所示 试求 1 Q点 2 电路的动态参数 单管放大电路 例题1续 单管放大电路 例题1续 单管放大电路 例题1续 电路的动态范围的题参照课后习题14 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 锯齿波发生电路