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文档简介
1、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+
2、=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
3、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ui0,-UOM 当ui0,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,ui0,uo=UOM,ui0,uo=-UOM,+ UOM,- UOM,带限幅的过零电压比较器,传输特性,uo=,+UZ 当ui0,-UZ 当ui0,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UR0,UR0,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+
4、=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uiUR,+UZ 当uiUR,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,uiUR,uo=UZ,uiUR,uo=-UZ,UR,uiUR,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
5、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,(
6、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:Uth1Uth2,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,-uiUth1时,uo=+UOM,ui=Uth1时,跳变,uo=-UOM,uiUth1时,uo=-UOM,阈值为Uth2,Uth1,+UOM,-UOM,(2)ui
7、由+逐渐减小,ui=+时,uo=-UOM,阈值为Uth2,Uth2ui+时,uo=-UOM,ui=Uth2时,跳变,uo=+UOM,uiUth2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
8、+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,-uiUth1时,uo=-UZ,ui=Uth1时,跳变,uo=+UZ,uiUth1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,Uth2ui+时,uo=+UZ,ui=Uth2时,跳变,uo=-UZ,uiUth2时,uo=-UZ,阈值为Uth1,Uth2
9、,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+=Ut
10、h2,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
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