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 越限报警 模 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 并将比较的结果输出 其输出结果只有两种可能 高电平和低电平 电压比较器的分类 过零比较器 单限比较器 滞回比较器 双限比较器 窗口比较器 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 电压比较器的应用 电压比较器的电路特征 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 理想运放工作在非线性区时的特点 1 输出电压的值只有两种可能 或等于正向饱和值 或等于负向饱和值 2 有 虚断 无虚短 时 发生电平的转换 此时的输入电压称为 阈值电压 或 门限电压 用UTH表示 如果运放没有限幅措施 输出电压的正向 负向饱和值分别与运放的正 负电源电压近似相等 3 结构特征 运放一般工作在开环状态或引入正反馈 一 过零比较器 根据虚断 UOL UOH 阈值电压 1 反相过零比较器 电压传输特性 一 过零比较器 根据虚断 UOL UOH 阈值电压 1 反相过零比较器 电压传输特性 UZ UZ 2 有限幅的反相过零比较器 限流电阻 根据虚断 UZ UZ 3 同相过零比较器 电压传输特性 二 单限比较器 根据虚断 UZ UZ 阈值电压 1 反相单限比较器 电压传输特性 2 求和型单限比较器 根据虚断 阈值电压 电压传输特性 电路状态发生改变 3 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 存在的主要问题是输出电压波形不够陡 抗干扰能力差 错误的输出 干扰 输出波形不够陡 实际运放的开环增益不是 所以状态的跃变必须经过线性区 并需要经过一定的时间 三 迟滞比较器 施密特触发器 Rf引入正反馈 运放工作在非线性区 引入正反馈有两个作用 1 正反馈加快了uO的转换速度 输出电压波形很陡 2 电路有两个阈值电压 说明U 有两种取值 由叠加原理 ui很小时 输出 ui很大时 输出 电路状态发生跳变 ui由小增大 使uO从 UZ跳变为 UZ所需的阈值电压为UTH ui由大变小 使uO从 UZ跳变为 UZ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 与参考电压无关 正向阈值电压 负向阈值电压 回差电压 电压传输特性 UZ UZ 求阈值电压 电压传输特性 单限比较器 UZ UZ 迟滞比较器 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 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 四 窗口比较器 或门电路 电压传输特性 UOH UOL UOH UOL UOH UOH UOL UOL 0 四 窗口比较器 电压传输特性 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 输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况 2 通常用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系 3 电压传输特性有三个要素 1 阈值电压 2 输出的高 低电平 3 输出电压的跃变方向 决定于限幅电路 决定于ui作用于运放的哪个输入端 例题 电路如图示 输入为正弦信号 画出输出信号波形 已知 UR 6V UZ UZ 例题 电路如图示 输入为正弦信号 画出输出信号波形 已知 UR 3V UZ UZ 例题 电路如图示 输入信号为正弦波 画出输出信号波形 UZ UZ 例题 题7 13 P271 假设稳压管截止 则集成运放必然工作在开环状态 输出电压为UOH或UOL 只要输出电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压管击穿而工作在稳压状态 DZ构成反馈通路 使运放工作在线性区 u u 限幅 DZ 可见 虽然运放工作在线性区 但由于稳压管的特性 使之仍然具有电压比较器的特性 假设稳压管截止 必使右管击穿 左管导通 端虚地 假设稳压管截止 必使左管击穿 右管导通 端虚地 3V uB 6V uA 3V 3 6V 6V L H L L H H 亮 亮 亮 灭 灭 灭 灭 灭 灭 例题 电路如图所示 试分析电路中的发光二极管各在什么情况下发光 窗口比较器 7 6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 7 6 1有源滤波器 有源滤波器 由有源器件构成的滤波器 滤波器分类 希望抑制50Hz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 一阶有源低通滤波器 一阶有源高通滤波器 7 6集成运放其他应用简介 1 正弦波信号发生器 7 6 2波形发生器 热敏电阻稳幅作用 放大网络 正反馈网络兼作选频网络 2 非正弦波信号发生器 1 方波发生器 迟滞电压比较器 RC充放电回路 2 三角波发生器 方波发生器 积分电路 3 锯齿波发生器 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 第七章小结 一 集成运放的基本组成 输入级 差动放大电路 中间级 有源负载共射放大电路 输出级 互补推挽功率输出级 偏置电路 恒流源电路 二 理想运放的参数 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 运放工作在开环状态或引入正反馈 1 线性区 虚断和虚短 2 非线性区 开关特性 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工作在哪个区域 四 理想运放的线性应用 用它们组成的放大器各有什么特点 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 然后能根据给定的输入信号画出输出信号的波形 例题 集成运放为理想运放 最大输出电压UOPP 12V各运放各