集成运放的非线性应用

1、实验2.4 集成运放的非线性应用一、实验目的1、加深理解集成运放非线性应用的原理及特点。2、熟悉对波形变换与波形发生电路的设计方法。3、加深对波形变换与波形发生电路的工作原理的理解并掌握其波形及特性参 数的测试方法。二、实验原理1、滞回电压比较器图2.4.1（a）所示为反相输入滞回电压比较器。其中，RR2构成正反馈电 路，R。、Dz构成输出双向限幅电路。由于引入了正反馈，故运放工作在非线性状 态下，具有“虚断”和“虚短跳变”的特性。当由负值正向增加到大于等于其当u由正值反向减小到小于等于其阈值电压U时,u则由负的最大值U跳变ith2oOL全正的最大值UOH。上述这一（输入一输出）特性（即传输特

2、性）如图2.4.1（b） 所示。根据“虚短跳变”的条件，可以求得这两个阈值电压分别为RthRth 1 R + R OH12RUth 2= UOL122、过零比较器过零比较器如图2.4.2（a）所示，运算放大器工作在非线性状态，其输入和 输出的关系为U/0Uo=-Uz叩0Uo=+UzU0状态转变图 2.4.2图 2.4.2传输特性如图2.4.2（b）所示。3、波形变换电路滞回电压比较器可以直接用作波形变换。例如，当输入的*为一正弦波时（或 任何周期性非正弦波），其输出uo则为一矩形波，如图2.4.3所示。很显然，这一 变换只有在U大于U及U |时才能发生，否则u将始终为U或U。此外，当 mth1

3、 1 th 2oOH OLUth】与Uth2的绝对值相等时（对于图2.4.1的电路而言），uo为对称的矩形波，否则 uo为不对称的矩形波。uiUth1Uth2uoUOHUuiUth1Uth2uoUOHUOL图2.4.3 （正弦波一方波）波形变换波形图4、三角波一方波发生电路图2.4.4 （a）是一种最基本的三角波一方波发生电路；（b）则为其工作波形。 该电路是由一个滞回电压比较器和一个RfC负反馈网络构成。当电容C在Uoh的作 用下正向充电到U时，u由U跳变至U。此后C放电（在U的作用下反向充电），th1o OHOLOL当C两端电压降至Uth2时，uo将由Uol跳变至Uoh。如此周而复始，形成

4、自激振荡， 在C上产生一个近似的三角波，而在输出端产生一个对称的方波。（a）（三角波一方波）发生电路电路图UOHUolUth1（a）（三角波一方波）发生电路电路图UOHUolUth1Uth2（b）（三角波一方波）发生电路波形图图 2.4.4该电路的振荡频率与周期为:T = = 2 R C ln（1 + 竺）ffR三、实验设备1、模拟电路实验箱一套2、函数发生器一台3、双踪示波器一台4、数字万用表一块5、品体管毫伏表一块四、实验任务及步骤1、过零比较器 按实验电路图2.4.2（a）连线，确认无误，可接通电源。 外加正直流电压，从零开始逐渐加大，测量对应的输出电压。 再外加负直流电压，重复上一步，

5、记录测试数据。将以上测试数据填入自拟表格中，并画出相应的波形。2、波形变换电路按实验电路图2.4.1连线，从运放的反向输入端加一个正弦信号*，（f=100Hz、幅值为6V的正弦波，由函数发生器输出），用双踪示波器同时观察* 和u的波形，并用示波器测出U、U、U、U、及周期T。记录下此时的波形及 oOH OL im th1数据（自拟记录表）。改变*的幅值，观察uo波形的变化情况。3、三角波一方波发生电路按实验电路图2.4.4（a）连线，用双踪示波器同时观察uc及uo的波形，并测出此时的U、U、U、U、及T,再断开电源及R支路，用数字万用表测出此时 OH OL im th1f的R、R和R值。将以上

6、测试数据填入自拟表格中，并画出相应的波形。 f 124、自行设计一个占空比可调的矩形发生电路，并用实验验证之。五、注意事项注意仪器的共地点，即所有仪器的接地线应连接在一点上。运放12电源已由THM-4模拟电路实验箱提供。六、实验报告要求简要说明滞回电压比较器的工作原理、计算Uth1、Uth2的理论值。计算波形变换电路中uo的周期T的理论值，并与实验结果比较。根据给定参数，计算波形发生电路中u。的频率与幅值的理论值，并与实验 结果比较。写出实验的心得体会。七、思考题在波形变换电路中，方波的幅值与频率由哪些参数决定？在波形变换电路中，当输入的正弦波幅值不同时，u。的脉宽为何相同？当ui的幅值为何值时，输出端将不出现方波信号？在波形发生电路中，uc的波形由哪种性质的曲线组成？若要获得较理想的三角波输出，则电路参数应作何改进？波形变换及波形发生电路中，为什