第六章集成运算放大器的非线性应用.ppt

第六章集成运算放大器的非线性应用
第一页，共35页
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。
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运放非线性应用的条件与特点（1）
+
+
-
ui1
ui2
uo
Δ A
+U
-U
在图示运放电路中，有
uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui
0
ui(mV)
uo(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

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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}
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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
电压比较
ui
UR
uo
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

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单限电压比较器（2）
过零电压比较器
+
+
-
Δ ∞
R1
R2
ui
u0
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
0
ui
uo
第六页，共35页
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
0
t
uo
ui>0
uo=UOM
ui<0
uo=-UOM
+ UOM
- UOM
+
+
-
Δ ∞
R1
R2
ui
u0
R
±UZ
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？
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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
+
+
-
Δ ∞
R1
R2
ui
u0
R
±UZ
UR
ui
0
uo
UR
+UZ
-UZ
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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
uo
ui<UR
uo=UZ
ui>UR
uo=-UZ
UR
ui<UR
uo=UZ
+UZ
-UZ
UR’
第九页，共35页
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。
+
+
-
Δ ∞
R
R/2
ui
u0
R
±UZ
R
+3V
解：
（1）
由非线性工作特点，有
uo=
+UZ 当u+>u-
-UZ 当u+<u-