模塊十四放大器非線性應用

1、電工電子技術基礎人民郵電出版社1知識模塊十四 放大器的非線性應用主要內容單值電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性遲滯電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性重點單值電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性遲滯電壓比較器的工作原理及電壓傳輸特性2一、單值電壓比較器1過零電壓比較器 圖14-1（a）為一種電壓比較器，ui 為待比較的輸入電壓。同相輸入端電壓為零，即參考電壓UREF =0，由于集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)，所以當 ui 0時，運放輸出為負的最大值，即UOL=-UOmax ，當ui 0時，運放輸出為正的最大值，即UOH=UOmax 。從圖14-1（a）中可見，運放的狀態(tài)在ui=0時翻轉,因此，該電路稱為過

2、零電壓比較器。 （a）電路圖 （b）電壓傳輸特性圖14-1 過零電壓比較器若以輸入電壓為橫坐標，輸出電壓為縱坐標，可畫出輸出電壓隨輸入電壓變化的關系曲線，稱之為傳輸特性。過零比較器的傳輸特性如圖14-1（b）所示。32非零電壓比較器 如果將參考電壓UREF 接在運算放大器的反相輸入端，待比較的輸入電壓ui接到同相輸入端，構成如圖14-2所示的同相輸入單限電壓比較器。圖中輸出端所接穩(wěn)壓管用以限定輸出電壓高低電平幅度，R為穩(wěn)壓管限流電阻。當ui UREF 時，輸出為高電平，UOH=UZ當 ui UREF 時，輸出為低電平UOH=-UZ ， 從圖中可見，由于 ui 從同相端輸入且只有一個門限，故稱為

3、同相輸入單限電壓比較器；反之，當ui由反相端輸入，UREF 改接到同相端，則稱為反相輸入單限電壓比較器。（a）電路 (b)傳輸特性圖14-2 同相輸入單限電壓比較器4【例14.1】設計一個電壓比較器，UREF=2V，要求如下：輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V；當輸入電壓大于2V時，輸出為低電平?！窘狻恳蜉斎腚妷捍笥?V時，輸出為低電平。故輸入信號應加在反相輸入端，同相輸入端加2V的參考電壓。又因輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V，故可采用具有限幅作用的硅穩(wěn)壓管接在輸出端，它的穩(wěn)定電壓為6V。當輸出高電平時，穩(wěn)壓管作普通二極管使用，其導通電壓約為0.7V，故輸出電壓為0.7

4、V；當輸出低電平時，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓為6V，故輸出電壓為-6V。綜上所述，滿足設計要求的電路如圖14-3所示。 圖14-3 例14.1圖5二、遲滯電壓比較器單門限比較電路結構簡單，但抗干擾能力差，例如當輸入信號受干擾在門限電壓附近變化時，則輸出電壓就會反復從一個電平轉換到另一個電平，若用這樣的信號去控制用電器，則會使之頻繁動作，造成錯誤控制。為了提高電路抗干擾能力，可以取兩個門限電壓的電壓比較器即遲滯電壓比較器。遲滯電壓比較器電路如圖14-4所示。 （a）電路圖 (b)電壓傳輸特性圖14-4 遲滯電壓比較器6由圖(a)可知式中：uo=UZ，與前面的電路相比，參考電壓UREF是變化的。設輸入電壓u

5、i很小，電路輸出高電位UOH=+ UZ，此時參考電位為 輸入電壓ui增加時，只要小于參考電壓u+，輸出電壓uo保持UOH=+ UZ不變；當輸入電壓增加到大于參考電壓u+時，輸出電壓由高電位UOH躍變到低電位UOL=- UZ，此時參考電壓也躍變?yōu)?當電路輸出UOL=- UZ后，如輸入電壓ui減小時，只要大于參考電壓，輸出電壓uo保持UOL=- UZ不變；當輸入電壓減小到小于參考電壓時，輸出電壓由低電位UOL躍變到高電位UOH=+ UZ，此時參考電壓也躍變。以后的過程周而復始。7當輸出為+UZ時， ，稱為上限閾值電壓；當輸出為-UZ時， ，稱為下限閾值電壓 。 兩個閾值的差稱為回差電壓，即 ，調節(jié)

6、R2、R3的比值，可改變回差電壓值?；夭铍妷捍?，抗干擾能力強，延時增加。實用中，就是通過調整回差電壓來改變電路某些性能的。 【例14.2】電路如圖14-5（a）所示，試求上、下限閾值電壓，并畫出電壓傳輸特性。 （a）電路圖 （b）電壓傳輸特性圖14-5 例14.2圖8【解】由電路可知，當反相輸入端電壓低于同相輸入端電壓時，輸出電壓被雙向穩(wěn)壓管箝位于在高電平6V。此時，同相輸入端電壓即為上限閾值電壓 當 V時，輸出電壓由高電平6V跳變?yōu)楸浑p向穩(wěn)壓管箝位的低電平 V。此時，同相輸入端電壓跳變?yōu)橄孪揲撝惦妷?故當反相輸入端電壓 V時，輸出電壓由低電平 -6V跳變?yōu)楦唠娖?V。電壓傳輸特性如圖（b）所示。9三、比較器的應用比較器主要用在測量電路、自動控制、越限報警、波形變化及對輸