集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn)2.4 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深理解集成運(yùn)放非線性應(yīng)用的原理及特點(diǎn)。2、熟悉對(duì)波形變換與波形發(fā)生電路的設(shè)計(jì)方法。3、加深對(duì)波形變換與波形發(fā)生電路的工作原理的理解并掌握其波形及特性參 數(shù)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、滯回電壓比較器圖2.4.1（a）所示為反相輸入滯回電壓比較器。其中，RR2構(gòu)成正反饋電 路，R。、Dz構(gòu)成輸出雙向限幅電路。由于引入了正反饋，故運(yùn)放工作在非線性狀 態(tài)下，具有“虛斷”和“虛短跳變”的特性。當(dāng)由負(fù)值正向增加到大于等于其當(dāng)u由正值反向減小到小于等于其閾值電壓U時(shí),u則由負(fù)的最大值U跳變ith2oOL全正的最大值UOH。上述這一（輸入一輸出）特性（即傳輸特

2、性）如圖2.4.1（b） 所示。根據(jù)“虛短跳變”的條件，可以求得這兩個(gè)閾值電壓分別為RthRth 1 R + R OH12RUth 2= UOL122、過零比較器過零比較器如圖2.4.2（a）所示，運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)，其輸入和 輸出的關(guān)系為U/0Uo=-Uz叩0Uo=+UzU0狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖 2.4.2圖 2.4.2傳輸特性如圖2.4.2（b）所示。3、波形變換電路滯回電壓比較器可以直接用作波形變換。例如，當(dāng)輸入的*為一正弦波時(shí)（或 任何周期性非正弦波），其輸出uo則為一矩形波，如圖2.4.3所示。很顯然，這一 變換只有在U大于U及U |時(shí)才能發(fā)生，否則u將始終為U或U。此外，當(dāng) mth1

3、 1 th 2oOH OLUth】與Uth2的絕對(duì)值相等時(shí)（對(duì)于圖2.4.1的電路而言），uo為對(duì)稱的矩形波，否則 uo為不對(duì)稱的矩形波。uiUth1Uth2uoUOHUuiUth1Uth2uoUOHUOL圖2.4.3 （正弦波一方波）波形變換波形圖4、三角波一方波發(fā)生電路圖2.4.4 （a）是一種最基本的三角波一方波發(fā)生電路；（b）則為其工作波形。 該電路是由一個(gè)滯回電壓比較器和一個(gè)RfC負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。當(dāng)電容C在Uoh的作 用下正向充電到U時(shí)，u由U跳變至U。此后C放電（在U的作用下反向充電），th1o OHOLOL當(dāng)C兩端電壓降至Uth2時(shí)，uo將由Uol跳變至Uoh。如此周而復(fù)始，形成

4、自激振蕩， 在C上產(chǎn)生一個(gè)近似的三角波，而在輸出端產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱的方波。（a）（三角波一方波）發(fā)生電路電路圖UOHUolUth1（a）（三角波一方波）發(fā)生電路電路圖UOHUolUth1Uth2（b）（三角波一方波）發(fā)生電路波形圖圖 2.4.4該電路的振蕩頻率與周期為:T = = 2 R C ln（1 + 竺）ffR三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、模擬電路實(shí)驗(yàn)箱一套2、函數(shù)發(fā)生器一臺(tái)3、雙蹤示波器一臺(tái)4、數(shù)字萬用表一塊5、品體管毫伏表一塊四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及步驟1、過零比較器 按實(shí)驗(yàn)電路圖2.4.2（a）連線，確認(rèn)無誤，可接通電源。 外加正直流電壓，從零開始逐漸加大，測(cè)量對(duì)應(yīng)的輸出電壓。 再外加負(fù)直流電壓，重復(fù)上一步，

5、記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。將以上測(cè)試數(shù)據(jù)填入自擬表格中，并畫出相應(yīng)的波形。2、波形變換電路按實(shí)驗(yàn)電路圖2.4.1連線，從運(yùn)放的反向輸入端加一個(gè)正弦信號(hào)*，（f=100Hz、幅值為6V的正弦波，由函數(shù)發(fā)生器輸出），用雙蹤示波器同時(shí)觀察* 和u的波形，并用示波器測(cè)出U、U、U、U、及周期T。記錄下此時(shí)的波形及 oOH OL im th1數(shù)據(jù)（自擬記錄表）。改變*的幅值，觀察uo波形的變化情況。3、三角波一方波發(fā)生電路按實(shí)驗(yàn)電路圖2.4.4（a）連線，用雙蹤示波器同時(shí)觀察uc及uo的波形，并測(cè)出此時(shí)的U、U、U、U、及T,再斷開電源及R支路，用數(shù)字萬用表測(cè)出此時(shí) OH OL im th1f的R、R和R值。將以上

6、測(cè)試數(shù)據(jù)填入自擬表格中，并畫出相應(yīng)的波形。 f 124、自行設(shè)計(jì)一個(gè)占空比可調(diào)的矩形發(fā)生電路，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之。五、注意事項(xiàng)注意儀器的共地點(diǎn)，即所有儀器的接地線應(yīng)連接在一點(diǎn)上。運(yùn)放12電源已由THM-4模擬電路實(shí)驗(yàn)箱提供。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求簡(jiǎn)要說明滯回電壓比較器的工作原理、計(jì)算Uth1、Uth2的理論值。計(jì)算波形變換電路中uo的周期T的理論值，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較。根據(jù)給定參數(shù)，計(jì)算波形發(fā)生電路中u。的頻率與幅值的理論值，并與實(shí)驗(yàn) 結(jié)果比較。寫出實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)。七、思考題在波形變換電路中，方波的幅值與頻率由哪些參數(shù)決定？在波形變換電路中，當(dāng)輸入的正弦波幅值不同時(shí)，u。的脈寬為何相同？當(dāng)ui的幅值為何值時(shí)，輸出端將不出現(xiàn)方波信號(hào)？在波形發(fā)生電路中，uc的波形由哪種性質(zhì)的曲線組成？若要獲得較理想的三角波輸出，則電路參數(shù)應(yīng)作何改進(jìn)？波形變換及波形發(fā)生電路中，為什