模擬電路基礎(chǔ)：第3章 運(yùn)算放大器的非線(xiàn)性應(yīng)用(第六講)

1第3章運(yùn)算放大器的非線(xiàn)性應(yīng)用運(yùn)算放大器的非線(xiàn)性應(yīng)用是指運(yùn)放在開(kāi)環(huán)或加上正反饋后電路的工作狀態(tài)，在非線(xiàn)性應(yīng)用方式下，運(yùn)放的輸入端沒(méi)有“虛短”的特性，其輸入輸出信號(hào)不再滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系。本章主要介紹運(yùn)算放大器的非線(xiàn)性應(yīng)用，包括電壓比較、電平鑒別、波形變換、波形產(chǎn)生等，介紹常用的555集成定時(shí)器的功能和各種應(yīng)用，最后舉例介紹利用運(yùn)放的非線(xiàn)性和555構(gòu)成實(shí)際應(yīng)用電路。一、波形整形電路二、非正弦波產(chǎn)生電路三、555集成定時(shí)器四、運(yùn)算放大器非線(xiàn)性應(yīng)用舉例2第3章運(yùn)算放大器的非線(xiàn)性應(yīng)用3

波形整形電路主要用來(lái)對(duì)那些變化緩慢或不規(guī)則的信號(hào)進(jìn)行整形，使其變成邊沿陡峭的信號(hào)，也可用于剔除輸入信號(hào)中的干擾信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)將一種波形變換為另一種波形的功能。一、波形整形電路41、電壓比較器電壓比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)（參考）電壓相比較，以鑒別其大小的電路。其鑒別的結(jié)果用比較器輸出的數(shù)字邏輯電平（高電平或低電平）來(lái)表示。5

1）運(yùn)算放大器組成的基本比較器電路（1）最簡(jiǎn)單的過(guò)零電壓比較器電路6uoui0+UOM-UOM++uoui過(guò)零比較器:(UR=0時(shí))++uouiuoui0+UOM-UOM7uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號(hào)

++uouiUR–特點(diǎn)：運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。當(dāng)ui>UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UR時(shí),uo=-Uom

若ui從同相端輸入8++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UR時(shí),uo=-Uom

若ui從反相端輸入9++uouitui例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲āot+Uom-Uom10++uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。++uiuoUZRR′uoUZ電壓比較器的另一種形式——將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上11

二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降0.7V(硅二極管)(理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0)RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流12二極管的應(yīng)用舉例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo13穩(wěn)壓二極管UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線(xiàn)越陡，電壓越穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。IZmin14（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）額定功耗穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓UZ（2）溫度系數(shù)（%/℃）穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻15++uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。++uiuoUZRR′uoUZ電壓比較器的另一種形式——將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上161）、運(yùn)算放大器組成的基本比較器電路(續(xù))（2）串聯(lián)型和并聯(lián)型比較器電路17理想實(shí)際182）、集成電壓比較器

普通運(yùn)放作為比較器運(yùn)用時(shí)，僅適合于對(duì)輸出翻轉(zhuǎn)速度要求不太高的場(chǎng)合。集成比較器的響應(yīng)速度較高，比較器LM311為200ns，而通用型運(yùn)放LM301A為6μs。192）、集成電壓比較器(續(xù))

集成比較器LM311的應(yīng)用比較靈活。其電源電壓可用+15V，也可在5V單電源下工作。電路通常由⑦腳輸出，可由①腳輸出。應(yīng)接上拉電阻。20比較器的特點(diǎn)1.電路簡(jiǎn)單。2.當(dāng)Ao不夠大時(shí)，輸出邊沿不陡。3.容易引入干擾。tuiuot過(guò)零附近仍處于放大區(qū)213）窗口比較器1、電路設(shè)R1=R2=R

，則兩門(mén)限：2、傳輸特性222、施密特觸發(fā)器電路觸發(fā)器是一種具有記憶作用的部件。具有兩個(gè)基本性質(zhì)：一是在一定的條件下，輸出可以維持在兩種穩(wěn)定狀態(tài)之一并保持不變；二是在一定的外加信號(hào)的作用下，可從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。施密特觸發(fā)器就是一種用電平方式觸發(fā)，并對(duì)正向和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)具有不同的閾值電平，從而使傳輸特性具有遲滯特性的觸發(fā)器。其電路形式很多。23用電壓比較器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路

電路及傳輸特性如圖所示。R限流、VDZ限幅、R1和R2引入電壓串聯(lián)正反饋。24下行遲滯比較器分析1.因?yàn)橛姓答?，所以輸出飽和?.當(dāng)uo正飽和時(shí)(uo=+UOM)：U+3.當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)(uo=–UOM)：－++uoRR2R1ui參考電壓由輸出電壓決定

1)沒(méi)加參考電壓的下行遲滯比較器25分別稱(chēng)UH和UL上下門(mén)限電壓。稱(chēng)(UH-UL)為回差。當(dāng)ui增加到UH時(shí)，輸出由Uom跳變到-Uom；－++uoRR2R1ui當(dāng)ui

減小到UL時(shí)，輸出由-Uom跳變到Uom

。傳輸特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干擾不會(huì)引起跳轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)時(shí)，正反饋加速跳轉(zhuǎn)。26例：下行遲滯比較器的輸入為右圖波形時(shí)，畫(huà)出輸出的波形。－++uoRR2R1ui272)加上參考電壓后的下行遲滯比較器加上參考電壓后的上下限：－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL28下行遲滯比較器兩種電路傳輸特性的比較:－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL29u+=0

時(shí)翻轉(zhuǎn)，可以求出上下門(mén)限電壓。上行遲滯比較器－++uoRR2R1ui當(dāng)u+>u-=0

時(shí),uo=+UOM當(dāng)u+<u-=0時(shí),uo=-UOM1)沒(méi)加參考電壓的上行遲滯比較器30uoui0Uom-Uom傳輸特性曲線(xiàn)UHUL－++uoRR2R1ui上下門(mén)限電壓：31－++uoRR2R1uiUR上下門(mén)限電壓：當(dāng)uo=+UOM時(shí)：當(dāng)uo=-UOM時(shí)：2)加上參考電壓后的上行遲滯比較器32傳輸特性：UHULuoui0Uom-Uom－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL對(duì)照33遲滯比較器電路改進(jìn)：為了穩(wěn)定輸出電壓，可以在輸出端加上雙向穩(wěn)壓管。思考題：如何計(jì)算上下限？UZ－++uoRR2R1uiuo