運(yùn)放的非線性應(yīng)用 電路知識(shí)講解

模擬信號(hào)比較電路運(yùn)放非線性應(yīng)用的條件和分析特點(diǎn)單限電壓比較器滯回電壓比較器運(yùn)放非線性應(yīng)用的條件與特點(diǎn)〔1〕++-ui1ui2uoΔA+U-U在圖示運(yùn)放電路中，有

uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui0ui(mV)uo(V)其傳輸特性如下圖線性區(qū)非性區(qū)非性區(qū)結(jié)論：集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)與正反響工作是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用的充分必要條件。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的條件運(yùn)放非線性應(yīng)用的條件與特點(diǎn)〔2〕運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)下的兩個(gè)特點(diǎn)設(shè)+UOM與-UOM為運(yùn)放為運(yùn)放輸出的正、負(fù)最大值，有uo=+UOM當(dāng)u+>u--UOM當(dāng)u+<u-虛接跳變

設(shè)I+與I-為運(yùn)放同相與反相端的輸入電流

，因?yàn)閷?duì)于理想運(yùn)放有rid=∞，所以I+=I-=0虛斷{end}注意：運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)，U+=U_1.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開(kāi)環(huán)或引入正反響。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)根本分析方法2.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：假設(shè)U+＞U-那么UO=+UOM；假設(shè)U+＜U-那么UO=-UOM。虛斷〔運(yùn)放輸入端電流=0〕注意：此時(shí)不能用虛接！運(yùn)放非線性應(yīng)用電壓比較器：波形發(fā)生電路：?jiǎn)蜗薇容^器滯回比較器窗口比較器三態(tài)比較器矩形波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路單限電壓比較器〔1〕電壓比較器的功能：利用輸出信號(hào)的變化，比較兩個(gè)電壓的大小電壓比較uiURuo參考電壓比較信號(hào)電壓輸出電壓=+UOM-UOM電壓比較器的閾值：指ui與UR比較時(shí)，使輸出發(fā)生跳變時(shí)的ui值。電壓比較器的分類：?jiǎn)蜗薇容^器滯回比較器窗口比較器三態(tài)比較器單限電壓比較器〔2〕過(guò)零電壓比較器++-Δ∞R1R2uiu0結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：運(yùn)放工作于開(kāi)環(huán)狀態(tài)參考電壓UR=0UR=0分析方法：第一步：由運(yùn)放非線性工作特點(diǎn)，有uo=+UOM當(dāng)u+>u--UOM當(dāng)u+<u-第二步：由電路求u+與u-對(duì)圖示電路，有u+=ui

、u-=0第三步：求閾值，得出比較器的傳輸特性因?yàn)楫?dāng)u+=u-時(shí)輸出發(fā)生跳變，此時(shí)ui=0，所以Uth=ui=0比較器的傳輸特性u(píng)o=+UOM當(dāng)ui>0-UOM當(dāng)ui<00uiuo單限電壓比較器〔3〕過(guò)零電壓比較器可將正弦波變換為矩形波0tuo

ui>0

uo=UOM

ui<0

uo=-UOM

+

UOM

-

UOM++-Δ∞R1R2uiu0R±UZ帶限幅的過(guò)零電壓比較器傳輸特性u(píng)o=+UZ當(dāng)ui>0-UZ當(dāng)ui<0R有何作用？單限電壓比較器〔4〕任意電壓比較器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：運(yùn)放工作于開(kāi)環(huán)狀態(tài)參考電壓UR≠0UR≠0分析方法：第一步：由運(yùn)放非線性工作特點(diǎn)，有uo=+UZ當(dāng)u+>u--UZ當(dāng)u+<u-第二步：由電路求u+與u-對(duì)圖示電路，有u+=UR、u-=ui

第三步：求閾值，得出比較器的傳輸特性因?yàn)楫?dāng)u+=u-時(shí)輸出發(fā)生跳變，此時(shí)ui=UR，所以Uth=ui=UR比較器的傳輸特性u(píng)o=-UZ當(dāng)ui>UR+UZ當(dāng)ui<UR++-Δ∞R1R2uiu0R±UZURui0uoUR+UZ-UZ單限電壓比較器〔5〕改變參考電壓，可實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的矩形波0tuo

ui<UR

uo=UZ

ui>UR

uo=-UZUR

ui<UR

uo=UZ+UZ-UZ例：有一電壓比較器如下圖，R1=R2.試求閾值電壓、并作傳輸特性。++-Δ∞R2R/2uiu0R±UZR1+3V由疊加定理得：+UZ當(dāng)u+>u-解：〔1〕由運(yùn)放非線性工作特點(diǎn)，有uo=-UZ當(dāng)u+<u-〔2)由電路求u+與u-對(duì)圖示電路，有u+=0(3)求閾值，得出比較器的傳輸特性因?yàn)楫?dāng)u+=u-時(shí)輸出發(fā)生跳變，此時(shí)ui=-3V，所以Uth=ui=-3V比較器的傳輸特性u(píng)o=+UZ當(dāng)ui<-3V-UZ當(dāng)ui>-3Vui0uo-3VUoM-UoM電壓比較器的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反響回路上++uiuoUZR′R_uoui0+UZ-UZR′=R{end}滯回電壓比較器〔1〕單限電壓比較器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，但抗干擾能力較差。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)0tuo干擾引起系統(tǒng)誤動(dòng)作解決措施采用滯回比較器反相滯回比較器++-Δ∞R1R2URu0uiR3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：運(yùn)放工作于正反響狀態(tài)比較信號(hào)參加反相輸入端分析過(guò)程：第一步：由運(yùn)放非線性工作特點(diǎn)，有uo=+UOM當(dāng)u+>u--UOM當(dāng)u+<u-第二步：由電路求u+與u-(1)對(duì)圖示電路，有u-=ui(2)用疊加原理求u+uo單獨(dú)作用UR單獨(dú)作用注意：對(duì)于不同的輸出值，U+有兩個(gè)取值滯回電壓比較器〔3〕第三步：求閾值因?yàn)楫?dāng)u+=u-時(shí)輸出發(fā)生跳變，此時(shí)ui=Uth，所以當(dāng)uo=+UOM時(shí)，當(dāng)uo=-UOM時(shí)，注意：Uth1>Uth2++-Δ∞R1R2URu0uiR3滯回電壓比較器〔4〕第四步：分析傳輸特性〔1〕ui由-∞逐漸增大ui=-∞時(shí)，uo=+UOM，閾值為Uth1-∞<ui<Uth1時(shí)，uo=+UOMui=Uth1時(shí)，跳變，uo=-UOM0uiuoui>Uth1時(shí)，uo=-UOM，閾值為Uth2Uth1+UOM-UOM〔2〕ui由+∞逐漸減小ui=+∞時(shí)，uo=-UOM，閾值為Uth2Uth2<ui<+∞時(shí)，uo=-UOMui=Uth2時(shí)，跳變，uo=+UOMui<Uth2時(shí)，uo=+UOM，閾值為Uth1Uth2定義：回差電壓Δuth=Uth1-Uth2++-Δ∞R1R2URu0uiR3滯回電壓比較器〔5〕0tuo回差電壓越大，比較器抗干擾能力越強(qiáng)。Uth1Uth2+UOM-UOM只要干擾大小在回差以內(nèi)，電路不受影響滯回電壓比較器〔6〕同相滯回比較器++-Δ∞R3R1uiu0R±UZURR2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：運(yùn)放工作于正反響狀態(tài)比較信號(hào)參加同相輸入端(1)閾值計(jì)算對(duì)圖示電路，有u-=UR用疊加原理求u+uo單獨(dú)作用ui單獨(dú)作用注意：對(duì)于不同的輸出值，U+有兩個(gè)取值滯回電壓比較器〔7〕當(dāng)uo=-UZ時(shí)，所以當(dāng)uo=+UZ時(shí)，所以++-Δ∞R3R1uiu0R±UZURR2Uth1>Uth2滯回電壓比較器〔8〕(2)分析傳輸特性u(píng)i由-∞逐漸增大ui=-∞時(shí)，uo=-UOM，閾值為Uth1-∞<ui<Uth1時(shí)，uo=-UOMui=Uth1時(shí)，跳變，uo=+UOM0uiuoui>Uth1時(shí)，uo=+UOM，閾值為Uth2Uth1+UOM-UOM〔2〕ui由+∞逐漸減小ui=+∞時(shí)，uo=+UOM，閾值為Uth2Uth2<ui<+∞時(shí)，uo=+UOMui=Uth2時(shí)，跳變，uo=-UOMui<Uth2時(shí)，uo=-UOM，閾值為Uth1Uth2{end}++-Δ∞R3R1uiu0R±UZURR2例題：R1=10k，R2=10k，UZ=6V，UR=10V。當(dāng)輸入ui為如下圖的波形時(shí)，畫(huà)出輸出uo的波形。上下限：滯回電壓比較器〔9〕3V8Vuiuo+UZ-UZ滯回電壓比較器〔10〕++-Δ∞100Kui50K-u0+100KMNP例圖示運(yùn)放最大輸出電壓為±15V.計(jì)算以下幾種接法時(shí)的uo，并說(shuō)出此時(shí)電路的名稱。〔1〕M與N相連，ui=1V；〔2〕M懸空，ui=1V；〔3〕M與P相連，uo原為15V，現(xiàn)輸入信號(hào)增加至ui=6V解:(1)M與N相連，電路為反相比例電路。uo=-ui=-1V〔2〕M懸空，電路為過(guò)零比較器。uo=-15V〔3〕