模擬電路基礎：第3章 運算放大器的非線性應用(第六講)

1第3章運算放大器的非線性應用運算放大器的非線性應用是指運放在開環(huán)或加上正反饋后電路的工作狀態(tài)，在非線性應用方式下，運放的輸入端沒有“虛短”的特性，其輸入輸出信號不再滿足線性關系。本章主要介紹運算放大器的非線性應用，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集成定時器的功能和各種應用，最后舉例介紹利用運放的非線性和555構成實際應用電路。一、波形整形電路二、非正弦波產(chǎn)生電路三、555集成定時器四、運算放大器非線性應用舉例2第3章運算放大器的非線性應用3

波形整形電路主要用來對那些變化緩慢或不規(guī)則的信號進行整形，使其變成邊沿陡峭的信號，也可用于剔除輸入信號中的干擾信號，還可實現(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模擬電壓信號與一個基準（參考）電壓相比較，以鑒別其大小的電路。其鑒別的結果用比較器輸出的數(shù)字邏輯電平（高電平或低電平）來表示。5

1）運算放大器組成的基本比較器電路（1）最簡單的過零電壓比較器電路6uoui0+UOM-UOM++uoui過零比較器:(UR=0時)++uouiuoui0+UOM-UOM7uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號

++uouiUR–特點：運放處于開環(huán)狀態(tài)。當ui>UR時,uo=+Uom當ui<UR時,uo=-Uom

若ui從同相端輸入8++uouiURuoui0+Uom-UomUR當ui<UR時,uo=+Uom當ui>UR時,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?。uot+Uom-Uom10++uiuoui0+UZ-UZ電路改進：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二極管的應用舉例1：二極管半波整流12二極管的應用舉例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo13穩(wěn)壓二極管UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。+-UZ動態(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）動態(tài)電阻15++uiuoui0+UZ-UZ電路改進：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)壓管接在負反饋回路上161）、運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理想實際182）、集成電壓比較器

普通運放作為比較器運用時，僅適合于對輸出翻轉速度要求不太高的場合。集成比較器的響應速度較高，比較器LM311為200ns，而通用型運放LM301A為6μs。192）、集成電壓比較器(續(xù))

集成比較器LM311的應用比較靈活。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。應接上拉電阻。20比較器的特點1.電路簡單。2.當Ao不夠大時，輸出邊沿不陡。3.容易引入干擾。tuiuot過零附近仍處于放大區(qū)213）窗口比較器1、電路設R1=R2=R

，則兩門限：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。具有兩個基本性質：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的作用下，可從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉變到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。施密特觸發(fā)器就是一種用電平方式觸發(fā)，并對正向和負向增長的輸入信號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.因為有正反饋，所以輸出飽和。2.當uo正飽和時(uo=+UOM)：U+3.當uo負飽和時(uo=–UOM)：－++uoRR2R1ui參考電壓由輸出電壓決定

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

減小到UL時，輸出由-Uom跳變到Uom

。傳輸特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干擾不會引起跳轉。跳轉時，正反饋加速跳轉。26例：下行遲滯比較器的輸入為右圖波形時，畫出輸出的波形。－++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

時翻轉，可以求出上下門限電壓。上行遲滯比較器－++uoRR2R1ui當u+>u-=0

時,uo=+UOM當u+<u-=0時,uo=-UOM1)沒加參考電壓的上行遲滯比較器30uoui0Uom-Uom傳輸特性曲線UHUL－++uoRR2R1ui上下門限電壓：31－++uoRR2R1uiUR上下門限電壓：當uo=+UOM時：當uo=-UOM時：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對照33遲滯比較器電路改進：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：如何計算上下限？UZ－++uoRR2R1uiuo