电子技术第09讲(运放非线性应用)

1第9讲第12章集成运算放大器12.5.1限幅器12.5.2电压比较器12.5.3迟滞比较器12.6信号发生器12.6.1方波发生器12.5集成运放的非线性应用212.5集成运放的非线性应用所谓非线性应用是指：由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。312.5.1限幅器tuiu0tUZ+UF-(UZ+UF)-+AuoR1RFuiDZR+1.双向稳压管接于输出端R限流电阻一般取100特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路有非线性元件（二极管、稳压二极管）。DZ双向稳压管UZ稳压值,UF正向压降4uoui0传输特性DZ-+AuoR1RFui+2.双向稳压管接于负反馈回路上UZ+UF-(UZ+UF)+UOM-UOM512.5.2电压比较器++uouiURuoui0+Uom-UomURUR为参考电压当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uom特点:运放处于开环状态6++uouiURuoui0+Uom-UomUR当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uom若ui从反相端输入电压比较器(续)7uoui0+UOM-UOM++uoui过零比较器:当UR=0时++uouiuoui0+UOM-UOM电压比较器(续)8++uouituituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。9++uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压uoUZuoui0+UOM-UOM++uoui忽略了UF10电压比较器的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上++uiuoUZR´R_uoui0+UZ-UZR´=R1112.5.3迟滞比较器1.迟滞比较器(下行)特点:电路中使用正反馈,运放处于非线性状态1、因为有正反馈，所以输出饱和。2、当uo正饱和时(uo=+UOM)：Hom211+UURRRU+=+=3、当uo负饱和时(uo=-UOM)：Lom211+UURRRU+=+-=－++uoRR2R1uiU+12－++uoRR2R1uiU+迟滞比较器(下行)(续)uoui0+Uom-UomU+HU+L设ui,当ui=U+L,uo从-UOM+UOM这时,uo=-UOM,U+=U+L设初始值:uo=+UOM,U+=U+H设ui,当ui=U+H,uo从+UOM-UOM13传输特性uoui0+Uom-UomU+HU+LU+H上门限电压U+L下门限电压U+H-U+L称为回差om211URRR+=HU+om211URRR+=-LU+14tuiU+HU+LtuoUom-Uom例:设输入为正弦波,画出输出的波形。－++uoRR2R1uiU+15R212om211HURRRURRRU+++=+R212om211LURRRURRRU+++-=+加上参考电压后的迟滞比较器(下行)：－++uoRR2R1uiUR上下限：uoui0U+HU+L传输特性+UOM-UOM16例题：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UR=9V当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。uoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiUR传输特性上下限：R212om211HURRRURRRU+++=+=10VR212om211LURRRURRRU+++-=+=2V172V10Vuiuo+UOM-UOMuoui0U+HU+L传输特性+UOM-UOM－++uoRR2R1uiUR18－++uoRR2R1uiURuoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomU+HU+L迟滞比较器(下行)两种电路传输特性的比较:192.迟滞比较器(上行)u+=0时翻转，可以求出上下门限电压。0URRRuRRRom211i212=+++－++uoRR2R1ui当u+u-=0时,uo=+UOM当u+u-=0时,uo=-UOM0URRRRRRom211212=+-+ui当uo=-UOM当uo=+UOMom21HURRU=+ui=om21LURRU-=+ui=20U+HU+Luoui0Uom-Uom传输特性曲线－++uoRR2R1ui迟滞比较器(上行)(续)om21HURRU=+om21LURRU-=+上下门限电压21加上参考电压后的迟滞比较器(上行)：－++uoRR2R1uiURom21HURRU=+om21LURRU-=+上下门限电压URURRRuRRRom211i212=+++当uo=+UOM当uo=-UOMURRRRRRom211212=+-+uiURURR2RR21++URR2RR21++22加上参考电压后的迟滞比较器(上行)传输特性：－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1ui对照U+HU+Luoui0Uom-UomU+HU+Luoui0Uom-Uom231.电路结构12.6.1方波发生器下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。om211HURRRU+=+om211LURRRU+-=+上下限:－++RR1R2Cucuo12.6信号发生电路242.工作原理：(1)设uo=+UOM,此时，输出给C充电,uc则：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦ucU+H,就有u-u+,在ucU+H时，u-u+,uo立即由＋UOM变成－UOM,设uC初始值uC(0+)=0方波发生器uo保持+UOM不变UOM25此时，C经输出端放电,再反向充电(2)当uo=-UOM时，u+=U+Luc达到U+L时，uo上翻－++RR1R2C+ucuoU+HuctU+L当uo重新回到＋UOM以后，电路又进入另一个周期性的变化。-UOM260U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuo)21ln(221RRRCT+=f=1/T此期间是分析问题时的假设,实际上用示波器观察波形时看不到这段波形.27周期与频率的计算：－++RR1R2C+ucuo0U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2TT=T1+T2=2T2，因正反向充电条件一样T1=T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tT2阶段uc(t)的过渡过程方程为:280U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tUC(0+)=om211LURRRU+-=+UC()=+UOMom211HURRRU+=+t=T2时,uc(t=T2)=周期与频率的计算：)21ln(21RRRCT2+=)21ln(221RRRCT+=29思考题：点b是电位器RW的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于a、b、c三点时的uo-uc相对应的波形图。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc设RwaRwcUOMuo0t-UOM30本课作业－++RR1R2Cuo补充题:在方波发生器中,R=10k,C=0.1F,R2=R1=10k,计算方波频率,画出uo及uc的波形，设UOM=14V。uc