1、 運放的非線性應用電路運放的非線性應用電路 比較器比較器 非線性應用：非線性應用：是指由運放組成的電路處于非線性狀是指由運放組成的電路處于非線性狀態，輸出與輸入的關系態，輸出與輸入的關系 uo=f( ui ) 是非線性函數。是非線性函數。確定運放工作區的方法：確定運放工作區的方法：判斷電路中有無負反饋。判斷電路中有無負反饋。若有負反饋，則運放工作在線性區；若有負反饋，則運放工作在線性區；若無負反饋，或有正反饋，則運放工作在非線性區。若無負反饋，或有正反饋，則運放工作在非線性區。處于非線性狀態運放的特點：處于非線性狀態運放的特點：1. 虛短路不成立。虛短路不成立。2. 輸入電阻仍可以認為很大。輸

2、入電阻仍可以認為很大。3. 輸出電阻仍可以認為是輸出電阻仍可以認為是0。 比較器的功能是比較兩個電壓的大小。比較器的功能是比較兩個電壓的大小。 常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗口比較器和具有滯回特性的施密特觸發器。這些口比較器和具有滯回特性的施密特觸發器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值的具有兩個閾值。比較器的基本特點為：比較器的基本特點為： 工作在開環或正反饋狀態。工作在開環或正反饋狀態。開關特性，因開環增益很大，開關特性，因開環增益很大，比較器的輸出只有高電比較器的輸出只有高電

3、平和低電平兩個穩定狀態。平和低電平兩個穩定狀態。非線性，非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關系。因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關系。 1 簡單電壓比較器簡單電壓比較器uoui0+Uom-UomUR傳輸特性傳輸特性UR：參考電壓：參考電壓 ui ：被比較信號：被比較信號 +uouiUR特點：運放處于開環狀態。特點：運放處于開環狀態。當當ui UR時時 , uo = +Uom當當ui UR時時 , uo = -Uom 一、一、若若ui從同相端輸入從同相端輸入 +uouiURuoui0+Uom-UomUR當當ui UR時時 , uo = -Uom 二、二、 若若ui從反相端輸入從反相端輸入

4、uoui0+UOM-UOM+uoui三、過零比較器三、過零比較器: (UR =0時時)+uouiuoui0+UOM-UOM +uouitui例：例：利用電壓比較器將正利用電壓比較器將正弦波變為方波。弦波變為方波。uot+Uom-Uom 分析分析1. 因為有正反饋，所以因為有正反饋，所以輸出飽和。輸出飽和。2. 當當uo正飽和時正飽和時(uo =+UOM)U+HomUURRRU2113. 當當uo負飽和時負飽和時(uo =UOM)LomUURRRU211+uoRR2R1ui參考電壓由參考電壓由輸出電壓決定輸出電壓決定2 施密特觸發器遲滯比較器施密特觸發器遲滯比較器特點：特點：電路中使用正反饋，電

5、路中使用正反饋， 運放處于非線性狀態。運放處于非線性狀態。1. 沒加參考電壓的下沒加參考電壓的下行遲滯比較器行遲滯比較器 omHURRRU211omLURRRU211分別稱分別稱UH和和UL上下門限電壓上下門限電壓。稱。稱(UH - UL)為為回差或門限回差或門限寬度寬度。當當ui 增加增加到到UH時，輸出時，輸出由由Uom跳變到跳變到-Uom；+uoRR2R1ui當當ui 減小減小到到UL時，輸出時，輸出由由-Uom跳變到跳變到Uom 。傳輸特性：傳輸特性：UHULuoui0Uom-Uom tuiUom-UomtuiUHUL例：例：下行遲滯比較器的下行遲滯比較器的輸入為正弦波時，輸入為正弦波

6、時，畫出輸出的波形。畫出輸出的波形。+uoRR2R1ui RomHURRRURRRU212211RomLURRRURRRU2122112. 加上參考電壓后的下行遲滯比較器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：加上參考電壓后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL 例：例：R1=10k ，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V當輸入當輸入 ui 為如圖所示的波形時，畫出輸出為如圖所示的波形時，畫出輸出uo的波形。的波形。+uoRR2R1uiUR5V10Vuit0 門限電壓：門限電壓：V2212211RomLURRRURRRU+UOM-UOM根據傳輸

7、特性畫輸出波形圖根據傳輸特性畫輸出波形圖uiuott10V5V002VV10212211RomHURRRURRRU +uoRR2R1ui+uoRR2R1ui3 3、上行遲滯比較器、上行遲滯比較器沒加參考電壓的沒加參考電壓的上行遲滯比較器上行遲滯比較器 加上參考電壓后的加上參考電壓后的上行遲滯比較器上行遲滯比較器UR 3 窗口比較器窗口比較器 電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構成電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構成設設R1 =R2，則：，則：DLHDCC212DCCL2=)2(21)2(=VVVVVRRRVVV 當當vIVH時，時，vO1為為高電平高電平，D3導通；導通；vO2為為低

8、低電平電平, D4截止，截止，vO= vO1。 當當vI VL時，時，vO2為高為高電平，電平，D4導通；導通；vO1為低為低電平，電平，D3截止，截止，vO= vO2 當當VH vI VL時，時，vO1為低電平，為低電平，vO2為低電為低電平，平，D3、D4截止，截止，vO為為 為低電平為低電平。 一、電路結構一、電路結構omHURRRU211omLURRRU211上下門上下門限電壓：限電壓：下行的遲滯比較器，下行的遲滯比較器，輸出經積分電路再輸出經積分電路再輸入到此比較器的輸入到此比較器的反相輸入端。反相輸入端。+RR1R2C+ucuo4 方波發生器方波發生器 二、工作原理二、工作原理1.

9、 設設 uo = + UOM此時，輸出給此時，輸出給C 充電充電則：則：u+=UH0tuoUOM-UOMU+Huc0tuo 立即由立即由UOM 變成變成UOM +RR1R2C+ucuoUc上升上升到到UH時，時，uo下下翻翻。 此時，此時，C 經輸出端放電。經輸出端放電。2. 當當uo = -UOM 時，時，u+=ULuc降到降到UL時，時，uo上翻上翻。UHuctUL當當uo 重新回到重新回到UOM 以后，電路又進入另一個以后，電路又進入另一個周期性的變化。周期性的變化。+RR1R2C+ucuo 0UHuctULUOMuo0t- UOMT輸出波形：輸出波形：+RR1R2C+ucuo實際運放實

10、際運放由于工藝問題，實際運放達不到理想運放的性能。由于工藝問題，實際運放達不到理想運放的性能。以下方面是運放的重要指標，據此選擇運放。以下方面是運放的重要指標，據此選擇運放。1 1，失調電壓及其漂移，失調電壓及其漂移由于實際運放內部電路元件不完全對稱，由于實際運放內部電路元件不完全對稱，輸入端短路時輸出電壓不為零輸入端短路時輸出電壓不為零。折合為輸入端的折合為輸入端的等效電壓等效電壓，UooUoo隨溫度變化，稱為失調電壓的隨溫度變化，稱為失調電壓的漂移漂移。2 2，偏置和失調電流，偏置和失調電流由于實際運放內部電路元件不完全對稱，由于實際運放內部電路元件不完全對稱，兩個輸入端具有兩個輸入端具有很小、不等很小、不等的直流電流。的直流電流。兩個輸入電流的兩個輸入電流的平均值平均值 稱為稱為 偏置電流偏置電流 IB 差差 稱為稱為 輸入失調電流輸入失調電流 IIO偏置電流、失調電流也隨溫度變化。偏置電流、失調電流也隨溫度變化。3 3，共模抑制比，共模抑制比差模信號差模信號共模信號共模信號4 4，飽和電壓和電流，飽和電壓和電流實際飽和輸出比正、負電源電壓實際飽和輸出比正、負電源電壓小小1 12V2V。（晶體管導通電壓）（晶體管導通電壓