集成运放的非线性应用.docVIP

实验2.4 集成运放的非线性应用 一、实验目的 1、加深理解集成运放非线性应用的原理及特点。 2、熟悉对波形变换与波形发生电路的设计方法。 3、加深对波形变换与波形发生电路的工作原理的理解并掌握其波形及特性参数的测试方法。 二、实验原理 1、滞回电压比较器 图2.4.1（a）所示为反相输入滞回电压比较器。其中，R1、R2构成正反馈电路，RO、Dz构成输出双向限幅电路。由于引入了正反馈，故运放工作在非线性状态下，具有“虚断”和“虚短跳变”的特性。当ui由负值正向增加到大于等于其阈值电压Uth1时，输出uo将由正的最大值UOH跳变为负的最大值UOL；反过来， 图2.4.2 当ui由正值反向减小到小于等于其阈值电压Uth2时,uo则由负的最大值UOL跳变至正的最大值UOH。上述这一（输入—输出）特性（即传输特性）如图2.4.1（b）所示。 根据“虚短跳变”的条件，可以求得这两个阈值电压分别为 2、过零比较器 过零比较器如图2.4.2（a）所示，运算放大器工作在非线性状态，其输入和输出的关系为 Ui0 Uo=-Uz Ui0 Uo=+Uz Ui=0 状态转变 传输特性如图2.4.2(b)所示。 3、波形变换电路 滞回电压比较器可以直接用作波形变换。例如，当输入的ui为一正弦波时（或任何周期性非正弦波），其输出uo则为一矩形波，如图2.4.3所示。很显然，这一变换只有在Um大于Uth1及 时才能发生，否则uo将始终为UOH或UOL。此外，当Uth1与Uth2的绝对值相等时（对于图2.4.1的电路而言），uo为对称的矩形波，否则uo为不对称的矩形波。 4、三角波—方波发生电路 图2.4.4（a）是一种最基本的三角波—方波发生电路;（b）则为其工作波形。该电路是由一个滞回电压比较器和一个RfC负反馈网络构成。当电容C在UOH的作用下正向充电到Uth1时，uo由UOH跳变至UOL。此后C放电（在UOL的作用下反向充电），当C两端电压降至Uth2时，uo将由UOL跳变至UOH。 该电路的振荡频率与周期为: 三、实验设备 1、模拟电路实验箱 一套 2、函数发生器 一台 3、双踪示波器 一台 4、数字万用表 一块 5、晶体管毫伏表 一块 四、实验任务及步骤 1、过零比较器 ⑴ 按实验电路图2.4.2(a)连线，确认无误，可接通电源。 ⑵ 外加正直流电压，从零开始逐渐加大，测量对应的输出电压。 ⑶ 再外加负直流电压，重复上一步，记录测试数据。 将以上测试数据填入自拟表格中，并画出相应的波形。 2、波形变换电路 按实验电路图2.4.1连线，从运放的反向输入端加一个正弦信号ui，（f=100Hz、幅值为6V的正弦波,由函数发生器输出），用双踪示波器同时观察ui和uo的波形，并用示波器测出UOH、UOL、Uim、Uth1、及周期T。记录下此时的波形及数据（自拟记录表）。改变ui的幅值，观察uo波形的变化情况。 3、三角波—方波发生电路 按实验电路图2.4.4（a）连线，用双踪示波器同时观察uc及uo的波形，并测出此时的UOH、UOL、Uim、Uth1、及T，再断开电源及Rf支路，用数字万用表测出此时的Rf、R1和R2值。将以上测试数据填入自拟表格中，并画出相应的波形。 4、自行设计一个占空比可调的矩形发生电路,并用实验验证之。 五、注意事项 注意仪器的共地点，即所有仪器的接地线应连接在一点上。 运放±12电源已由THM-4模拟电路实验箱提供。 六、实验报告要求 1．简要说明滞回电压比较器的工作原理、计算Uth1、Uth2的理论值。 2．计算波形变换电路中uo的周期T的理论值，并与实验结果比较。 3．根据给定参数，计算波形发生电路中uo的频率与幅值的理论值，并与实验结果比较。 4．写出实验的心得体会。 七、思考题 1．在波形变换电路中，方波的幅值与频率由哪些参数决定？ 2．在波形变换电路中，当输入的正弦波幅值不同时，uo的脉宽为何相同？当ui的幅值为何值时，输出端将不出现方波信号？ 3．在波形发生电路中，uc的波形由哪种性质的曲线组成？若要获得较理想的三角波输出，则电路参数应作何改进？ 4．波形变换及波形发生电路中，为什么理论计算值与实测值之间存在误差？其主要原因是什么？ 5．同相输出的滞回电压比较器与反相滞回电压比较器的区别是什么？画出同相输出的滞回电压比较器的电路和传输特性曲线，并写出Uth1、Uth2的计算公式。 模拟电子技术实验 140 Dz=±6V u0 ui R0 5.1K( R1 10