无人机电子技术基础 知识点4 运算放大器的非线性应用 无人机电子技术基础第三章集成运算放大电路3.4节运算放大器的非线性应用.pptx

无人机电子技术基础陕西国防工业职业技术学院知识点：运算放大器的非线性应用3.4运算放大器的非线性应用　3.4.1 电压比较器 1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考　　　　电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高　　　　电平或低电平。　2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于　　　　开环状态或引入正反馈。3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。 4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在 测量、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。一、 电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系2.电压传输特性的三要素(1)输出电压的高电平UOH和低电平UOL的数值。(2)阈值电压的数值UT。(3)当uI变化且经过UT时， uO跃变的方向。3.阈值电压： UT 当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。uOOuP-uN二、理想运放的非线性工作区在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。集成运放的电压传输特性+UOM-UOMuO+UOMOuI-UOM3.4.2　单限比较器一、过零比较器　由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以当 uI 0 时，uO= + UOM；当 uI 0 时，uO = - UOM ；　UOM 为集成运放的最大输出电压。　过零比较器的传输特性为：阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。uO+UOpp+UZOuI-UZ -UOpp利用稳压管限幅的过零比较器(一)传输特性电路图问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？uO+UOMOuI -UOM利用稳压管限幅的过零比较器　设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管两端总的的稳定电压为 UZ UOM　当 uI 0 时，不接稳压管时， uO= + UOM ，接入稳压管后，左边的稳压管被反向击穿，集成运放的反向输入端“虚地”， uO = + UZ ；　当 uI 0 时，右边的稳压管被反向击穿，uO = - UZ ；+UZ-UZuO+UOpp+UZOuI-UZ -UOpp问题：过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？传输特性将正弦波变为矩形波R1R2uO+UOMOuI-UOM二、单限比较器　单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。　当输入电压 uI 变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，门限电平为：+UZ-UZ　过零比较器是门限电平为零的单限比较器。电压比较器分析方法小结（1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平UOH　和输出低电平UOL 。（2）写出up和uN的电位表达式，令up=uN ，解得输　　　入电压就是阈值电压UT。（3） u0在uI 过UT时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪个输入端。当uI从反向输入端输入时，uIUT ,u0=U0H ; uIUT ,u0=U0L 。反之，结论相反。R1R2[例1]　在下图（1）所示电路中，已知：UZ=±6V ，图（2）电路中：R1= R2 =5kΩ ，基准电压UREF=2V ，稳压管的稳定电压UZ=±5V ；它们的输入电压均为图示的三角波。试画出相应电路的输出电压波形　解　存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形　单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到　　某一给定电平。　缺点：抗干扰能力差。　解决办法： 采用具有滞回 传输特性的比较器。3.4.3　滞回比较器一、从反相输入端输入的滞回比较器电路计算阈值电压UT电压传输特性uo从+UZ跃变到-UZ的 阈值电压为+UTuo从-UZ跃变到+UZ的 阈值电压为-UTuI在-UT与+UT之间增加或减小, uO不发生变化uO+UZOuI -UZ二、加了参考电压的滞回比较器　UREF 为参考电压； ；uI 为输入电压；输出电压 uO 为 +UZ 或 -UZ。　当 uP = uN 时，输出电压的状态发生跳变。UT+UT-　比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。 　若 uO = ?UZ ，当 uI 逐渐增大时，使 uO 由 +UZ 跳变为 -UZ 所需的门限电平 UT+　若 uO= ? UZ ，当 uI 逐渐减小时，使 uO 由 ?UZ 跳变为 ?UZ 所需的门限电平 UT- 回差(门限宽度)?UT ：uO /V图8.2.9滞回比较器电路+90t-9[例2]已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。± UZ ＝±9V3.4.4 　窗口比较器 前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。参考电压 UREF1 UREF2　若 uI 低于 UREF2 ，运放 A1 输出低电平，A2 输出高电平，二极管 VD1 截