集成运放的非线性应用-电压比较器
集成运放的非线性应用
若有负反馈，则运放工作在线性区； 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
处于非线性状态运放的特点： 1. 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大。 3. 输出电阻仍可以认为是0。
1.1、电压比较器
1. 过零比较器
ui
+
+ uo
+
+ uo ui
模拟电子技术
集成运放的非线性应用
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。
由运放组成的非线性电路有以下三种情况：
1. 电路中的运放处于非线性状态。
比如：运放开环应用
+ A + uo
uo
运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。
2. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非 线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。
RF2 D RF1
ui>0时：
uo
RF1 R1
ui
ui
R1
+
A+
uo
ui<0时：
uo
RF1
// RF2 R1
ui
uo
传输特性
0
ui
3. 另一种情况，电路中的运放处于非线性状态，外 围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。
由于处于线性与非线性状态的运放的分析 方法不同，所以分析电路前，首先确定运 放是否工作在线性区。
t
传输特性为：图b
-Uom
+Uom
−UT −Uom
当输出电压为+Uom时，同相端电压为
uo 0 UT
u
集成运算放大器的 非线性应用实验讲解
1 过零电压比较器
当ui<0时,uo=+(UZ3;UD)
用示波器测量观 察信号的波形
741
用信号发生器 产生1000HZ,2V 的正弦信号
2 迟滞电压比较器
当uo为正 时,VA=U+R2/(R2+Rf)
当ui>VA后,uo由正变负, 此时VA变为-VA.
-5v
3 方波发生器
用示波器观察Uo和Uc的 波形.故测Uo的频率 将Rf2换为30千欧的电阻, 重复以上步骤
步骤一
ui接-5V~+5V直流电压,用万用表直流电压档测uo
步骤二 调节ui,测出由正向饱 和输出电压向反相饱和输出电 压&由反向饱和输出电压向正相 -5v 饱和输出电压过渡的临界值 步骤三 将Rf由100千欧换成 200千欧,重复以上步骤 步骤四 ui接1000Hz,幅值2V 的正弦信号,用示波器观察ui u0波形
集成运放的非线性应用(电压比较器、波形产生与变换)
集成运放的非线性应用（电压比较器、波形产生与变换）一选择题：1、欲将方波电压转换为三角波电压，应选用（A ）电路。
A.积分运算B、乘方运算C．同相比例运算 D.反相比例运算电路2、在RC桥式正弦波振荡电路中，当满足相位起振条件时，则其中电压放大电路的放大倍数必须满足（ D ）才能起振。
A A u= 1B A u= 3C A u＜3D A u＞33、振荡电路的幅度特性和反馈特性如图1所示，通常振荡幅度应稳定在（ C ）。
A.O 点B. A 点C. B 点D. C 点4、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（）次跃变。
A. 1B. 2 AC. 3D. 05、某LC振荡电路的振荡频率为o f＝100 kHz，如将LC选频网络中的电容C增大一倍，则振荡频率约为 ( C )A．200kHz B．140kHzC. 70kHzD.50kHz6、若想制作一频率非常稳定的测试用信号源，应选用（ D ）。
A. RC桥式正弦波振荡电路B. 电感三点式正弦波振荡电路C. 电容三点式正弦波振荡电路D. 石英晶体正弦波振荡电路7、电路如图3所示，欲使该电路能起振，则应该采取的措施是（ C ）。
A.改用电流放大系数β较小的晶体管B.减少反馈线圈L1的匝数C.适当增大L值或减小C值D.减少L2的匝数L8、正弦波振荡器的振荡频率由（ C ）而定。
图3A.基本放大器B.反馈网络C.选频网络D.稳幅电路 9、RC 桥式正弦波振荡电路由两部分电路组成,即RC 串并联选频网络和（ D ）。
A. 基本共射放大电路 B.基本共集放大电路C. 反相比例运算电路D.同相比例运算电路10、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（ A ）次跃变。
A. 1B. 2C. 3D. 011、一个正弦波振荡器的反馈系数F =∠︒15180，若该振 荡器能够维持稳定振荡，则开环电压放大倍数A u 必须等于（ C ）。
集成运算放大器的线性和非线性应用
功能键
量程键
▲电压档、电流档、欧姆档的使用方法 ▲操作的原则：先选档，再选量程。 ▲表笔的使用原则：测量电压（交、直流）时，黑笔 总是接负极、地或低电位端。
输入信号的获得：
函数信号发生器
交流信号从函数信号发生器获得，注意函数信号发生器 输出的是峰峰值，为有效值的2.828倍，为幅值的2倍。
峰－峰显示值 频率显示值
波形
电源 频率调节旋钮 幅度调节旋钮 信号输出
R1 10kΩ
+ ui
_ 2 3 + DZ ∞ + 6 R 2 5 .1 k Ω
+ (U Z +
+ uo
稳压管的阴极和阳极要区分，带色环的一端为阴极；
（ a） 电 路 图
示波器的使用： 1）用双踪同时观察输入、输出波形。
2）输入、输出端可先插连线，再用示波器的夹子夹 连线观察。 但注意两个夹子不要碰在一起，否则会 短路！
——完成自拟表格
R 1 10k Ω u i1 u i2 R 2 10k Ω 2 3 R R′3 6.2k Ω
R f 100k Ω + 15 V _ 7 ∞ + + 4 R2 -15V 6 uo
ui1
ui2
R f 100k Ω
uo
uo
理论 测量 值 + 15 V 值
_ 7 ∞ + 6
0.5 u i1
R 1 10k Ω
ui1
ui
理论 测量 + 15 V R 1 100k Ω 值 值7 _
1
2 3 + 4 R3 100k Ω ∞ + 6
ui2
Rf u
-0.5 1.5
§4-5 集成运算放大器的非线性应用
一、电压比较器
集成运放工作在非线性区时，电路开环或引入了正反馈。
uP>uN时，uo=+Uom（高电平）
uP<uN时，uo=-Uom（低电平）
1、单门限电压比较器
电路开环，集成运放工作在非线性区。
ui>UR时，uo=-Uom
ui<UR时，uo=+Uom
门限电压为UR；因输入电压只跟一个参考电压UR进行比较，故此电路称为“单门限电压比较器”。若UR＝0过零电压比较器。
本节课主要介绍了集成运放的非线性运用，内容丰富，希望同学们做好课后复习工作。
习题册
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
新讲授
授课章节
名称
§4-5集成运算放大器的非线性应用
使用教具
教科书、教案、多媒体等
教学目的
1、了解集成运放的基本应用电路
2、掌握集成运放的非线性应用
教学重点
电压比较器
教学难点
电压比较器
更新、补
充、删节
内容
——
课外作业
习题册
教学后记
授课主要内容或板书设计
§4-5集成运算放大器的非线性应用
一、电压比较器
1、单门限电压比较器
2、双门限电压比较器
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
组织教学
复习旧知
导入新课
讲授新课
课堂练习
习题册
检查学生出勤情况，维持课堂秩序。
1.理想集成运放工作在线性区还是非线性区如何判断？
2.同相、反相比例运算放大器的电压放大倍数如何计算？
前面介绍了反相比例运算电路和同相比例运算电路，该电路中集成运放都工作在线性区，这时构成的电路称为线性应用电路，下面要介绍的信号运算电路都是属于线性应用电路，而电压比较器属于分线性应用电路。
集成运放的非线性应用-PPT精品文档
R R f R 2 2 U U U ; U U U ; TH R Z TH R Z R R R R R R R R 2 f 2 f 2 f 2 f 2 R 2 （与参考电压无关） U U U U T TH TH Z R R 2 f
R f
回差电压
一、过零比较器
1、反相过零比较器 R
电压传输特性
ui
R'
+
uO
uO UOH 0 UOL ui
u 0 ; u ui ; ui 0 : u U u u O OL u U ui 0 : u u O OH
阈值电压： U TH 0
根据虚断： i i 0
+UZ -UZ
说明U＋有两种取值，
令 u u ，可以求出两个不同的 阈值电压。
上限阈值电压、下限阈值电压和回差电压：
if UR R2 + Rf
u
R0
Rf R2 Rf
UR
+
uO
R2 UO R2 R f
+UZ -UZ
ui R1
反相迟滞比较器
ui 很小时，输出 U U ; O Z U ui 很大时，输出 U O Z; 电路状态发生跳变， 当 u 时， u
R f
ui R1
反相迟滞比较器
R 2 U U U ; TH R Z R R R R 2 f 2 f
R f
uO
+UZ UTH+ui
-UZ
2 R 2 U U U U T TH TH Z R R 2 f
UTH- 0
传输特性
求阈值电压、电压传输特性？ 同相迟滞比较器
模拟电子技术实验-集成运算放大器的非线性应用电路
实验: 集成运算放大器的非线性应用电路一、实验目的1.掌握单限比较器、滞回比较器的设计、测量和调试方法。
2.掌握电压比较器应用电路电压传输特性的测试方法。
3.学习集成电压比较器在电路设计中的应用。
二、实验内容CCV+87651234OE IN-IN+CCV-LM311OCBAL/STRB BAL图1 741Aμ和LM311的引脚图1. 电压比较器（SPOC实验、Multisim仿真实验）（1）学习SPOC实验内容，利用Multisim仿真软件，按图2接好电路，电阻R1=R2=10kΩ，电阻R3为5.1kΩ。
由函数信号发生器调出1000Hz，峰峰值为5V，偏移量为0V的正弦交流电压加至iu端。
按表中给定数值改变直流信号源输入电压U R。
利用示波器通道1测量输入iu电压波形，通道2测量输出ou端的矩形波波形如图3所示。
其中稳压管VS选取：“DIODE”→“ZENER”→“1N5233B”iuou图2 电压比较器图3 输出电压波形（2）按表1中给定值调节U R的大小，用示波器观察输出矩形波的变化，测量测量HT和T的数值，并记入表1中。
表1电压比较器的测量0 1000 492.518 0.5 1000 945.454 11000 436.052截图仿真电路图：当U R =1V 时，截取输入i u 和输出o u 的电压波形：2. 反相滞回比较器电路（SPOC 实验、Multisim 仿真实验）1) 学习SPOC 实验内容，利用仿真软件，按图4所示的电路选择电路元件，接好电路。
其中稳压管VS 选取：“DIODE ”→“ZENER ” →“1N5233B ”-++81R iu ou 2R FR 3R 10k Ω10k Ω100k Ω5.1k ΩVS图4 反相滞回比较器仿真电路图截图：2) i u 接频率为1kHz ，峰峰值为2V 的正弦信号，观察并截取输入i u 和输出o u 的波形。
要求示波器的通道1接输入电压波形，通道2接输出电压波形。
重庆科技学院模电题库2015年最新版集成运放的非线性应用(电压比较器、波形产生与变换)
集成运放的非线性应用（电压比较器、波形产生与变换）一选择题：1、欲将方波电压转换为三角波电压，应选用（A ）电路。
A.积分运算B、乘方运算C．同相比例运算 D.反相比例运算电路2、在RC桥式正弦波振荡电路中，当满足相位起振条件时，则其中电压放大电路的放大倍数必须满足（ D ）才能起振。
A A u= 1B A u= 3C A u＜3D A u＞33、振荡电路的幅度特性和反馈特性如图1所示，通常振荡幅度应稳定在（ C ）。
A.O 点B. A 点C. B 点D. C 点4、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（A ）次跃变。
A. 1B. 2C. 3D. 05、某LC振荡电路的振荡频率为o f＝100 kHz，如将LC选频网络中的电容C增大一倍，则振荡频率约为 ( C )A．200kHz B．140kHzC. 70kHzD.50kHz6、若想制作一频率非常稳定的测试用信号源，应选用（ D ）。
A. RC桥式正弦波振荡电路B. 电感三点式正弦波振荡电路C. 电容三点式正弦波振荡电路D. 石英晶体正弦波振荡电路7、电路如图3所示，欲使该电路能起振，则应该采取的措施是（ C ）。
A.改用电流放大系数β较小的晶体管B.减少反馈线圈L1的匝数C.适当增大L值或减小C值D.减少L2的匝数L图3A.基本放大器B.反馈网络C.选频网络D.稳幅电路 9、RC 桥式正弦波振荡电路由两部分电路组成,即RC 串并联选频网络和（ ）。
A. 基本共射放大电路 B.基本共集放大电路C. 反相比例运算电路D.同相比例运算电路10、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（ A ）次跃变。
A. 1B. 2C. 3D. 011、一个正弦波振荡器的反馈系数F =∠︒15180，若该振 荡器能够维持稳定振荡，则开环电压放大倍数A u 必须等于（ C ）。
[工学]集成运放的非线性应用
UR
R2 R2 Rf
UZ;
UT
UTH
UTH
2R2 R2 Rf
UZ
同相迟滞比较器
if
ui R2
+
Rf RO
uO
UR R1 -
求阈值电压、电压传输特性？
UTH
R2 Rf Rf
UR
R2 Rf
UZ;
UTH
R2 Rf Rf
UR
R2 Rf
UZ;
UR
if
R2
uO
一、过零比较器
1、反相过零比较器
R
ui
+
uO
R'
根据虚断： i i 0
u 0; u ui ; ui 0 : u u uO UOL ui 0 : u u uO UOH
阈值电压：UTH 0
电压传输特性
uO UOH
ui 0 UOL
如果运放没有限幅措施，
输出电压的正向、负向饱和值分别与 运放的正、负电源电压近似相等。
非线 性区
0 UOL
u+- u-
非线 性区
u u 时，发生电平的转换,
此时的输入电压称为“阈值电压”或“门限电压”，用UTH表
2示、。有“虚断”无虚短：i i 0
3、结构特征： 运放一般工作在开环状态或引入正反馈。
电压比较器的电路特征
运放处于开环状态或有正反馈。 因此电压比较器中运放工作在非线性区。
理想运放工作在非线性区时的特点
1、输出电压的值只有两种可能：或等 于正向饱和值；或等于负向饱和值。
u u ; uO UOH VCC
集成运放的非线性应用
（1）放大电路 （2）正反馈网络 （3）选频网络 （4）稳幅环节
3.正弦波信号振荡电路的分类
根据选频网络构成元件的不同，可把 正弦信号振荡电路分为如下几类：选频网 络若由RC元件组成，则称RC振荡电路； 选频网络若由LC元件组成，则称LC振荡电 路；选频网络若由石英晶体构成，则称为 石英晶体振荡器
由于比较器的输出只有高、低电平两 种状态，故其中的运放常工作在非线性区。 从电路结构来看，运放常处于开环状态或 加入正反馈。
根据比较器的传输特性不同，可分为 单限比较器、滞回比较器及双限比较器等。
5.1.1 单限比较器
单限比较器是指只有一个门限电压的比较器。
图5.1单限比较器电路和其传输特性
比较器输出电压由一种状态跳变为另 一种状态时，所对应的输入电压通常称为 阈值电压或门限电压，用UTH 表示。可见， 这种单限比较器的阈值电压UTH=UR。 若UR=0，即运放反相输入端接地，则 比较器的阈值电压UTH=0。这种单限比较 器也称为过零比较器。利用过零比较器可 以将正弦波变为方波，输入、输出波形如 图5.2所示。
如果有意识地使C的充电和放电时间
常数造成显著的差别，则在电容两端的电
压波形就是锯齿波。图5.8是利用一个滞回
比较器和一个反相积分器组成频率可调节
的锯齿波发生电路。
图5.8 频率和幅度均可调节的锯齿波发生电路
5.3 正弦波信号振荡电路
5.3.1 正弦波信号振荡电路的基本概念
1.正弦波信号振荡电路的产生条件
5.3.4 石英晶体振荡电路 1.石英晶体的基本特性和等效电路
天然的石英是六菱形晶体，其化学成分是二 氧化硅(SiO2)。石英晶体具有非常稳定的物理和 化学性能。从一块石英晶体上按一定的方位角切 割，得到的薄片称“晶片”。晶片通常是矩形， 也有正方形。在晶片两个对应的表面用真空喷涂 或用其他方法涂敷上一层银膜，在两层银膜上分 别引出两个电极，再用金属壳或玻璃壳封装起来， 就构成了一个石英晶体谐振器。它是晶体振荡器 的核心元件。