电工电子实验之运算放大器的非线性应用
电工电子实验之运算放大器的非线性应用
UF
1 ＝R U O 0 3 C j o (b) o
1
根据相位起振条件求振荡频率ωOSC 根据相位平衡条件，当ω= ωO时，
A F 2n
为正反馈。因此振荡频率为：
OSC
1 o RC
当ω= ωO时，F=1/3。
主要授课内容：
一、理想运算放大器概念 二、理想运算放大器特性 三、实验 运算放大器线性应用
实验目的
1、掌握集成运算放大器的非线性使用方法。 2、理解集成运算放大器的非线性应用的电 路原理。
运算放大器
集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和 输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud 可以达到上千。 如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运 算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用 十分广泛。 为了分析方便，把实际运算放大器简化成 理想运算放大器。
一、理想运算放大器概念 1.开环差模电压增益Aud→∞； 2.差模输入电阻Rid→∞ 3.差模输出电阻Rod→0 4. KCMR→∞ 5.输入失调电流IIO、失调电压UIO和它们的温 漂均为零； 6.输入偏置电流IIB=0
7. 3dB带宽BW=∞
运算放大器的两种基本反馈组态 1、运算放大器的开环传输特性
三、实际测量
（二）.文氏桥正弦波振荡器
1、原理分析
首先讨论正反馈网络：
幅频特性和相频特性表达式为
其中
1 o RC
F
＋ R Uo C － (a) RC串并联网络 R
·
UF
1 H(
UO
C ＋ Uf －
·
1 3 j CR 1 CR
电工电子实验运算放大器的非线性应用
v 按P115实验内容要求进行测试，画出f=1.5kHz 的输出波形，标注相关参数。
4
P116-方波发生器
v 设计一个方波发 生器，电路技术 指标如下：
v 输出信号频率 f=1kHz。输出信 号电压幅度≥6V。
v 电源电压±9V。 v 负载阻抗
RL=10kΩ
9V 9V
方波发生器电路
5
工作原理
v 电路中R1和R2组成正 反馈电路、R4和C1构 成积分器、R3为输出 限流电阻、D1和D2 是输出限幅稳压管。 设两个稳压管的稳压 值相等，串联压降 V=VO+=| VO-|。
v 方波发生器的振荡频 率为
图2a方波发生器的输出波形
运算放大器的非线性运用
v P113 v P116
1
P113 文氏桥正弦振荡器
v 文氏桥正弦波发生器是一种常用的RC 振荡器，应用非常广泛。它由运放和 文氏电桥反馈网络组成。
v 为了获得单一频率的正弦波输出，应 该有选频网络，选出失真波形的基波 分量作为输出信号，以获得正弦波输 出。选频网络和正反馈网络或放大电
图1 文氏桥正弦振荡电 路
v 设R=R1= R2，C=C1=
C2。则有：
f0
1
2 RC
-7VHale Waihona Puke 1ms图2 图1电路输出波形
3
调测注意事项
v 电源电压必须对称，用万用表测量。连接到运 放集成电路时注意极性，不可接反。
v 输出电压的幅度由电源电压的数值和电位器R5 共同决定，最大输出电压UOPPmax≈2EC－4V
7
fO
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
电子技术基础--第七章--集成运算放大器的线性应用和非线性应用
i1 i f 0
u O (1
Rf R1
)u i
u I 0 R1i1
uI i2 i1 R1
i1
uI R1
0 u M R2 i2
u M R2 i 2 R2 uI R1
0 u M R3i3
减法器的输出电压为两个输入信号之差乘以放大系数 Rf/R1, 故又称它为差分放大器。 为减小失调误差 R1//Rf=R2//R3
（五）反相积分运算电路
duC i 2 C dt
uC 0 uO
duo i2 C dt
u I 0 R1i1
i1 i2 0
du uI (C o ) 0 R1 dt
vI T
（同相过零比较器）
O
2
3
4
t
电压传输特性
vO
vO VOH
VOH O t
O VOL
vI
VOL
思考
1.若过零比较器如图所示，则它 的电压传输特性将是怎样的？ 2.输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？
+VCC vI + A -VEE vO
vI T 2
+VCC vI + A -VEE vO
具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解了。
比例运算电路 加法电路
减法电路 积分电路
微分电路
一、运算电路
• （一）反相比例运算电路 • （二）同相比例运算电路
（一）反相比例运算电路
i1 i f 0
u N uo R f i f
if u N uO u O Rf Rf
运算放大器非线性运用
§1 简单电压比较器
一、若ui从同相端输入
ui
+
UR – + uo
uo
+Uom
ui
0
UR
UR：参考电压 ui ：被比较信号
-Uom 传输特性
特点：运放处于开环状态。
当ui > UR时 , uo = +Uom
当ui < UR时 , uo = -Uom
二、 若ui从反相端输入 uo
UR+ Nhomakorabeaui
+ uo
U
R
UL
R1 R1 R2
U om
R2 R1 R2
UR
UR
uo R1
Uom
UL
0
-Uom
－
+
uo
+
R2
UH
ui
例：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。
ui
R
－
+
+
uo ui 10V
5V
UR
R1
R2
比较器的功能是比较两个电压的大小。 常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗 口比较器和具有滞回特性的施密特触发器。这些 比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有 的具有两个阈值。
比较器的基本特点为：
工作在开环或正反馈状态。 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电 平和低电平两个稳定状态。 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。
0
t
根据传输特性画输出波形图 ui
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用研究
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用研究现代电子技术的发展使得电子设备日益小型化、高效化和多功能化。
在各种电子设备中，运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种十分重要的电子元件。
运算放大器主要用于信号放大、信号滤波和信号变换等电路中，其性能的好坏直接影响到电子设备的取样精度、信噪比和响应速度等指标。
然而，在实际应用中，运算放大器的非线性特性经常会产生一系列问题。
本文将对运算放大器的非线性特性进行解析，并探讨其在实际应用中的应用研究。
一、运算放大器的非线性特性解析运算放大器作为一种基本电路元件，其输出信号与输入信号的关系应该是线性的，即输出信号与输入信号之间存在一个比例关系。
然而，在实际应用中，运算放大器存在一定的非线性特性，主要表现为增益非线性和相位非线性。
1.1 增益非线性增益非线性是指运算放大器在输入信号较小的范围内，其输出信号的增益不随输入信号的变化而线性变化。
具体表现为输入输出特性曲线的局部不是一条直线，而是呈现出曲线的形状。
增益非线性的主要原因是运算放大器内部存在一些非线性元件或因素，如饱和效应、偏置电压不准确等。
1.2 相位非线性相位非线性是指运算放大器在输入信号较大的范围内，其输出信号的相位不随输入信号的变化而线性变化。
相位非线性主要是由运算放大器的频率响应特性不均匀引起的。
具体表现为输入输出信号的相位差不是严格的线性关系。
二、运算放大器非线性特性的应用研究考虑到运算放大器的非线性特性对其在实际应用中的影响，许多研究人员对该问题进行了深入的研究，并提出了一系列的解决方案和应用技巧。
2.1 非线性补偿技术非线性补偿技术是通过引入补偿电路或采用特殊的电路结构，来消除或减小运算放大器的非线性特性。
例如，采用反馈电路、加入补偿电容或调整工作点等方法，可以有效地减小运算放大器的非线性误差。
2.2 非线性特性的校准利用校准技术对运算放大器的非线性特性进行校准，使得其在一定的输入范围内具备较好的线性关系。
运算放大器的非线性应用
实验4.7 运算放大器的非线性应用一、实验目的1.进一步了解运算放大器的传输特性2.进一步了解运算放大器开环及引入正反馈时的应用特点3.学会用运放构成电压比较器，矩形波，三角波，锯齿波发生器二、实验仪器与器件1.双路稳压电源一台2.示波器一台3.数字万用表一台4.集成运算放大器A741 2块5.定值电阻若干6.电容若干7.双向稳压管1只8.DC信号源3个9.100K电位器2只三、实验原理当运算放大器处于开环或接入正反馈时，其传输特性为非线性此种状态下的运算放大器工作在非线性状态，称之为运算放大器的非线性应用。
运算放大器非线性应用时，选择合理的电路结构和外接器件，可构成各种电压比较器和各种信号产生电路。
在电压比较器中，比较特殊和常见的的有过零比较器、基准电压为nV的电压比较器和迟滞电压比较器。
信号产生电路可以输出正弦波、三角波、矩形波。
此外，通过调整电路元件参数和结构，还可改变矩波形的占空比，积分得到锯齿波；通过电路的运算功能可实现不同波形的转换，例如正弦波经滤波得到三角波，三角波和正弦波经比较电路可得到矩形波，矩形波经积分可得到三角波。
四、实验内容实验要求1.利用EWB对预习中的设计电路进行仿真，调整确定器件参数2.根据仿真确定的电路和器件进行电路连接，构成满足要求的电路1.用运算放大器构成一个基准电压为2V的电压比较器。
图1-1 基准电压为2V的电压比较器图1-2基准电压为2V的电压比较器特性曲线2.用运算放大器构成一个迟滞比较器。
图2-1 迟滞比较器图2-2 迟滞比较器特性曲线3.用运算放大器构成一个既能产生矩形波又能产生三角波的电路。
图3-1 既能产生矩形波又能产生三角波的电路图3-2 输出波形4.运算放大器构成产生锯齿波的电路。
图4-1 锯齿波产生电路图4-2锯齿波产生电路输出波形五、实验总结具体电路图的结构、元件参数、和仿真结果、（1）（2）的传输特性和（3）（4）的输出波形可参考仿真抓屏文件。
电工电子技术基础章节重难点(大专)
三相异步电动机的基本结构和工作原理
难点：
三相异步电动机的起动、反转、调速和制动
教学过程（教学环节设计与方法）：
1、三相异步电动机的基本结构和工作原理；
2、三相异步电动机的运行特性；
3、三相异步电动机的起动、反转、调速和制动。
教学手段：
课堂讲授
作业：4-1 4-5 4-6 4-10
章节名称：4.2单相异步电动机
重点：
单相变压器的基本结构及工作原理
难点：
单相变压器同名端及其判断
教学过程（教学环节设计与方法）：
1、基本结构及工作原理；
2、同名端及其判断；
3、运行特性；
4、通过习题加深对单相变压器的理解。
教学手段：
课堂讲授
作业：3-1 3-2 3-8 3-10
章节名称：3.2三相变压器3.3自耦变压器
教学内容与学时分配：
难点：
正弦量的相量表示法
教学过程（教学环节设计与方法）：
1、正弦量的三要素；
2、相位差、有效值；
3、正弦量的相量表示法。
教学手段：
课堂讲授
作业：2-1 2-13
章节名称：2.2 2.3 2.4单一元件的交流电路
教学内容与学时分配：
1、电阻元件上电压和电流的相量关系2、电阻元件上的功率
3、电感元件上电压和电流的相量关系4、电感元件上的功率
教学目的和要求：
通过对本节知识的学习，要求学生掌握RLC串联电路电压与电流的相量关系；以及RLC串联电路中功率的计算；掌握有功功率、无功功率和视在功率的关系；掌握提高功率功率因数的方法。
重点：
RLC串联电路电压、电流的相量关系
难点：
RLC串联电路中的功率的计算
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
注: 讨论:① IDz大,则充电电流大,则 产生的C(结电容小),输出矩形波 的上升沿陡直.
② IDz小,则充电电流小,则产生的C(结电容大), 输出矩形波的上升沿较缓. ③ IDz的取值在3mA～10mA范围,都可使稳压管正常 工作.但由①和②的分析可知, IDz取得大一些, 即:R3小一些为好。
要满足电路的起振条件，则要求：Au·Fu≧1
则R4≈10rDr ,其中rDr为D1、D2内阻， （R4‖rDr ‖rDr ≈ rDr）
约为：几十～几百欧，则取R4=2.2KΩ 。 R3≦1/2（RW+R4）
取R3=10KΩ ，RW=22KΩ 电位器。
实验箱双电源的接法
限流旋钮 调整到最大
调整电压到“12V” 万用表测量为准！
Rf和R1引入的电压串联负反馈有助于改善波形
减小失真。
文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，
故得到了广泛的应用。
电路中D1和D2的作用是什么？为使电路起 振R3、RW和R4应满足什么条件？
正反馈支路
负反馈支路
稳定输出幅度
电阻不能太大 调节Auf使电路容易起振
C1、C2、R1、R2 构成文氏桥电路，则有C1=C2， R1=R2 电路中
主要授课内容：
一、理想运算放大器概念 二、理想运算放大器特性 三、实验 运算放大器线性应用
实验目的
1、掌握集成运算放大器的非线性使用方法。 2、理解集成运算放大器的非线性应用的电
路原理。
运算放大器
集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和 输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud 可以达到上千。
＋
＋
A
A 1 Rf
R
－
＋
t°
R
R Rf 1
A －
＋
C
U·i
t° Rf
R1
－
U·o C －C
R
1
＋
A 1 U·f
R1
3 －
得到R：A>3 C
(a)
因此：
Rf
2R (b) 1
通常R1或者Rf为热敏电阻。
起到外稳幅的作用：
R1是正温度系数, Rf是负温度系数。
稳幅过程：
UO↑负反馈电流↑ T ↑ R1↑、 Rf↓负 反馈↑ UO↓
打开电源开关 电源指示灯亮
电源输出接口
四运放管脚图
TL084、LM324
运放的检测电路
当Uo=Ui1时，运放是好的。
实验报告要求
实验名称； 实验目的； 实验仪表； 实验原理及实验电路图； 实验任务； 实验数据及分析：
1、根据给定的电路参数计算文氏桥正弦电路和方波发生 器电路的输出信号的频率。 2、画出实验任务要求的波形图，并标注波形的周期和幅 度。 实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。
方波发生器
1、分析
(1)R、C作为积分电路,即:定时电路.
(2)从电路结构看,它由一个迟滞比较器和RC充 放电电路组成.其中迟滞比较器作为状态记忆电 路,RC作为定时电路.
(3)电路的正反馈系数F为:
强调:
在低频范围(如10HZ ～ 10KHZ)内,对于固 定频率来说此电路是一较好的振荡电路.当振 荡频率较高时,为了获得前后沿较陡的方波,以 选择转换速率较高的运放为宜. (4)电路的工作原理
如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运 算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用 十分广泛。
为了分析方便，把实际运算放大器简化成 理想运算放大器。
一、理想运算放大器概念
1.开环差模电压增益Aud→∞； 2.差模输入电阻Rid→∞ 3.差模输出电阻Rod→0 4. KCMR→∞ 5.输入失调电流IIO、失调电压UIO和它们的温
充电
放电
++
Uo=Vz+ UDoN
(5)电容器端电压随时间变化规律为
（6）R3的作用
R3为稳压管的限流电阻.
∵Dz=3V, 其额定功率为0.5W,使用它时,一般取 它的1/10,即:0.5W/10=0.05W。
这样可算出其额定最大IDzmax=0.05/3V≈17mA, 由手册上给出一般稳压管的IDzmax=10mA。因此， 0.05W/(10mA)2=500Ω =Rimin 。
11 醉翁亭记
1．反复朗读并背诵课文，培养文言语感。 2．结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。
3．把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。 4．体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下《岳阳楼记》，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者——北宋大文学家、史学家欧 阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于《岳阳楼记》的千古名篇——《醉翁亭记》。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新 课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(1007—1072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏
1
3RC
(b)
1
j
o
o
根据相位起振条件求振荡频率ωOSC
根据相位平衡条件，当ω= ωO时，
A F 2n
为正反馈。因此振荡频率为：
OSC
o
1 RC
当ω= ωO时，F=1/3。
由振幅起振条件求开环增益A 将正反馈环断开得到开环电路：同相放大器
(2)“−”表示反相输入端，表明从该端输入的 信号输出为反相放大。
(3) 集成运放是高增益的直接耦合放大器。 其开环放大倍数非常大。
二、理想运算放大器特性
1.“虚短”特性 当运放工作在线性状态时，由于
所以： 2.“虚断”特性 当集成运放工作在线性状态时，
所以：
三、 运算放大器非线性应用电路
（一）.方波发生器
三、实际测量
（二）.文氏桥正弦波振荡器
1、原理分析 首先讨论正反馈网络：
幅频特性和相频特性表达式为
其中
o
1 RC
＋ R
C
·
Uo
＋
C －
·
R Uf －
RC串(a并) 联网络
F
UF
UO
1
3
1
Hj( CR
1
CR
3
令： 0
1 RC
F
UUOF 0＝
漂均为零；
6.输入偏置电流IIB=0 7. 3dB带宽BW=∞
运算放大器的两种基本反馈组态
1、运算放大器的开环传输特性 uo
UCC UCC
－
ud
Au
＋
uo
－ UEE
0 Au ∞
－ UEE
ud＝U－－U＋
(a)
(b)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(a)运算符号；(b)开环传输特性
说明
(1)“+”表示同相输入端，表明从该端输入的 信号输出为同相放大。