模拟电子电路课件6第六章非线性处理器

电子技术 模拟电路部分

第六章

非线性处理器(6-1)

第六章 非线性处理器§6.1 概述 §6.2 限幅器 §6.3 电压比较器 §6.4 迟滞比较器

(6-2)

§6.1 概述非线性应用：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。(6-3)

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 RF1 D

ui

R1

+

A +

RF 1 ui ui>0时： uo R1 R // R F 1 F2 ui<0时： u u o i uo R1uo

传输特性

0

ui(6-4)

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。 确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。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。

(6-5)

§6.2 限幅器RF R1

R:限流电 阻。一般 取100 。

ui t

ui

– +

A +

RDZ

uo uoUZ

DZ双向 稳压管

t

运放处于线性状态，但外围 电路有非线性元件——稳压 二极管。

-UZ(6-6)

另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。DZRF 当 ui U Z 时，在双 R1 向稳压管的作用下，

RF ui R1

– +

uo U Z 或 uo U ZuoRF 当 ui U Z 时，双向 R1 稳压管不通，运放工作在

A +

线性状态。

RF u o ui R1(6-7)

UZ

传输特性

uoRF ui R1

– +

+UZ uo

A +

0+UZ

ui

(6-8)

§6.3 电压比较器一、若ui从同相端输入

uiUR

+–

+

uo+Uom

uo

ui0UR传输特性

UR:参考电压 ui :被比较信号

-Uom

特点：运放处于开环状态。当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom(6-9)

二、 若ui从反相端输入

uo+Uom

UR

+

+

ui

uo

-Uom

0

UR

ui

当ui < UR时 , uo = +Uom

当ui >UR时 , uo = -Uom(6-10)

三、过零比较器: (UR =0时)

uo

ui

+

+

+UOM

uo

0-UOM

ui

+

+

uo

ui

uo-UOM 0

+UOM

ui(6-11)

例：利用电压比较器将正 弦波变为方波。

ui tuo t

ui

+

+

uo

+Uom

-Uom

(6-12)

电路改进：用稳压管稳定输出电压。

ui

+

+ UZ

uo

uo

+UZ

0-UZ

ui

电压比较器的另一种形式

——将双向稳压管接在 ui 负反馈回路上

UZ

RR´

+

+

uo(6-13)

比较器的特点

1. 电路简单。 2. 当Ao不够大时， 输出边沿不陡。3. 容易引入干

扰。

uit uo t

过零附近仍 处于放大区(6-14)

§6.4 迟滞比较器特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。

一、下行迟滞比较器1. 没加参考电压的下 行迟滞比较器

分析1. 因为有正反馈，所以 输出饱和。

ui

R

-+ +R1 U R2 +

uo

2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) : R1 U U om U H R1 R23. 当uo负饱和时(uo =–UOM) :

参考电压由 输出电压决定

R1 U U om U L R1 R2

(6-15)

R1 UH U om R1 R2

R1 UL U om R1 R2

ui

R

-+ +R1 R2

uo 传输特性：

uoUom

UL

UH

当ui 增加到UH时，输出 由Uom跳变到-Uom;当ui 减小到UL时，输出 由-Uom跳变到Uom 。

0-Uom 小于回差的干扰不会引起 跳转。跳转时，正反馈加 速跳转。

ui

分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。(6-16)

例：下行迟滞比较器的 输入为正弦波时， 画出输出的波形。

uiUHUL

t

ui

R

-+ +R1 R2

uo

uiUom -Uom

t

(6-17)

2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器

ui加上参考电压后的上下限：

R

-+ +R2

uo

R1 R2 UH U om UR R1 R2 R1 R2

UR

uoUom

R1

R1 R2 UL U om UR R1 R2 R1 R2

UL

UH

0-Uom

ui

(6-18)

下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:

ui

R

-+ +R1 R2

uoUL

Uom

uoUH

0-Uom

ui

ui UR

R

-+ + R2

uo

Uom

uoUL UH

0-Uom

ui(6-19)

R1