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1、1 此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！海南风光第第13章 集成运算放大器章 集成运算放大器13.5.1限幅器限幅器 13.5.2电压比较器电压比较器 13.5.3 迟滞比较器迟滞比较器13.6 波形发生器波形发生器13.6.1方波发生器方波发生器13.5 电压比较器电压比较器13.5.4 窗口比较器（自学）窗口比较器（自学）2同相比例放大器？同相比例放大器？思考思考_+ + RFRfRPuiuo+ - + RFRfRPuiuo313.5 集成运放的非线性应用电压比较器集成运放的非线性应
2、用电压比较器所谓非线性应用是指：由运放组成的 电路处于非线性状态，输出与输入的关 系所谓非线性应用是指：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。是非线性函数。4回顾回顾稳压二极管稳压二极管IZmax稳压二极管符号稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线稳压二极管特性曲线IZmin当稳压二极管工作 在反向击穿状态下当稳压二极管工作 在反向击穿状态下, 当工作电流当工作电流IZ在在 Izmax和和Izmin之间时之间时, 其两端电压近似为 常数其两端电压近似为 常数正向同 二极管正向同 二极管稳定 电流稳定 电流稳定 电压稳定 电压513.5.1 限幅
3、器限幅器tuiu0tUZ+UF-(UZ+UF)-+AuoR1RFuiDZR+1.双向稳压管接于输出端双向稳压管接于输出端R限流电阻：一 般取几百限流电阻：一 般取几百 1k 特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路 有非线性元件（二极管、稳压二极管）。特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路 有非线性元件（二极管、稳压二极管）。DZ双向稳压管双向稳压管UZ稳压值稳压值, UF正向压降正向压降6uoui0传输特性传输特性DZ-+AuoR1RF ui+2.双向稳压管接于负反馈回路上双向稳压管接于负反馈回路上UZ+UF-(UZ+UF)+UOM-UOM713.5.2 单限电压比较器单限电压
4、比较器+ uouiURuouiO+Uom-UomURUR为参考电压为参考电压当当ui UR时时 , uo= +UOM当当uiUR时时 , uo= -UOM若若ui从反相端输入从反相端输入电压比较器电压比较器(续续)电压传输特性电压传输特性9uouiO+UOM-UOM+ uoui过零比较器过零比较器: 当当UR=0时时+ uo uiuouiO+UOM-UOM电压比较器电压比较器(续续)10+uiuouiO+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压用稳压管稳定输出电压uo UZuouiO+UOM-UOM+ uoui忽略了忽略了UF11电压比较器的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上电压比较器的另一种形式
5、：将双向稳压管接在负反馈回路上+uiuo UZR R_uouiO+UZ-UZR =R12思考思考 对于一个电压比较器，如果输入是一个 幅值不断变化的信号，输出是什么样的 信号？13+ uouitui例题：利用电压比 较器将正弦波变为 方波。例题：利用电压比 较器将正弦波变为 方波。如果如果ui从反相端输入，输出从反相端输入，输出uo的波形如何？的波形如何？tuo+UOM-UOM14+ uouitui如果不是光滑的正 弦波？如果不是光滑的正 弦波？tuo+UOM-UOM1513.5.3 迟滞比较器迟滞比较器1.反相端输入的迟滞 比较器反相端输入的迟滞 比较器(下行下行)特点特点:电路中使用正反馈
6、电路中使用正反馈, 运放处于非线性状态运放处于非线性状态1、因为有正反馈，所以输 出饱和。、因为有正反馈，所以输 出饱和。2、当、当uo正饱和时正饱和时(uo=+UOM) ：HOM 211 +UURRRU 3、当、当uo负饱和时负饱和时(uo=-UOM) ：TLOM 211 +UURRRU +uoRR2R1uiU+16 +uoRR2R1uiU+迟滞比较器迟滞比较器(下行下行)(续续)uouiO+Uom-UomUTHUTL设设ui , 当当ui UTH , uo从从+UOM -UOM17传输特性传输特性uoui0+Uom-UomUTHUTLUTH上阈值电压上阈值电压(门限电压）门限电压）UTL下
7、阈值电压下阈值电压UTH - UTL称为回差称为回差OM 211URRR THUOM 211URRR LU 18tuiUTHUTLtuoUom-Uom例例:设输入为正弦波设输入为正弦波, 画出输出的波形。画出输出的波形。 +uoRR2R1uiU+19RURRRURRRU212 OM 211 THRURRRURRRU212 OM 211 TL加上参考电压后的迟滞比较器加上参考电压后的迟滞比较器(下行下行) ： +uoRR2R1uiUR上下限：上下限：uouiOUTHUTL传输特性传输特性+UOM-UOM20例题：例题：R1=10k，R2=20k ， ，UOM=12V， UR=9V当 输入当 输入
8、ui为如图所示的波形时，画 出输出为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。的波形。uouiOUTHUTL +uoRR2R1uiUR传输特性传输特性上下限阈值电压：上下限阈值电压：R 212 OM 211 THURRRURRRU=10VR 212 OM 211 TLURRRURRRU=2V212V10Vuiuo+UOM-UOMuoui010V2V传输特性传输特性+UOM-UOM +uoRR2R1ui9V22 +uoRR2R1uiURuouiOUTHUTL +uoRR2R1uiU+uouiO+UOM-UOMUTHUTL迟滞比较器迟滞比较器(下行下行)两种电路两种电路传输特性传输特性的比较的比较:
9、+UOM UOM232.同相端输入的迟滞比较器同相端输入的迟滞比较器(上行上行)u+=0 时翻转，可以求出 上下阈值电压。时翻转，可以求出 上下阈值电压。0URRRuRRR OM 211 i 212 +uoRR2R1ui当当u+ u-=0时时, uo= +UOM当当u+ UTH , 就有就有 u- u+,在在 uc UTH时，时，u- u+, uo立即由立即由UOM 变成变成UOM, 设设uC初始值初始值uC(0+)= 0方波发生器方波发生器uo保持保持+UOM不变不变UOM31此时，此时，C 经输出端放电,再反向充电经输出端放电,再反向充电(2) 当当uo= -UOM时，时，u+=UTLuC
10、达到达到UTL时，时，uo又从又从UOM上跳到上跳到UOM+RR1R2C+ucuoUTHuCtUTL当当uo重新回到重新回到UOM以后，电路又进入另一个 周期性的变化。以后，电路又进入另一个 周期性的变化。-UOM320UTHuCtUTLUOMuo0t- UOMT周期与频率的计算：周期与频率的计算：+RR1R2C+uCuo)21ln(221 RRRCTf = 1/T此期间是分析问题时的假设此期间是分析问题时的假设,实际上用 示波器观察波形时看不到这段波形实际上用 示波器观察波形时看不到这段波形.33周期与频率的计算：周期与频率的计算：+RR1R2C+uCuo0UTHuCtUTL+UOM-UOM
11、 T1T2 TT= T1+ T2 =2 T2， 因正反向充电条件一样， 因正反向充电条件一样T1= T2。uC(t)=UC ( )+ UC (0+) -UC ( ) e , =RC-t T2阶段阶段uC(t)的过渡过程方程为的过渡过程方程为:34UC (0+)=OM 211 TLURRRUUC ( )=+UOMOM 211 THURRRUt=T2时时,uC(t =T2)=周期与频率的计算：周期与频率的计算：)21ln(21 RRRCT2)21ln(221 RRRCT0UTHuCtUTL+UOM-UOM T1T2 TuC(t)=UC ( )+ UC (0+) -UC ( ) e , =RC-t
12、35思考 想要得到占空比不为1/2的方波怎么办？UOMuoOt- UOM36思考题：思考题：点点 b 是电位器是电位器 RW的中点，点的中点，点 a 和点和点 c 是是 b 的上方和下方的某点 。试定性画 出电位器可动端分别处于的上方和下方的某点 。试定性画 出电位器可动端分别处于 a、b、c 三点 时的三点 时的 uo、uC相对应的波形图。相对应的波形图。-+ +RWR1R2CuCuoD1D2a bcUOMuoOt- UOM电位器可动端位于电位器可动端位于b点，点， uo波形？波形？电位器可动端位于电位器可动端位于c点，点， uo波形？波形？电位器可动端位于电位器可动端位于a点，点， uo波
13、形？波形？R这是哪一种情况的波形？这是哪一种情况的波形？37比较器应用举例电子时间继电器ui= -2V- +RRPCuo1ui2 +UR=10Vuo2三极管工作在饱和三极管工作在饱和/截止状态，成为开关电路截止状态，成为开关电路微型继电器微型继电器+12ViC10V+UOM-UOMuo1uo2iC加大加大R38空气式时间继电器的工作原理空气式时间继电器的工作原理常开触头 延时闭合常开触头 延时闭合常闭触头 延时打开常闭触头 延时打开线圈线圈衔铁衔铁常闭触头常闭触头常开触头常开触头线圈通电 衔铁吸合（向下）连杆动作触头动作线圈通电 衔铁吸合（向下）连杆动作触头动作动作过程动作过程（对照用）（对照用）39思考 为什么首先研究方波？ 方波和其他非正弦波的关系？
