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1、电子技术电子技术第六章第六章 非线性处理器非线性处理器 模拟电路部分模拟电路部分1非线性处理器 第六章第六章 非线性处理器非线性处理器6.1 概述概述6.2 限幅器限幅器6.3 电压比较器电压比较器6.4 迟滞比较器迟滞比较器2非线性处理器非线性应用：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，输出与输入的关系态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下三种情况：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。电路中的运放处于非线性状态。+Auo比如：运放开环应用比如：运放开环应
2、用uo运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。6.1 概述概述3非线性处理器2. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非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）。线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。ui0时时：ui UR时时 , uo = +Uom当当ui UR时时 , uo = -Uom 一、若一、若ui从同相端输入从同相端输入6.3 电压比较器电压比较器9非线性处理器+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当ui UR时时 , uo = -Uom 二、二、 若若ui从反相端输入从反相端输入10非线性处理器
3、uoui0+UOM-UOM+uoui三、过零比较器三、过零比较器: (UR =0时时)+uouiuoui0+UOM-UOM11非线性处理器+uouitui例：例：利用电压比较器将正利用电压比较器将正弦波变为方波。弦波变为方波。uot+Uom-Uom12非线性处理器+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：电路改进：用稳压管稳定输出电压。用稳压管稳定输出电压。+uiuo UZRRuo UZ电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接在将双向稳压管接在负反馈回路上负反馈回路上13非线性处理器比较器的特点比较器的特点1. 电路简单。电路简单。2. 当当Ao不够大时，不够大时， 输出边沿不
4、陡。输出边沿不陡。3. 容易引入干扰。容易引入干扰。tuiuot过零附近仍过零附近仍处于放大区处于放大区14非线性处理器一、下行迟滞比较器一、下行迟滞比较器分析分析1. 因为有正反馈，所以因为有正反馈，所以输出饱和。输出饱和。2. 当当uo正饱和时正饱和时(uo =+UOM) ：U+3. 当当uo负饱和时负饱和时(uo =UOM) ：+uoRR2R1ui参考电压由参考电压由输出电压决定输出电压决定特点：特点：电路中使用正反馈，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. 没加参考电压的下没加参考电压的下行迟滞比较器行迟滞比较器6.4 迟滞比较器迟滞比较器15非线性处理器分别
5、称分别称UH和和UL上下门限电压上下门限电压。称。称(UH - UL)为为回差回差。当当ui 增加到增加到UH时，输出时，输出由由Uom跳变到跳变到-Uom；+uoRR2R1ui当当ui 减小到减小到UL时，输出时，输出由由-Uom跳变到跳变到Uom 。传输特性：传输特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干扰不会引起小于回差的干扰不会引起跳转。跳转。跳转时，正反馈加跳转时，正反馈加速跳转。速跳转。16非线性处理器tuiUom-UomtuiUHUL例：例：下行迟滞比较器的下行迟滞比较器的输入为正弦波时，输入为正弦波时，画出输出的波形。画出输出的波形。+uoRR2R1ui17非线性处理器
6、2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的上下限：加上参考电压后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL18非线性处理器下行迟滞比较器两种电路下行迟滞比较器两种电路传输特性传输特性的比较的比较:+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL19非线性处理器例：例：R1=10k ，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入当输入 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。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUH
7、UL5V10Vuit020非线性处理器首先计算上下门限电压：首先计算上下门限电压：+uoRR2R1uiUR21非线性处理器+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图。根据传输特性画输出波形图。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V22非线性处理器u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。时翻转，可以求出上下门限电压。二、上行迟滞比较器二、上行迟滞比较器+uoRR2R1ui当当u+ u- =0 时时, uo= +UOM当当u+ u- =0时时, uo= -UOM1. 没加参考电压的上行迟滞比较器没加参考电压的上行迟滞比较器23非线性处理器uoui0Uo
8、m-Uom传输特性曲线传输特性曲线UHUL+uoRR2R1ui上下门限电压：上下门限电压：24非线性处理器+uoRR2R1uiUR上下门限电压：上下门限电压：当当uo= +UOM时：时：当当uo= -UOM时：时：2. 加上参考电压后的上行迟滞比较器加上参考电压后的上行迟滞比较器25非线性处理器传输特性：传输特性：UHULuoui0Uom-Uom+uoRR2R1uiUR+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL对照对照26非线性处理器迟滞比较器电路改进：迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。在输出端加上双向稳压管。思考题：思考题：如何
9、计算上下限？如何计算上下限？ UZ+uoRR2R1uiuo UZ+RR2R1ui27非线性处理器上页下页返回* *4.6 4.6 应用举例应用举例应用举例应用举例应用集成运放构成的温度监测控制电路结构框架如下： 温度传感器将温度变化转化为电压，将此电压与限定温度传感器将温度变化转化为电压，将此电压与限定温度范围内的电压上限和下限值比较，以控制加热器加热或温度范围内的电压上限和下限值比较，以控制加热器加热或停止加热，使被控温度保持在一定的范围内。停止加热，使被控温度保持在一定的范围内。温度传感器电压变换和定标 滞回 比较器控制执行电路第4章28非线性处理器 监测温度下限值为0 ，要求对应显示的输
10、出电压为0V；上限值为100 ，要求对应显示的输出电压为10V。上页下页 电路由温度传感器、跟随器、加法电路、电路由温度传感器、跟随器、加法电路、滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器和滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器和加热器等组成加热器等组成以自动控制温度在0100内变化为例。第4章返回29非线性处理器上页下页R1510 UTRT-UCC(-15V)R210 kR3 10 k UO1+_A0A1温度传感器温度传感器 跟随器跟随器（隔离，以避免后级的影响）RT置于温度监测处。置于温度监测处。当温度从当温度从0 100 RT由由7355 153，相应的相应的UT从从0.97V 11.54V
11、。UO1=UT A1第4章返回 MF57型型热敏电阻热敏电阻30非线性处理器上页下页UCC(15V)VR5R4RP1RP2R64.7 k R710 kR8 10 k10 k220 k10 kUO1UO2UO3反相加法器反相加法器 跟随器跟随器（隔离）（隔离）温度为温度为下限值下限值时时，UO1=UO1L0.97V,令令UO2=UO2L=0,则应满足：则应满足：温度为温度为上限值上限值时时， UO1=UO1H11.54V令令UO2=UO2H=10V,则应则应满足：电压放大倍数满足：电压放大倍数=按温度标定后电压表可按温度标定后电压表可直接指示直接指示被监测温度被监测温度+_A0A2A2+_A0A
12、3A3第4章返回31非线性处理器上页下页R12RP3R10UCC(15V)R9U-4U+4R11UO4UO3滞回比较器滞回比较器设设RP=RP3/RP3,则：则：RP3RP3UR调节调节RP3可改变可改变UR，从而调节，从而调节U+4, ,达到调节控温范围的目达到调节控温范围的目的。的。R9R12的阻值由控温要的阻值由控温要求确定。求确定。A4第4章返回32非线性处理器上页下页UO4R15R1310 kR14 10 kUCC(15V)R16T1DEKT2R17加热器加热器FUFU反相器反相器 光电光电耦合器耦合器UO5 当当UO5为低电平时，为低电平时，T1和和T2导通，继电器线圈通电，其导通
13、，继电器线圈通电，其触点闭合，加热器通电加热，使被监控点的温度上升；反触点闭合，加热器通电加热，使被监控点的温度上升；反之，则温度下降。之，则温度下降。A5第4章返回33非线性处理器下页上页 被控点的温度较低时，被控点的温度较低时，RT大，大，UT、UO1小，小，UO2、UO3小，使得小，使得U-4U+4H, A4输输出负饱和电压（此时出负饱和电压（此时U+4=U+4L), UO5输出高电平，输出高电平，加热器停止加热，温度下降。降至下限值则重新加热器停止加热，温度下降。降至下限值则重新加热。加热。返回34非线性处理器下页 电位器RP1、RP2的作用决定了输出电压按温度标定的比例关系，即如何使得电压表直接指示温度值。上页返回第4章注意：注意： 通过电位器RP3的调节，使控制温度范围可调。35非线性处理器
