第五节 集成运放的非线性
应用
一、单限电压比较器
二、迟滞电压比较器
一、单限电压比较器
电压比较器的基本功能是比较两个或多个模
拟输入量的大小, 并将比较结果由输出状态反
映出来 。 电压比较器工作在开环状态, 即工作
在非线性区 。
图 5-22a所示电路为简单的单限电压比较器 。
图中, 反向输入端接输入信号 Ui,同相输入端
接基准电压 UR。 集成运放处于开环工作状态,
当 Ui＜ UR时, 输出为高电平 +UOM,当 Ui＞ UR时,
输出为低电平 -UOM,其传输特性如图 5-22b所
示 。
图 5-22
由图可见, 只要输入电压相对于基准电压发生微小
的正负变化时, 输出电压就在负的最大值到正的最大
值之间作相应地变化 。
比较器也可以用于波形变换 。 例如, 比较器的输入电
压 Ui是正弦波信号, 若 UR＝ 0,则 UI每过零一次, 输出
状态就要翻转一次, 如图 5-23a所示 。
比较器可以由通用运放组成, 也可以用专用运放组成,
它们的主要区别是输出电平有差异 。 通用运放输出的
高, 低电平值与电源电压有关, 专用运放比较器在其
电源电压范围内, 输出的高, 低电平电压值是恒定的 。
图 5-23
二、迟滞电压比较器
单限电压比较器存在的问题是, 当输
入信号在 UR处附近波动时, 输出电压会
出现多次翻转 。 采用迟滞电压比较器可
以消除这种现象 。 迟滞电压比较器如图
5-24所示, 该电路的同相输入端电压 U＋,
由 UＯ 和 UＲ 共同决定, 根据叠加原理有
R
f
f
O
f
U
RR
R
U
RR
RU
?
?
?
??
11
1
由于运放工作在非线性区, 输出只有
高, 低电平两个电压 +UOM和 -UOM,因此当
输出电压为 UＯＨ ＝ +UＯＭ 时, U＋ 的上门限
值为
输出电压为 UＯＬ ＝ -UＯＭ 时, U＋ 的下
门限值时为
R
f
f
OM
f
TH URR
RU
RR
RU
???? 11
1
R
f
f
OM
f
TL URR
RU
RR
RU
???
??
11
1
这种比较器在两种状态下, 有各自的门限
电压 。 对应于 UOH有高门限电平 UTH,对应于 UOL
有低门限电平 UTL。
迟滞电压比较器的特点是,当输入信号发
生变化且通过门限电平时, 输出电压会发生翻
转, 门限电平也随之变换到另一个门限电平 。
当输入电压反相变化, 而通过导致刚才翻转那
一瞬间的门限电平值时, 输出不会发生翻转,
直到 ui继续变化到另一个门限电平时, 电路才
能翻转, 出现转换迟滞, 常用回差电压 Δ U表
示迟滞电压的大小, 迟滞比较器又叫施密特触
发器 。
图 5-24