(6-1)
电子技术第六章非线性处理器模拟电路部分
(6-2)
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
(6-3)
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。
+ +?
A uo?
比如：运放开环应用 uo
运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。
§ 6.1 概述
(6-4)
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）。
ui>0时,
i
F
o uR
Ru
1
1
ui<0时,
i
FF
o uR
RRu
1
21 //+ +
A
uo
R1
RF1
RF2 D
ui
uo
ui0传输特性
(6-5)
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。
(6-6)
t
ui
uo
t
UZ
-UZ
–
+
A
uo
R1
RF
ui
DZ
R
+
运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件 ——稳压二极管。
R：限流电阻。一般取 100?。
DZ双向稳压管
§ 6.2 限幅器
(6-7)
另一种形式的限幅器,双向稳压管接于负反馈回路上。
–
+
A
uoR1
RF
ui
DZ
+
当 时，在双向稳压管的作用下，
Zi
F Uu
R
R?
1
ZoZo UuUu 或当 时，双向稳压管不通，运放工作在线性状态。
Zi
F Uu
R
R?
1
i
F
o uR
Ru
1

(6-8)
–
+
A
uoR1
RF
ui
UZ
+
uo
ui0
+UZ
+UZ
传输特性
(6-9)
uo
ui
0
+Uom
-Uom
UR
传输特性UR：参考电压u
i,被比较信号
+ +? u
o
ui
UR –
特点：运放处于开环状态。
当 ui > UR时,uo = +Uom
当 ui < UR时,uo = -Uom
一,若 ui从同相端输入
§ 6.3 电压比较器
(6-10)
+ +? u
oui
UR
uo
ui0
+Uom
-Uom
UR
当 ui < UR时,uo = +Uom
当 ui >UR时,uo = -Uom
二,若 ui从反相端输入
(6-11)
uo
ui0
+UOM
-UOM
+ +? u
o
ui
三、过零比较器,(UR =0时 )
+ +? u
ou
i
uo
ui0
+UOM
-UOM
(6-12)
+ +? u
o
ui
t
ui例,利用电压比较器将正弦波变为方波。
uo
t
+Uom
-Uom
(6-13)
+ +?ui
uo
ui0
+UZ
-UZ
电路改进,用稳压管稳定输出电压。
+ +?ui uo
UZ
R
R′
uo
UZ
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
(6-14)
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。
t
ui
uo
t
过零附近仍处于放大区
(6-15)
一、下行迟滞比较器分析
1,因为有正反馈，所以输出饱和。
2,当 uo正饱和时 (uo =+UOM),
U+ Hom UURR
RU?
21
1
3,当 uo负饱和时 (uo =–UOM),
Lom UURR
RU?

21
1
－
+ +
uoR
R2R1
ui
参考电压由输出电压决定特点,电路中使用正反馈,运放处于非线性状态。
1,没加参考电压的下行迟滞比较器
§ 6.4 迟滞比较器
(6-16)
omH URR
RU
21
1
omL URR
RU
21
1

分别称 UH和 UL上下门限电压 。称 (UH - UL)为 回差 。
当 ui 增加到 UH时，输出由 Uom跳变到 -Uom；
－
+ +
uoR
R2R1
ui
当 ui 减小到 UL时，输出由 -Uom跳变到 Uom。
传输特性,uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
小于回差的干扰不会引起跳转。 跳转时，正反馈加速跳转。
(6-17)
t
ui
Uom
-Uom
t
ui
UH
UL
例,下行迟滞比较器的输入为正弦波时，
画出输出的波形。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
(6-18)
RomH URR
RU
RR
RU
21
2
21
1
RomL URR
RU
RR
RU
21
2
21
1

2,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：
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
(6-19)
下行迟滞比较器两种电路 传输特性 的比较,
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
(6-20)
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。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
5V
10V
ui
t
0
(6-21)
首先计算上下门限电压：
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
V10
21
2
21
1?
RomH U
RR
RU
RR
RU
V2
21
2
21
1?
RomL U
RR
RU
RR
RU
(6-22)
+UOM
-UOM
根据传输特性画输出波形图。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
ui
uo
t
t
10V
5V
0
0
2V
(6-23)
0
21
1
21
2?
omi URR
Ru
RR
R
u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。
0
21
1
21
2?
omi URR
Ru
RR
R
二、上行迟滞比较器
－
+ +
uoR
R2R1
ui
Homi UUR
Ru
2
1
Lomi UUR
Ru
2
1
当 u+> u- =0时,uo= +UOM
当 u+< u- =0时,uo= -UOM
1,没加参考电压的上行迟滞比较器
(6-24)
uo
ui0
Uom
-Uom
传输特性曲线
UHUL
－
+ +
uoR
R2R1
ui
omH UR
RU
2
1?
omL UR
RU
2
1
上下门限电压：
(6-25)
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
上下门限电压：
当 uo= +UOM时：
当 uo= -UOM时：
Romi UURR
Ru
RR
R?
21
1
21
2
Romi UURR
Ru
RR
R?
21
1
21
2
RomH UR
RRU
R
RU
2
21
2
1
RomL UR
RRU
R
RU
2
21
2
1
2,加上参考电压后的上行迟滞比较器
(6-26)
传输特性：
UHUL
uo
ui0
Uom
-Uom
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
对照
(6-27)
迟滞比较器电路改进,为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。
思考题,如何计算上下限？
UZ
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
UZ
－
+ +
R
R2R1
ui