实验五、集成运算放大器的非线性应用
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集成运算放大器非线性运用
为了便于进一步理解集成运放FAN400ATY在非线性运用下的工作状态,借三极管的饱和、截止状态来说明,非线性运用状态下的集成运放如同三极管工作在饱和、截止状态一样。
集成运放的非线惟运用主要说明下列4点。
虚短和虚断在分析线性运用的集成运放中经常用到,应深入理解这两种概念,灵活运用这两种概念去分析集成运放电路工作原理。
集成运放的同相输入端信号电压与反相输入端信号电压接近相等,同相输入端与反相输入端之间输入信号电压之差接近于零(不是等于零),两输入端不是真正意义上的短路,这时称为“虚短路”,简称“虚短”。
集成运放的同相输入端与反相输入端的输入信号电流接近相等,同相输入端与反相输入端之间输入信号电流之差接近于零(不是等于零),两输入端不是真正意义上的断路,这时称为“虚断路”,简称“虚断”。
(1)集成运放应用在非线性电路中时,集成运放本身不带负反馈,或者带有正反馈,这一点与在线性运用时明显的不同,依据这一点可以了解集成运放的运用状态。
(2)集成运放非线性运用状态下,集成运放输出量与输入量之间为非线性的,其输出端信号电压或为正饱和值,或为负饱和值。
(3)集成运放非线性运用状态下,虽然同相输入端和反相输入端上的信号电压不相等,由于集成运放的输入电阻很大,所以输入端的信号电流很小而接近于零,这样集成运放仍然具有虚断的特点。
(4)集成运放在非线性运用状态下,由于固相输入端和反相输入端上的信号电压大小不等,所以没有虚短的特点。
实验4.7 运算放大器的非线性应用一、实验目的1.进一步了解运算放大器的传输特性2.进一步了解运算放大器开环及引入正反馈时的应用特点3.学会用运放构成电压比较器,矩形波,三角波,锯齿波发生器二、实验仪器与器件1.双路稳压电源一台2.示波器一台3.数字万用表一台4.集成运算放大器A741 2块5.定值电阻若干6.电容若干7.双向稳压管1只8.DC信号源3个9.100K电位器2只三、实验原理当运算放大器处于开环或接入正反馈时,其传输特性为非线性此种状态下的运算放大器工作在非线性状态,称之为运算放大器的非线性应用。
运算放大器非线性应用时,选择合理的电路结构和外接器件,可构成各种电压比较器和各种信号产生电路。
在电压比较器中,比较特殊和常见的的有过零比较器、基准电压为nV的电压比较器和迟滞电压比较器。
信号产生电路可以输出正弦波、三角波、矩形波。
此外,通过调整电路元件参数和结构,还可改变矩波形的占空比,积分得到锯齿波;通过电路的运算功能可实现不同波形的转换,例如正弦波经滤波得到三角波,三角波和正弦波经比较电路可得到矩形波,矩形波经积分可得到三角波。
四、实验内容实验要求1.利用EWB对预习中的设计电路进行仿真,调整确定器件参数2.根据仿真确定的电路和器件进行电路连接,构成满足要求的电路1.用运算放大器构成一个基准电压为2V的电压比较器。
图1-1 基准电压为2V的电压比较器图1-2基准电压为2V的电压比较器特性曲线2.用运算放大器构成一个迟滞比较器。
图2-1 迟滞比较器图2-2 迟滞比较器特性曲线3.用运算放大器构成一个既能产生矩形波又能产生三角波的电路。
图3-1 既能产生矩形波又能产生三角波的电路图3-2 输出波形4.运算放大器构成产生锯齿波的电路。
图4-1 锯齿波产生电路图4-2锯齿波产生电路输出波形五、实验总结具体电路图的结构、元件参数、和仿真结果、(1)(2)的传输特性和(3)(4)的输出波形可参考仿真抓屏文件。
实 验 报 告
课程名称:
实验项目名称:集成运算放大器的非线性应用
专业:
报告人: 学号: 班级:
实验时间:
天津城建大学
控制与机械工程学院
一 实验目的:
1.学习电压比较器的基本工作原理与电路形式,深入理解其电路的功能和特点。
2.学习迟滞比较器传输特性的测试方法。
3.进一步掌握示波器的使用。
二 实验设备和器材:
1.示波器;2.低频信号发生器;3.直流稳压电源;
4.晶体管毫伏表;5.数字万用表;
三 实验原理(电路):
电压比较器是一种能进行电压幅度比较和幅度鉴别的电路,它能够将输入信号与参考电压进行大
小比较,并用输出的高低电平来表示比较的结果。电压比较器的特点是电路中的集成运放工作在开环
或正反馈状态,输入和输出之间呈现非线性传输特性,这种电路能把输入的模拟信号转换为输出的脉
冲信号,它是一种模拟量到数字量的接口电路,常被应用于模数转换、自动控制和自动检测等技术领
域,以及波形产生和变换等场合。
(a) 过零比较器 (b) 电压传输特性
图1 过零比较器
(a) 反相滞回参考电路图 (b) 同相滞回参考电路
图2 滞回比较器
四 实验内容(表格):
1.过零电压比较器
(1)按图1接线。将同相输入端接地,Ui悬空时,测试Uo电压。
(2)输入信号为有效值Ui = 1.0V, f = 500Hz的正弦波,用双踪示波器同时观察Ui及U0波形,并
描绘下来,将数据记入表格。
(3)改变Ui幅值,观察Uo变化。
2.反相迟滞电压比较器
(1)按图2(a)接线。R1=R2=10kΩ、R3=9.1kΩ、Rf=l00kΩ,VZ为2DW7。Ui接直流电源,测出
Uo由+Uom→-Uom时的临界值。
(2)同上,测出Uo由-Uom→+Uom时的临界值。
(3)输入信号为有效值Ui = 1V,f = 500Hz的正弦波。用双踪示波器同时观察Ui及Uo波形,并描
绘下来。
Ui Uo由+Uom→-Uom Ui的临界值 Uo由-Uom→+Uom Ui的临界值 Uo
波形
-2.5~2.5v直流 ---- -----------------------------
1v,500Hz
--------------------- --------------------------
3.同相迟滞电压比较器
(1)按图2(b)接线。Rl=10kΩ、R2=9.1kΩ、Rf=l00kΩ,VZ为2DW7。Ui接直流电源,测出U
o
由+Uom→-Uom时的临界值。
(2)同上,测出Uo由-Uom→+Uom时的临界值。
Ui Uo
波形
1.0v
0.5v
2v
(3)输入信号Ui为有效值Ui=1V,f=500Hz的正弦波。用双踪示波器同时观察Ui及Uo波形,并描
绘下来。
Ui Uo由+Uom→-Uom Ui的临界值 Uo由-Uom→+Uom Ui的临界值 Uo
波形
-2.5~2.5v直流 ------ ------------------------------
1v,500Hz
---------------------- -----------------------
五 实验思考题:
(1)画出两种滞回比较器的传输特性曲线。
(2)滞回比较器与单限比较器相比具有什么优点?
成绩评定:
指导教师签字:
年 月 日