集成运放的非线性应用-电压比较器

集成运放的非线性应用（电压比较器、波形产生与变换）一选择题：1、欲将方波电压转换为三角波电压，应选用（A ）电路。

A.积分运算B、乘方运算C．同相比例运算 D.反相比例运算电路2、在RC桥式正弦波振荡电路中，当满足相位起振条件时，则其中电压放大电路的放大倍数必须满足（ D ）才能起振。

A A u= 1B A u= 3C A u＜3D A u＞33、振荡电路的幅度特性和反馈特性如图1所示，通常振荡幅度应稳定在（ C ）。

A.O 点B. A 点C. B 点D. C 点4、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（）次跃变。

A. 1B. 2 AC. 3D. 05、某LC振荡电路的振荡频率为o f＝100 kHz，如将LC选频网络中的电容C增大一倍，则振荡频率约为 ( C )A．200kHz B．140kHzC. 70kHzD.50kHz6、若想制作一频率非常稳定的测试用信号源，应选用（ D ）。

A. RC桥式正弦波振荡电路B. 电感三点式正弦波振荡电路C. 电容三点式正弦波振荡电路D. 石英晶体正弦波振荡电路7、电路如图3所示，欲使该电路能起振，则应该采取的措施是（ C ）。

A.改用电流放大系数β较小的晶体管B.减少反馈线圈L1的匝数C.适当增大L值或减小C值D.减少L2的匝数L8、正弦波振荡器的振荡频率由（ C ）而定。

图3A.基本放大器B.反馈网络C.选频网络D.稳幅电路 9、RC 桥式正弦波振荡电路由两部分电路组成,即RC 串并联选频网络和（ D ）。

A. 基本共射放大电路 B.基本共集放大电路C. 反相比例运算电路D.同相比例运算电路10、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（ A ）次跃变。

A. 1B. 2C. 3D. 011、一个正弦波振荡器的反馈系数F =∠︒15180，若该振 荡器能够维持稳定振荡，则开环电压放大倍数A u 必须等于（ C ）。

实验: 集成运算放大器的非线性应用电路一、实验目的1.掌握单限比较器、滞回比较器的设计、测量和调试方法。

2.掌握电压比较器应用电路电压传输特性的测试方法。

3.学习集成电压比较器在电路设计中的应用。

二、实验内容CCV+87651234OE IN-IN+CCV-LM311OCBAL/STRB BAL图1 741Aμ和LM311的引脚图1. 电压比较器（SPOC实验、Multisim仿真实验）（1）学习SPOC实验内容，利用Multisim仿真软件，按图2接好电路，电阻R1=R2=10kΩ，电阻R3为5.1kΩ。

由函数信号发生器调出1000Hz，峰峰值为5V，偏移量为0V的正弦交流电压加至iu端。

按表中给定数值改变直流信号源输入电压U R。

利用示波器通道1测量输入iu电压波形，通道2测量输出ou端的矩形波波形如图3所示。

其中稳压管VS选取：“DIODE”→“ZENER”→“1N5233B”iuou图2 电压比较器图3 输出电压波形（2）按表1中给定值调节U R的大小，用示波器观察输出矩形波的变化，测量测量HT和T的数值，并记入表1中。

表1电压比较器的测量0 1000 492.518 0.5 1000 945.454 11000 436.052截图仿真电路图：当U R =1V 时，截取输入i u 和输出o u 的电压波形：2. 反相滞回比较器电路（SPOC 实验、Multisim 仿真实验）1) 学习SPOC 实验内容，利用仿真软件，按图4所示的电路选择电路元件，接好电路。

其中稳压管VS 选取：“DIODE ”→“ZENER ” →“1N5233B ”-++81R iu ou 2R FR 3R 10k Ω10k Ω100k Ω5.1k ΩVS图4 反相滞回比较器仿真电路图截图：2) i u 接频率为1kHz ，峰峰值为2V 的正弦信号，观察并截取输入i u 和输出o u 的波形。

要求示波器的通道1接输入电压波形，通道2接输出电压波形。

集成运放的非线性应用（电压比较器、波形产生与变换）一选择题：1、欲将方波电压转换为三角波电压，应选用（A ）电路。

A.积分运算B、乘方运算C．同相比例运算 D.反相比例运算电路2、在RC桥式正弦波振荡电路中，当满足相位起振条件时，则其中电压放大电路的放大倍数必须满足（ D ）才能起振。

A A u= 1B A u= 3C A u＜3D A u＞33、振荡电路的幅度特性和反馈特性如图1所示，通常振荡幅度应稳定在（ C ）。

A.O 点B. A 点C. B 点D. C 点4、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（A ）次跃变。

A. 1B. 2C. 3D. 05、某LC振荡电路的振荡频率为o f＝100 kHz，如将LC选频网络中的电容C增大一倍，则振荡频率约为 ( C )A．200kHz B．140kHzC. 70kHzD.50kHz6、若想制作一频率非常稳定的测试用信号源，应选用（ D ）。

A. RC桥式正弦波振荡电路B. 电感三点式正弦波振荡电路C. 电容三点式正弦波振荡电路D. 石英晶体正弦波振荡电路7、电路如图3所示，欲使该电路能起振，则应该采取的措施是（ C ）。

A.改用电流放大系数β较小的晶体管B.减少反馈线圈L1的匝数C.适当增大L值或减小C值D.减少L2的匝数L图3A.基本放大器B.反馈网络C.选频网络D.稳幅电路 9、RC 桥式正弦波振荡电路由两部分电路组成,即RC 串并联选频网络和（ ）。

A. 基本共射放大电路 B.基本共集放大电路C. 反相比例运算电路D.同相比例运算电路10、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（ A ）次跃变。

A. 1B. 2C. 3D. 011、一个正弦波振荡器的反馈系数F =∠︒15180，若该振 荡器能够维持稳定振荡，则开环电压放大倍数A u 必须等于（ C ）。

第六章运放的非线性应用讲义发表时间：2008-6-2集成运放工作非线性区域时，其稳态输出值只能有两个值：最大输出电压＋U OM与最小输出电压－U OM。

对应的电路结构或为开环，或为正反馈。

第一节电压比较器电压比较器用于比较输入电压和参考电压的大小。

用于测量、控制以及波形发生等方面。

当运放为非线性应用时。

其电路结构一般处于开环状态，有时为了提高在状态转换时的速度，在电路中引入正反馈。

根据比较器的传输特性来分类，常用的比较器有过零比较器、单限比较器、双限比较器以及滞回比较器等。

一、过零比较器最简单的一种比较器，画反相比较电路图及电压传输特性曲线。

当u I<0时，u O＝＋U OM；当u I>0时，u O＝－U OM。

只有当输入电压u I近似等于零的很小范围内，运放才处于线性放大状态，输出电压u O＝A u·u I。

――理想运放的线性区＝0·阈值电压或门限电压：使比较器输出电压突变所对应的输入电压。

上述比较器的门限电压等于零，故称为过零比较器。

·同相输入方式画出同相输入比较器电路图及电压传输特性。

·输出电压的限幅问题：比较器的输出电压值应与后级兼容，常采取限幅措施――两种电路①普通型，其中电阻R为限流电阻。

Uo=±U Z。

②将稳压管接在输出端与反相输入端之间，如图6-1-3所示。

说明：两种电路的不同点，前者运放是处于开环状态，运放工作在非线性区。

而后者运放因稳压管击穿后引入一个深度负反馈，因此本质上运放是工作在线性工作区，但是由于运放的输出值仅为±U Z，并不随u I而改变（当u I＞0或u I＜0时），与非线性应用的情况相符，故将此类电路并入运放的非线性应用中研究。

二、单限比较器单限比较器是指有一个门限电平，当输入信号等于此门限电平时，比较器的输出端的状态立即发生跳变。

单限比较器可用于检测输入的模拟信号是否达到某一给定的电平。

图6-1-4所示为一种单限比较器。

集成运放非线性运用一、实验目的：1、掌握集成运放组成的电压比较器的原理2、掌握几种电压比较器电路的调试与测量方法二、实验器材：1、低频信号发生器2、晶体管毫伏表3、双踪示波器4、数字万用表5、运算放大器、电阻等其它元器件三、实验原理：运算放大器的输出端与输入端之间开环或接成正反馈，则构成了运放的非线性运用，即当V P>V N时，输出正的最大值；当V P<V N时，输出负的最大值。

运用这一原理，可以将运放接成电压比较器，获得矩形波。

1、过零电压比较器：电路如图1示：当v i>0时，v o=－U o(sat)当v i<0时，v o=U o(sat)当输入v i为正弦波时，对应的输出波形如图2示：当图1o(sat)Z2、任意电压比较器：电路如图3示：当v i>U R时，v o=－U o(sat)当v i<U R时，v o=U o(sat)当输入vi为正弦波时，对应的输出波形如图4示：当电路输出端加上稳压管电路时，±U o(sat)=±U Z四、实验步骤：1、过零电压比较器：（1）按图1连接电路。

R 1=R 2=10k ，运放型号为358，接±12V 电源电压。

输入端v i 接入频率为100Hz ，有效值为1V 的正弦波；用示波器观察输入输出波形，并在示波器上测出输出电压值。

（2）在输出端接稳压管，观察波形并目测出输出电压值。

2、任意电压比较器：（1）按图3连接电路，按上述方法观察波形并测输出。

（2）接稳压管，观察波形并测输出。

过零比较器任意电压比较器五、实验报告：1、分析几种波形的特点；2、掌握过零及任意电压比较器。

v i t v o 1t v o 2 t v i t v o 1t v o 2 t。

一、电压比较器原理电压比较器是集成运放非线性应用电路，常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。

比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。

图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压ui加在反相的输入端。

图1电压比较器原理图(a)及传输特性(b)(a)电路图⑹传输特性当uiVU R时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。

输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压匕，即u°=Uz当ui>U R时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降U D,即uo=—UD因此，以U R为界，当输入电压Ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。

表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。

图1(b)为(a)图比较器的传输特性。

常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压比较器，窗口(双限)电压比较器。

二、集成电压比较器简介作用：可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。

应用：作为模拟电路和数字电路的接口电路。

特点：比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯(例如LM311)。

三、电压比较器的应用电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。

它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。

本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。

电压比较器是对两个模拟电压比较其大小他有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。