运放的非线性应用

运放的非线性应用原理1. 引言运放（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种广泛应用于电子电路中的集成电路器件。

除了典型的线性应用，运放还可以应用于非线性电路中，实现多种有趣而实用的功能。

本文将介绍运放的非线性应用原理，并使用列点的方式进行阐述。

2. 非线性应用原理以下列出了几种常见的运放非线性应用原理：•比较器（Comparator）：通过利用运放的放大特性和比较特性，将输入信号和参考电压进行比较，并输出高或低电平的信号。

比较器常用于判断信号的高低电平或超过阈值等特定条件。

在计算机数字电路中，比较器也用于二进制数据的比较与处理。

•正弦波产生器（Oscillator）：利用运放的正反馈特性，实现自激振荡电路，产生稳定的正弦波信号。

正弦波产生器常应用于音频设备、信号发生器以及通信设备中。

•多谐振荡器（Multivibrator）：通过运放的放大特性和正反馈特性，构建多谐波振荡电路。

多谐振荡器可产生方波、矩形波和锯齿波等多种波形信号。

在电子乐器、通信设备和数字电路中，多谐振荡器有广泛的应用。

•限幅器（Clamper）：通过限制输入信号的幅值，实现对信号的限制和修正。

限幅器多用于音频设备和通信设备中，用于保护后续电路不受高幅值的输入信号的干扰。

•焊接控制器（Soldering Iron Temperature Controller）：运放非线性应用在温控领域中也有应用。

焊接控制器可通过运放的非线性运算功能，实现对焊接烙铁温度的精确控制。

在焊接电子元件时，可根据焊接环境和元件要求来控制烙铁的温度。

3. 非线性应用实例分析将以限幅器为例，对非线性应用原理进行实例分析：3.1 限幅器原理限幅器的原理是通过控制开关电路的导通和断开来限制输入信号的幅值。

输入信号超过设定的上下限幅值时，运放会切断输出信号。

以下为限幅器的工作原理：1.以一个正弦波信号作为输入信号。

2.设置上下限幅电压值。

运放的非线性应用（分层）
实验任务：
任务一：验收：报告纸上：全部数据记录。

仪器上：示波器双通道显示任务（2）u i 、u o 波形。

任务二：验收：报告纸上：全部数据记录。

仪器上：示波器双通道显示u i 、u o 波形（采用X-Y 坐标系；测量需数格子，因此波形调得越大越好；示波器耦合方式为直流，水平、垂直基线归零；输入信号幅值改为5V ）。

4.3 各层次实验内容
实验层次 B 类 A 类
实验内容
实验任务一
实验任务一、二
B 类任务讲解
1. 任务与步骤。

电压传输特性曲线课后完成。

表1 过零电压比较器实验数据
表2 任务（2）i 、u o 波形参数
u i 波形参数
u o 波形参数
U ipp f i U oH U oL f o
2.o +-
3. 设备介绍。

可调直流电压源、稳压二极管(2DW231)、信号源接线。

4. 注意事项：
1) A 类任务无输出波形的可能原因：幅值未达到5V 或offset 旋钮未归零。

5. 安排值日。

u i (V) -4
-3
-2
-1
1
2
3
4
u o (V)
5.1k Ω
10k Ω
10k Ω
6V。

集成运放的非线性应用一. 实验目的学习集成运放的基本非线性应用，了解集成运放使用中的有关问题，进一步熟悉运算放大器的特性。

二. 实验仪器设备1.实验箱2. 万用表3. 示波器三. 实验内容及要求RC振荡电路1、正确连接电路，并计算振荡频率。

2、接通电源，用示波器观察是否起振。

若不起振，调整W f的大小，使电路满足振荡条件。

当有输出波形后，调节W f的大小，使振荡波形达到基本不失真。

3、测量输出电压的幅值Vom和频率f o4、关掉电源，断开电路，测量负反馈电路中电阻值，计算 A vf。

10KΩ2200pFR2+Wf5.1KΩ迟滞比较器接线示意图思考题1．迟滞比较器和过零比较器相比具有哪些优点？过零比较器当输入信号在门限值附近有微小干扰波动时，输出电平就会产生相应的起伏，而迟滞比较器由于在电路中引入了正反馈克服了这一缺点，因此抗干扰能力比过零比较器更强；迟滞比较器加有正反馈可以加快比较的速度。

过零比较器只能比较输入与零电位的大小，而迟滞比较器可以通过调整相应的参数实现与任意电位的比较。

2．RC 振荡电路的振荡频率是由哪部分电路确定的？如何改变电路的振荡频率？RC 振荡电路的振荡频率是有RC 选频网络决定的，即图示电路中RC 串联与RC 并联网络决定。

振荡频率：012f RCπ= 可见，要想改变电路的振荡频率只需改变相应RC 的参数即可获得需要的频率。

3．如果迟滞比较器的输出为一条直线，那么可能原因有哪些？（1）输入信号幅值偏小只达到下门限电压值，达不到上门限电压值无法再次反转；（2）输入信号为直流（3）示波器接地了，输出零电位（4）电路中有短线4. 实验过程中遇到的问题，如何解决。

RC振荡电路不能起振，解决办法：调整Wf大小使A vf满足起振条件即A vf>3；输出波形失真，解决办法：调整Wf大小使波形刚好达到最大不失真；反馈电阻实测值比理论值偏小，解决办法：实验中测量反馈电阻时没有与电路断开，当有万用表测量反馈电阻时相当于反馈电阻与电路并联，故实测值比理论值偏小，需断开与电路的联系重新测量实验总结。

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 ）。

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（）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（）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（）。

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. 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 ( )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（）。

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（）。

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（）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（ ）。

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（ ）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（ ）。

集成运放非线性应用及其在波形产生方面的实验一、实验目的1. 学会在集成运算放大器实现波形变换及波形产生。

二、实验所用仪器设备1. 测量仪器。

2. 模拟电路通用实验板（内含集成电路插座，电阻，电容等）。

3. 电子电路实验箱（F007两只）。

4. 6V稳压二极管两只（2CW7E）。

三、实验内容及要求1. 基本命题（1）设计一个正弦信号发生器，要求f0=5kHz±10%。

（2）设计一个单运放方波信号发生器，要求f0=500Hz±10%，输出幅度U PP为12V。

（3）设计一个占空比可调的单运放信号发生器，要求f0=2kHz±10%，输出幅度U PP为12V，占空比在40%~70%内可调。

根据以上实验任务设计线路，并用计算机仿真。

据计算机仿真实验结果，先在模拟通用实验板上搭建电路，调试达到设计要求。

2.扩展命题（1）设计一个双运放方波一三角波发生器，要求输出频率f0=2kHz±10％，三角波输出幅度Vpp大于3V。

（2）设计一个双运放锯齿波信号发生器，要求输出频率f0=2kHz±10％，输出幅度Vpp 大于6V。

四、实验说明及思路提示1.基本命题（1）正弦信号发生器正弦信号发生器如图1所示，图中R1，R2，C1和C2组成的文氏桥作为选频网络构成正反馈支路，R3, R P和R4构成负反馈支路。

R P用来调整负反馈的深度，以满足起针条件和改善波形。

利用二极管D1，D2正向导通电阻的非线性自动调节电路的闭环放大倍数，以稳定波形的幅度。

图1 正弦信号发生器当R1=R2=R，C1=C2=C时，电路的振荡频率为f0=12πRC（1）根据起振条件，负反馈电阻R FR3≥2，（2）式中：R F——负反馈支路电阻。

（2）方波与占空比可调的矩形波发生器图2（a）所示，它是一个单运放组成的方波信号发生器，A1通过其中R1与R F组成正反馈的迟滞比较器，运放同端的输入电压为u+=R1R1+R Fu o（3）电阻R P和电容C组成定时电路。

模拟电子技术练习题库（附参考答案）一、单选题（共103题，每题1分，共103分）1.PNP型三极管工作在放大状态时，其发射极电位最高，集电极电位最低。

（）A、对 :B、错正确答案：A2.集成运放的非线性应用存在（）现象。

A、虚地；B、虚断；C、虚断和虚短。

正确答案：B3.设置静态工作点的目的是让交流信号叠加在直流量上全部通过放大器。

( )A、错误B、正确 ;正确答案：B4.集成运算放大器采用差动放大电路作为输入级的原因是A、提高输入电阻B、抑制零漂C、稳定放大倍数D、克服交越失真正确答案：B5.理想集成运放的开环放大倍数Au0为( )。

A、∞;B、0;C、不定。

正确答案：A6.分压式偏置的共发射极放大电路中,若VB点电位过高,电路易出现( )。

A、截止失真;B、饱和失真;C、晶体管被烧损。

正确答案：B7.射极输出器的特点是（）A、只有电流放大而没有电压放大，输出电阻小、输入电阻大B、只有电流放大而没有电压放大，输出电阻大、输入电阻小C、只有电压放大而没有电流放大，输出电阻小、输入电阻大D、既有电流放大也有电压放大，输出电阻小、输入电阻大正确答案：A8.分析集成运放的非线性应用电路时,不能使用的概念是( )。

A、虚短;B、虚地;C、虚断。

正确答案：A9.基极电流iB的数值较大时,易引起静态工作点Q接近( )。

A、饱和区B、死区C、截止区正确答案：A10.正弦电流经过二极管整流后的波形为（）。

A、正弦半波；B、矩形方波；C、等腰三角波；D、仍为正弦波。

正确答案：A11.晶体三极管的集电极和发射极类型相同，因此可以互换使用。

（）A、对 :B、错正确答案：B12.对于工作在放大区的晶体三极管而言，下列式子正确的是：A、I=βIbB、Ic=βIbC、Ie=βIb正确答案：B13.集成电路内部,各级之间的耦合方式通常采用 ( )A、直接耦合B、变压器耦合C、光电耦合D、阻容耦合正确答案：A14.具有输入、输出反相关系的小信号放大电路是 ( )A、共集电放大电路B、射极输出器C、共射放大电路D、共基放大电路正确答案：C15.共集电极放大电路的输入信号与输出信号，相位差为180°的反相关系。