运放线性应用和非线性应用

实验一 集成运算放大器的线性应用

(4学时)

一、 实验目的

1．了解运算放大器的特性和基本运算电路的组成； 2． 掌握运算电路的参数计算和性能测试方法。 二、 实验仪器及器件 1．双踪示波器；

2．直流稳压电源； 3．函数信号发生器；

4．数字电路实验箱或实验电路板； 5．数字万用表；

6．集成电路芯片uA741 2块、电容0.01uF2个、电阻10k 10个、20k 5个、30k 2个、50k 2个、100k 2个、5.1k 1个、3.3k 1个、680k 1个，10k电位器3个。 三、 预习要求

1．熟悉集成电路芯片uA741的引脚图及功能； 2．掌握集成运放的工作特点；

3．掌握构各种运算电路的形式及工作原理。 四、实验原理

（1）集成运放简介

集成电路运算放大器（简称集成运放或运放）是一个集成的高增益直接耦合放大器，通过外接反馈网络可构成各种运算放大电路和其它应用电路。集成运放uA741的电路符号及引脚图如图1所示。

NC

+Vcc

VO

调零

8 1

调零

7 6 5 2 V-

3 V+

4 -Vcc

图1 uA741电路符号及引脚图

任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出

集成运算放大器是电子系统中最重要的模拟器件。它的应用主要分为线性应用和非线性应用。在非线性应用中,运算放大器构成的单门限电压比较器、迟滞比较器是构成矩形波、三角波和锯齿波等信号产生电路的核心模块。在此主要讨论利用Protues平台对集成运放的非线性应用设计及仿真。

山西电子技术 21 0 2年第 5期文章编号：6 44 7 (0 2 0—0 00 17 -5 8 2 1 )50 1—2

应用实践

基于 Po e集成运放非线性应用仿真 rt s的 u张昌华，杨庆(湖北民族学院科技学院，北恩施 450 )湖 400摘要：集成运算放大器是电子系统中最重要的模拟器件。它的应用主要分为线性应用和非线性应用。在非

线性应用中，算放大器构成的单门限电压比较器、比较器是构成矩形波、运迟滞三角波和锯齿波等信号产生电路的核心模块。在此主要讨论利用 P te平台对集成运放的非线性应用设计及仿真。￣ us 关键词：mte;集成运放；非线性应用；仿真 P us中图分类号：N 1文献标识码： T 70 A

集成运算放大器 (简称运放， t￣a doe i￣ a p - i e t pmt n m a n e o i, P是一种高增益多级直接耦合放大器，内部结构 t rO A)

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Wf的大小，使电路满足振荡条件。当有输出波形后，调节Wf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fo

4、关掉电源，断开电路，测量负反馈电路中电阻值，计算 Avf。

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10KΩ 2200pF

R2+Wf

5.1KΩ

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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

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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

1 绪 论

1.1 课题的背景 1.1.1 Matlab简介

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新

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 Au = 1 B Au = 3 C Au ＜ 3 D Au ＞3

3、 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 Uom?BA ? ?C

Ufm O 图1

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. 1 B. 2 C. 3 D. 0

5、某LC振荡电路的振荡频率为fo＝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．200 kHz B

集成运放的非线性应用--方波三角波发生器

一 、实验要求：

用集成运放TL072设计并制作一方波三角波发生器，要使输出频率为100Hz，方波幅

值为6V～6.5V，三角波幅值为方波的1／4；测出方波、三角波的波形、幅值及频率。

二 、原理电路

图1

三 、原理分析及参数分析计算

在上图所示的电路中，第一级运放组成迟滞电压比较器，输出电压V01为对称的

方波信号。第二级运放组成积分器，输出电压V0为三角波信号。

设稳压管的稳压值为Vz，则电压比较器输出的高电平为+Vzz，低电平为－Vz，由图1可得，A1同相端的电压为：

V??R1R1?R2*V01?R1R1?R2*V0?R1R1?R2*(?Vz)?R1R1?R2*V0 2.1

由于此电压比较器的V=0，令V＋＝0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位分别为： EmH? EmL*Vz R2R1??*Vz

R2R1R2*Vz 2.

集成运放的非线性应用--方波三角波发生器

一 、实验要求：

用集成运放TL072设计并制作一方波三角波发生器，要使输出频率为100Hz，方波幅

值为6V～6.5V，三角波幅值为方波的1／4；测出方波、三角波的波形、幅值及频率。

二 、原理电路

图1

三 、原理分析及参数分析计算

在上图所示的电路中，第一级运放组成迟滞电压比较器，输出电压V01为对称的

方波信号。第二级运放组成积分器，输出电压V0为三角波信号。

设稳压管的稳压值为Vz，则电压比较器输出的高电平为+Vzz，低电平为－Vz，由图1可得，A1同相端的电压为：

V??R1R1?R2*V01?R1R1?R2*V0?R1R1?R2*(?Vz)?R1R1?R2*V0 2.1

由于此电压比较器的V=0，令V＋＝0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位分别为： EmH? EmL*Vz R2R1??*Vz

R2R1R2*Vz 2.

第25例非线性分析综合应用实例----钢板卷制成圆筒

本例介绍了综合利用ANSYS非线性分析功能模拟将钢板卷制成圆筒的方法和步骤。

25.1问题描述

将钢板卷制成圆筒一般要使用卷板机。图25-1所示为对称式三辊卷板机，该机器将钢板卷制成圆筒时分为三个步骤：首先，上辊下降使钢板发生挠曲，钢板挠曲线的最低点首先发生屈服；然后，下辊转动驱动钢板向前移动，使钢板各点发生同样的屈服形成圆筒；最后，圆筒卷制完成，上辊上升卸下筒体。

图25-1 对称式三辊卷板机 用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，相应地也分为三个步骤。由于第二个步骤需要模拟上、下辊转动，而ANSYS的SOLIDn单元不支持大转动，位移边界条件不能施加大的转动角度，所以上、下辊需要用壳单元建立有限元模型。上、下辊与钢板的作用需要用接触模拟，钢板卷制成圆筒材料发生屈服，产生大变形，所以钢板卷制成圆筒包括状态非线性、材料非线性和结构非线性三种非线性。

用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，计算结果可以得到圆筒直径与上辊下压量的关系，上、下辊受力大小，上、下辊的变形，下辊驱动力矩及卸载回弹等重要数据。因为分析过程复杂，步骤较多，所以本例只采用命令流法执行命令。

25.2命令流

/CLEAR

当今,非线性编辑已经深入的运用到了影视节目的后期制作当中。其优势是非常明显的,不仅使编辑变得更加的专业化和简便化,而且由于高度集成的非线性编辑系统,使得设备的成本得到了极大的降低。因而,研究非线性编辑在后期制作中的应用,就显得尤为必要。

技术应用

非线性编辑在后期制作中的应用赵廷辉 (青海乐都县广播电视台，青海乐都 800) 170摘要：当今，非线性编辑已经深入的运用到了影视节目的后期制作当中其优势是非常明显的，。不仅使编辑变得更加的专业化和简便化，而且由于高度集成的非线性编辑系统，使得设备的成本得到了大的降低。极因而，究非线性编辑在后期制作中的应用，显得尤为必要。研就关键词：非线性编辑；后期制作；用应

就影视节目的制作而言，后期制作的重要性已愈发明显。

和简单，趋于大众化。

随着多种技术手段的革新而带来科技的进步，使得非线性编辑 3后期制作中的实际应用在影视节目后期制作中得到了广泛的应用。如何更好的使用非 31输入和采集 .线性编辑系统，高从业人员的非线性编辑能力，提已成为了当前影视制作部门的首要研究课题之一。 通过音频采集卡、视频采集卡以及视频编辑软件，原始把

的视频 (拟)音频信号通过转换，模、以数字化的形式在计算机的硬盘上储存。亦或是把已经数字化

ANSYS非线形分析指南 几何非线形分析

几何非线性分析

随着位移增长，一个有限单元已移动的坐标可以以多种方式改变结构的刚度。一般来说这类问题总是是非线性的，需要进行迭代获得一个有效的解。 大应变效应

一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变变。首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变。（看图2─1(a)）。其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变。（看图2─1（b)）。小的变形和小的应变分析假定位移小到 足够使所得到的刚度改变无足轻重。这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移。（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级。

相反，大应变分析说明由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。通过发出NLGEOM，ON（GUI路径Main Menu>Solutio