集成运放的非线性应用存在

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（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.

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

实验六 集成运算放大器的基本应用与运算电路设计

一、实验目的

1. 加深理解和掌握比例放大器、电压跟随器的性能、特点及输出电压与输入电压的函数关系。

2. 通过用集成运算放大器设计加减法运算电路，加深理解和掌握集成运算放大器在信号运算方面的应用。 二、原理说明

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

三、实验设备

四、实验内容

运算放大器LM324是四运算放大器集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，其引脚图如图6-1所示。它的内部包含4组形式完Vi全相同的运算放大器，除电源共用外（也可单电源使用），4组运算放大器相互独立。

一、反相比例放大器 1. 按图6-2接线。

图6-1 LM324引脚图

Vo

将反相输入端接直流信号源的输出端，调节直流信号源的输出电压，使Vi分别为表6-1中所列各值，并测出相应的Vo值填入表6-1。

2. 预习要求

（1）写出图6-2反相比例放大器的输出与输入的关系式。 （2）求出表6-1中理论估算值。

1

图6-2

表6-1

二、同相比例放大器 1. 按图6-

题目：

用集成运算放大器实现如下关系

u0?2ui1?3ui2?5?ui3dt

要所用的的运放不多于三个，元件要取标称值，取值范围为 1kΩ≤R≤1MΩ，0.1uF≤C≤10uF。

分析：

由u0?2ui1?3ui2?5?ui3dt 知，2ui1?3ui2可以通过同向比例或者反向比例电路实现，?5?ui3dt可以通过积分电路实现，最后把两者相加即可，故解决问题的关键在于建立一个合理适用的积分器。本实验选取的运放是UA741CD，实验是在mutlsim10.0环境下仿真完成的。

问题解决：

（1） 建立一个积分电路

实验过程遇到的问题主要是，刚刚开始时，并没有并联R11，输出的波形漂移不定，经过一段时间饱和，这主要是输入失调误差引起的，因而在电容两端并上R11，对漂移加以抑制。

积分电路主要是正确合理的确定时间常数τ=RC和R、C的值

τ的大小决定了积分速度的快慢。由于运算放大器的最大输出电压Uomax为有限值（通

常Uomax=±10V左右），因此，若τ的值太小，则还未达到预定的积分时间t之前，运放已经饱和，输出电压波形会严重失真。所以τ的值必须满足：

???1tUomax0?uidt

当ui为阶跃信号时，τ的

6.1由理想运放构成的电路如图所示。请计算输出电压uo的值。

题6.1图

解：图a为反相输入比例运算电路。

所以：

图b为同相输入比例运算电路。

所以：

图c为减法电路。

所以：

6.2电路如图所示，已知R1=2KΩ，Rf=10KΩ,R2=2KΩ,R3=18KΩ,ui=1V，求uo的值。

题6.2图

解：同相比例运算电路

6.3电路如图所示，已知Rf=5R1，ui=10mv，求uo的值。

题6.3图

解：第一个放大器为电压跟随器，第二个放大器为反向输入比例运算电路，所以

6.4电路如图所示，已知ui=10mv，求uo1、uo2、uo的值。

题6.4图

解：根据虚短的概念

6.5电路如图所示，试分别求出各电路输出电压uo的值。

题6.5图

解：该电路为一个反相输入的加法电路

6.6积分电路和微分电路如图题6.6（a）（b）所示，已知输入电压如（c）所示，且t=0时，uc=0，试分别画出电路输出电压波形。

题6.6图

解：图a

图b

题6.6解图

6.7如果要求运算电路的输出电压uo=－5ui1+2ui2，已知反馈电阻Rf=50kΩ，试画出电路图并求出各电阻值。 解：

题6.7解图

6.8电路如图所示，试写出uo与ui1和ui2的关系，并求出当u

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

集成功率放大器件或分立元件放大电路的比较

摘 要：功率放大电路通常由集成功率放大器件或分立元件放大电路组成，两者各有优缺点。就如何正确地利用两种不同电路原理、调试、性能、结果加以分析比较。

关键词：互补对称OCL电路；输出无变压器功率放大器BTL； 甲乙类；分立元件 功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OCL（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器OTL（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题必须重视。功率放大器可以由分立元件组成，也可由集成电路实现。? 1分立元件组成功率放大器

图1为一个由分立元件构成的直流化的互补对称OCL电路。电路由差分放大级、电压推动级和复合输出级构成。本电路引入了直流负反馈电路，一般功