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1、(6-1),电子技术,非线性处理器,模拟电路部分,(6-2),第六章 非线性处理器,6.1 限幅器 6.2 电压比较器 6.3 迟滞比较器 6.4 精密整流电路 6.5 采样保持电路,* *,(6-3),非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。,由运放组成的非线性电路有以下三种情况：,1. 电路中的运放处于非线性状态。,比如：运放开环应用,运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。,(6-4),2. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。,ui0时：,ui0时：,(6-5),3. 另一种情况，电

2、路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。,由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。,确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。,若有负反馈，则运放工作在线性区； 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。,处于非线性状态运放的特点：,1. 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大。 3. 输出电阻仍可以认为是0。,(6-6),6.1 限幅器,运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件稳压二极管。,R：限流电阻。一般取100 。,DZ双向稳压管,(6-7),另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。,当

3、 时，在双向稳压管的作用下，,当 时，双向稳压管不通，运放工作在 线性状态。,(6-8),传输特性,(6-9),6.2 电压比较器,特点：运放处于开环状态。,当ui UR时 , uo = +Uom 当ui UR时 , uo = -Uom,一、若ui从同相端输入,(6-10),UR,当ui UR时 , uo = -Uom,二、 若ui从反相端输入,(6-11),三、过零比较器: (UR =0时),(6-12),例：利用电压比较器将正弦波变为方波。,(6-13),电路改进：用稳压管稳定输出电压。,(6-14),比较器的特点,1. 电路简单。,2. 当Ao不够大时， 输出边沿不陡。,3. 容易引入干

4、扰。,(6-15),一、下行迟滞比较器,分析,1. 因为有正反馈，所以输出饱和。,2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) ：,U+,3. 当uo负饱和时(uo =UOM) ：,6.3 迟滞比较器,特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。,1. 没加参考电压的下行迟滞比较器,(6-16),分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。,当ui 增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；,当ui 减小到UL时，输出由-Uom跳变到Uom 。,传输特性：,小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。,(6-17),例：下行迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。,(6

5、-18),2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器,加上参考电压后的上下限：,(6-19),下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:,(6-20),例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。,(6-21),首先计算上下门限电压：,(6-22),根据传输特性画输出波形图。,(6-23),u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。,二、上行迟滞比较器,当u+ u- =0 时, uo= +UOM 当u+ u- =0时, uo= -UOM,1. 没加参考电压的上行迟滞比较器,(6-24),上下门限电压：,(6-25),上下门限电压：,当

6、uo= +UOM时：,当uo= -UOM时：,2. 加上参考电压后的上行迟滞比较器,(6-26),传输特性：,(6-27),迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。,思考题：如何计算上下限？,(6-28),一、线性检波(半波整流 )电路,1. 由于硅二极管的正向导通电压不小于 0.5V ，当 Ui 小于 1V 时， UO 误差很大。,2. 二极管作为一个半导体元件，它很容易受到温度的影响，它还具有非线性特性。,解决方法：若把普通二极管置于运算放大器的反馈回路中，就能大大削弱这些影响，提高电路的精度。,普通半波整流电路的缺陷：,6.4 精密整流电路,(6-29),uo1

7、,精密半波整流电路：,精密半波整流电路的工作原理：,当ui 0 时，uo10 , D2导通，D1 截止，运放工作在深度负反馈状态。,当ui 0 , D2截止，D1导通，构成反相比例放大器。,u= u+=0V ，uo1-0.7V, uo=0 ;,(6-30),1. 运放的输出电压大于二极管的正向电压。 即D1 和 D2 总是一个导通，另一个截止，这样电路就能正常检波。,思考题：如何获得正半波极性的输入信号？,精密半波整流电路正常工作的条件：,2.电路所要求的最小输入电压峰值为,其中， UD 为二极管的正向电压，,答：二极管反向！,(6-31),当ui 0 , D2导通，D1 截止，运放工作在深度

8、负反馈状态。,当ui 0 时，uo1 0 , D2截止，D1导通，构成反相比例放大器。,u= u+=0V ，uo10.7V, uo=0 ;,(6-32),二、绝对值 ( 全波整流 ) 电路,在精密半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，就组成了精密全波整流电路。,电路结构：,(6-33),左图中A1 构成半波整流电路，在 R1RF1 的条件下，有：,0,(当 ui 0 ),(当 ui 0 ),- ui,工作原理：,(6-34),若满足一定的条件， 就可以有：,(6-35),若R12 RF2 且 R11 = 0.5 RF2,当ui 0 时，u1 = 0，于是 uo = - ui ；,uo =

9、 -2u1 - ui,= 2ui - ui,= ui,当ui 0 时，,(6-36),三、平均值电路,作用：交流直流变换器。,半波整流的平均值电路,种类：有两种平均值电路。,全波整流的平均值电路,方法：只要在整流电路后面连接低通滤波器，就能够组成最简单的平均值电路。,原理：把交流信号整流后 ，再经滤波器 ，就把交流电压按比例地变成了直流电压，且一般是平均值电压。,(6-37),1. 半波整流的平均值电路,这时可以认为全部纹波电压都被 A2 所抑制 ，起作用的仅是 u1 的直流分量，即平均值电压。,(6-38),设,可得,将 代入，得：,当 时 ，,可见，输出是输入的半波整流平均值。,(6-39

10、),2. 全波整流的平均值电路,在绝对值电路的基础上，加入一级低通滤波器，就组成了全波整流的平均值电路。实际上，在绝对值电路中，有时只增加一个电容，就能达到目的。,(6-40),全波整流的平均值电路,(6-41),一、“采样保持”的含义,图(a)为采样保持电路的输入 信号 u ( t )；图( b )为一组离散的单位冲击函数 f (t ), 用于对输入信号 u ( t ) 进行采样，图中的 T 称为采样周期； 若将u (t )乘以f (t )，即可得“采样”后的信号g(t )，如图(c )所示。,从图(c)可以看见某个时刻的采样值是转瞬即逝的。如果我们设法使这个数值延长至下个采样信号来到时再作

11、改变，如图(d)所示，这就是“保持”电路的功能。,6.5 采样保持电路,(6-42),二、采样保持电路的组成,采样保持电路由模拟开关K 和模拟信号存储电容 C 以及缓冲放大器等三部分组成。,模拟开关K一般由结型场效应管或MOS场效应管组成，缓冲放大器则采用集成运算放大器。,(6-43),当数字指令为“1”时，模拟开关K 接通，存储电容C上的信号 uC 跟踪输入信号，经缓冲放大器送出，所以输出信号也跟踪输入信号，这就是采样过程；,当数字指令为“0”时，模拟开关K 断开，存储电容将断开瞬间 t0 的输入信号保持下来并通过放大器送出，所以输出信号保持为 t0 时刻的输入信号，这就是保持过程。,三、采

12、样保持电路的工作原理,(6-44),对采样保持电路的主要要求是它的精度和速度 。为了提高实际电路的精度和速度，可以从元件和电路结构两 个方面着手解决。从元件方面：,(a) 模拟开关,采样保持电路所使用的模拟开关主要是场效应管。为了得到高质量的采样保持电路，场效应管的开关速度要快，极间电容要小，夹断电压或开启电压也要小，导通电阻和反向漏电流等都应该尽量小。上述要求可能互相矛盾，使用中应根据实际电路的具体要求，重点保证其中的某些 参数指标。,四、采样保持电路的性能要求,(6-45),(b) 存储电容,实际电容器具有介质吸附效应和泄漏电阻。介质吸附效 应会使放电后的电容电压产生不应有的回升，而泄漏电

13、阻 则引起电容上的保持电压随时间逐渐减小，降低保持精度。,应该选用介质吸附效应小同时泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙烯或聚碳酸脂电容器等。,(6-46),( c ) 运算放大器,运算放大器在采样保持电路中起输出缓冲和输入隔离的作用，因此要特别重视它的输入偏置电流以及带宽和上升速率，还有它的在最大输出电流等性能参数。,在采样保持电路中，几乎毫无例外的都采用具有场效应管输入级的运算放大器，或者具有低输入偏置电流的运算放大器；同时运算放大器的上升速率要大于输入信号的变化率，它的带宽和输出电流都要大一些为好。,(6-47),主要组成部分：结型场效应管模拟开关T；存储电容CF ；反相工作的运算放大器。,1. 反相型采样保持电路,五、采样保持电路的两种形式,(6-48),反相型采样保持电路常常具有原理性误差，它只限于