非线性处理器ppt课件

1、电子技术电子技术第六章第六章 非线性处理器非线性处理器 模拟电路部分模拟电路部分 第六章第六章 非线性处理器非线性处理器6.1 限幅器限幅器6.2 电压比较器电压比较器6.3 迟滞比较器迟滞比较器6.4 精密整流电路精密整流电路6.5 采样保持电路采样保持电路*非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下三种情况：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。电路中的运放处于非线性状态。+Auo比如：运放开

2、环应用比如：运放开环应用uo运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。2. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非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）。线性元件二极管、三极管、稳压管等）。ui0时：时：iFouRRu11ui UR时时 , uo = +Uom当当ui UR时时 , uo = -Uom 一、若一、若ui从同相端输入从同相端输入+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当ui UR时时 , uo = -Uom 二、二、 若若ui从反相端输入从反相端输入uoui0+UOM-UOM+uoui三、过零比较器

3、三、过零比较器: (UR =0时时)+uouiuoui0+UOM-UOM+uouitui例：利用电压比较器将正例：利用电压比较器将正弦波变为方波。弦波变为方波。uot+Uom-Uom+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：用稳压管稳定输出电压。电路改进：用稳压管稳定输出电压。+uiuo UZRRuo UZ电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接在将双向稳压管接在负反馈回路上负反馈回路上比较器的特点比较器的特点1. 电路简单。电路简单。2. 当当Ao不够大时，不够大时， 输出边沿不陡。输出边沿不陡。3. 容易引入干扰。容易引入干扰。tuiuot过零附近仍过零附近仍处于放大区处于

4、放大区一、下行迟滞比较器一、下行迟滞比较器分析分析1. 因为有正反馈，所以因为有正反馈，所以输出饱和。输出饱和。2. 当当uo正饱和时正饱和时(uo =+UOM) ：U+HomUURRRU2113. 当当uo负饱和时负饱和时(uo =UOM) ：LomUURRRU211+uoRR2R1ui参考电压由参考电压由输出电压决定输出电压决定6.3 迟滞比较器迟滞比较器特点：电路中使用正反馈，特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。运放处于非线性状态。1. 没加参考电压的下没加参考电压的下行迟滞比较器行迟滞比较器omHURRRU211omLURRRU211分别称分别称UH和和UL上下门限电压。称上

5、下门限电压。称(UH - UL)为回差。为回差。当当ui 增加到增加到UH时，输时，输出由出由Uom跳变到跳变到-Uom；+uoRR2R1ui当当ui 减小到减小到UL时，输时，输出由出由-Uom跳变到跳变到Uom 。传输特性：传输特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干扰不会引起小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加跳转。跳转时，正反馈加速跳转。速跳转。tuiUom-UomtuiUHUL例：下行迟滞比较器的例：下行迟滞比较器的输入为正弦波时，输入为正弦波时，画出输出的波形。画出输出的波形。+uoRR2R1uiRomHURRRURRRU212211RomLURRRURRRU21

6、22112. 加上参考电压后的下行迟滞比较器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：加上参考电压后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL例：例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入当输入 ui 为如图所示的波形时，画为如图所示的波形时，画出输出出输出uo的波形。的波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0首先

7、计算上下门限电压：首先计算上下门限电压：+uoRR2R1uiURV10212211RomHURRRURRRUV2212211RomLURRRURRRU+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图。根据传输特性画输出波形图。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V0211212omiURRRuRRRu+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。时翻转，可以求出上下门限电压。0211212omiURRRuRRR二、上行迟滞比较器二、上行迟滞比较器+uoRR2R1uiHomiUURRu21LomiUURRu21当当u+ u- =0 时时, uo= +UOM当当u+

8、0 时，时，uo10 , D2导通，导通，D1 截止，运放工作在深度负截止，运放工作在深度负反馈状态。反馈状态。当当ui 0 , D2截止，截止，D1导通，导通，构成反相比例放大器。构成反相比例放大器。iFoURRu1+uiuoR1RFR2D1D2u= u+=0V ，uo1-0.7V uo=0 ;1. 运放的输出电压大于二运放的输出电压大于二极管的正向电压。极管的正向电压。 即即D1 和和 D2 总是一个导通，总是一个导通，另一个截止，这样电路另一个截止，这样电路就能正常检波。就能正常检波。思考题：如何获得正半波极性的输入信号？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

9、件：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电路所要求的最小输入电压峰值为uDAU其中，其中， UD 为二极管的正向电压，为二极管的正向电压，1RRAFu答：二极管反向！答：二极管反向！+uiuoR1RFR2D1D2tui0tuo0当当ui 0 , D2导通，导通，D1 截止，运放工作在深度负截止，运放工作在深度负反馈状态。反馈状态。当当ui 0 时，时，uo1 0 , D2截止，截止，D1导通，导通，构成反相比例放大器。构成反相比例放大器。iFoURRu1u= u+=0V ，uo10.7V uo=0 ;RF1uiR1R21D1D2uo+A1uo1二、绝对值二、绝对值

10、 ( 全波整流全波整流 ) 电路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，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。就组成了精密全波整流电路。uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2电路结构：电路结构：左图中左图中A1 A1 构成半波整流电构成半波整流电路，在路，在 R1 R1RF1 RF1 的条件下，的条件下，有：有：0( (当当 ui 0 ) ui 0 ) ui 0 )- uiu1=+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2工作原理：工作原理：tui0tu10tui0tu10tuo0若

11、满足一定的条件，若满足一定的条件，就可以有：就可以有：+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2iFFouRRuRRu1221112已知在已知在 R1 R1RF1 RF1 的条件下，的条件下，有：有：0 0( (当当 ui 0 )ui 0 )ui 0 )- uiu1= =若若R12 RF2 且且 R11 = 0.5 RF2 当当ui 0 ui 0 时，时，+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2iFFouRRuRRu1221112iouu 三、平均值电路三、平均值电路作用：交流直流变换器。作用：交流直流变换器。半波整流的平均值电路半

12、波整流的平均值电路种类：有两种平均值电路。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。能够组成最简单的平均值电路。原理：把交流信号整流后原理：把交流信号整流后 ，再经滤波器，再经滤波器 ，就，就把交流电压按比例地变成了直流电压，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。且一般是平均值电压。1. 半波整流的平均值电路半波整流的平均值电路这时可以认为全部纹波电压都被这时可以认为全部纹波电压都被 A2 所抑制所抑制 ，起作用的仅是起作用的仅是 u1 的直流分

13、量，即平均值电压。的直流分量，即平均值电压。讨论讨论FFCR12的情况。的情况。uiuoR11RF1R21D1D2R12RF2R22u1+A1A2CF设设tUuiisin2可得可得1122URRUFo)(2111120122tduRRRRiFF将将 代入，得：代入，得： tUuiisin2iFFoURRRRU1211212当当 时时 ，1121121RRRRFFioUU2+uiR1RF1R21D1D2A1u1+uoRF2R22R12A2CF可见，输出是输入的半波整流平均值。可见，输出是输入的半波整流平均值。2. 全波整流的平均值电路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，

14、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。值电路中，有时只增加一个电容，就能达到目的。uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2C全波整流的平均值电路全波整流的平均值电路ioUU22uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2C一、一、“采样坚持的含义采样坚持的含义图图(a)为采样保持电路的输入为采样保持电路的输入 信号信号 u ( t )；图；图( b )为一组离散的单位冲为一组离散的单位冲击函数击函数 f

15、(t ), 用于对输入信号用于对输入信号 u ( t ) 进行采样，图中的进行采样，图中的 T 称为采样周期；称为采样周期； 若将若将u (t )乘以乘以f (t )，即可得，即可得“采样采样后的信号后的信号g(t )，如图，如图(c )所示。所示。 从图从图(c)可以看见某个时刻的采样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这个数值延长至下个采样信号来到时再作改变，如图时再作改变，如图(d)所示，这就是所示，这就是“坚持电路的功能。坚持电路的功能。 6.5 采样保持电路采样保持电路二、采样保持电路的组成二、采样保持电路的

16、组成 采样保持电路由模拟开关采样保持电路由模拟开关K 和模拟信号存和模拟信号存储电容储电容 C 以及缓冲放大器等三部分组成。以及缓冲放大器等三部分组成。+RCKucuoui模拟开关模拟开关K一般由结型场效应管或一般由结型场效应管或MOS场场效应管组成，缓冲放大器则采用集成运算效应管组成，缓冲放大器则采用集成运算放大器。放大器。当数字指令为当数字指令为“1时，模拟开关时，模拟开关K 接接通，存储电容通，存储电容C上的上的信号信号 uC 跟踪输入信跟踪输入信号，经缓冲放大器送号，经缓冲放大器送出，所以输出信号也出，所以输出信号也跟踪输入信号，这就跟踪输入信号，这就是采样过程；是采样过程；当数字指令

17、为当数字指令为“0时，模拟开关时，模拟开关K 断开，存断开，存储电容将断开瞬间储电容将断开瞬间 t0 的输入信号保持下来并通过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放大器送出，所以输出信号保持为 t0 时刻的输入时刻的输入信号，这就是保持过程。信号，这就是保持过程。三、采样保持电路的工作原理三、采样保持电路的工作原理+RCKucuoui对采样保持电路的主要要求是它的精度和速对采样保持电路的主要要求是它的精度和速度度 。为了提高实际电路的精度和速度，可以从元件。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和电路结构两 个方面着手解决。从元件方面：个方面着手解决。从元件方面

18、： (a) 模拟开关模拟开关采样保持电路所使用的模拟开关主要是场效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电路的具体要求，重点保证其中的某些 参数指标。参数指标。四、采样保持电路的性能要求四、采样保持电路的性能要求 (b

19、) 存储电容存储电容 实际电容器具有介质吸附效应和泄漏电阻。实际电容器具有介质吸附效应和泄漏电阻。介质吸附效介质吸附效 应会使放电后的电容电压产生不应会使放电后的电容电压产生不应有的回升，而泄漏电阻应有的回升，而泄漏电阻 则引起电容上的保则引起电容上的保持电压随时间逐渐减小，降低保持精度。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阻大的电容器，如聚苯乙烯或聚碳酸脂电容器等。脂电容器等。( c ) 运算放大器运算放大器运算放大器在采样保持电路中起输出缓冲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。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；同时运算放大器低输入偏置电流的