chap非线性处理器实用实用教案

1、(6-1)非线性应用：是指由运放组成的电路(dinl)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(sn zhn)情况：1. 电路(dinl)中的运放处于非线性状态。+Auo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。第1页/共49页第一页，共50页。(6-2)2. 电路(dinl)中的运放处于线性状态，但外围电路(dinl)有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。ui0时：iFouRRu11ui UR时 , uo = +Uom当ui UR时 , uo = -Uom 一、若ui从同相端输入(shr)第7页/共49页第

2、七页，共50页。(6-8)+uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui UR时 , uo = -Uom 二、 若ui从反相端输入(shr)第8页/共49页第八页，共50页。(6-9)uoui0+UOM-UOM+uoui三、过零比较(bjio)器: (UR =0时)+uouiuoui0+UOM-UOM第9页/共49页第九页，共50页。(6-10)+uouitui例：利用(lyng)电压比较器将正弦波变为方波。uot+Uom-Uom第10页/共49页第十页，共50页。(6-11)+uiuoui0+UZ-UZ电路改进(gijn)：用稳压管稳定输出电压。+uiuoUZRRuoUZ电压比较器的另一

3、种形式 将双向稳压管接在负反馈回路上第11页/共49页第十一页，共50页。(6-12)比较(bjio)器的特点1. 电路(dinl)简单。2. 当Ao不够(bgu)大时， 输出边沿不陡。3. 容易引入干扰。tuiuot过零附近仍处于放大区第12页/共49页第十二页，共50页。(6-13)一、下行(xixng)迟滞比较器分析(fnx)1. 因为有正反馈，所以(suy)输出饱和。2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) ：U+HomUURRRU2113. 当uo负饱和时(uo =UOM) ：LomUURRRU211+uoRR2R1ui参考电压由输出电压决定6.3 迟滞比较器特点：电路中使用正反馈，

4、 运放处于非线性状态。1. 没加参考电压的下行迟滞比较器第13页/共49页第十三页，共50页。(6-14)omHURRRU211omLURRRU211分别(fnbi)称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。当ui 增加(zngji)到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；+uoRR2R1ui当ui 减小到UL时，输出(shch)由-Uom跳变到Uom 。传输特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。第14页/共49页第十四页，共50页。(6-15)tuiUom-UomtuiUHUL例：下行(xixng)迟滞比较器的输入为正弦波时，画出

5、输出的波形。+uoRR2R1ui第15页/共49页第十五页，共50页。(6-16)RomHURRRURRRU212211RomLURRRURRRU2122112. 加上参考(cnko)电压后的下行迟滞比较器加上参考(cnko)电压后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL第16页/共49页第十六页，共50页。(6-17)下行(xixng)迟滞比较器两种电路传输特性的比较:+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL第17页/共49页第十七页，共50页。(6-18)例：R1=10k，R2=20k ，UOM=

6、12V， UR=9V当输入(shr) ui 为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0第18页/共49页第十八页，共50页。(6-19)首先(shuxin)计算上下门限电压：+uoRR2R1uiURV10212211RomHURRRURRRUV2212211RomLURRRURRRU第19页/共49页第十九页，共50页。(6-20)+UOM-UOM根据(gnj)传输特性画输出波形图。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V第20页/共49页第二十页，共50页。(6-21)021

7、1212omiURRRuRRRu+=0 时翻转，可以求出上下(shngxi)门限电压。0211212omiURRRuRRR二、上行(shngxng)迟滞比较器+uoRR2R1uiHomiUURRu21LomiUURRu21当u+ u- =0 时, uo= +UOM当u+0 时，uo10 , D2导通，D1 截止，运放(yn fn)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。iFoURRu1+uiuoR1RFR2D1D2u= u+=0V ，uo1-0.7V uo=0 ;第27页/共49页第二十七页，共50页。(6-28)1. 运放的输出电压大于二极管的正向电压。

8、 即D1 和 D2 总是(zn sh)一个导通，另一个截止，这样电路就能正常检波。思考题：如何(rh)获得正半波极性的输入信号？精密(jngm)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uDAU其中， UD 为二极管的正向电压，1RRAFu答：二极管反向！+uiuoR1RFR2D1D2第28页/共49页第二十八页，共50页。(6-29)tui0tuo0当ui 0 , D2导通，D1 截止，运放工作(gngzu)在深度负反馈状态。当ui 0 时，uo1 0 , D2截止，D1导通，构成(guchng)反相比例放大器。iFoURRu1u= u+=0V ，uo10.7V uo=0

9、 ;RF1uiR1R21D1D2uo+A1uo1第29页/共49页第二十九页，共50页。(6-30)二、绝对值 ( 全波整流(zhngli) ) 电路在精密半波整流电路的基础上，加一级加法运算(yn sun)放大器，就组成了精密全波整流电路。uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2电路(dinl)结构：第30页/共49页第三十页，共50页。(6-31)左图中A1 构成半波整流电路(dinl)，在 R1RF1 的条件下，有：0(当 ui 0 )- uiu1=+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2工作(gngzu)原理：tui0tu1

10、0第31页/共49页第三十一页，共50页。(6-32)tui0tu10tuo0若满足一定的条件(tiojin)，就可以有：+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2iFFouRRuRRu1221112第32页/共49页第三十二页，共50页。(6-33)已知在 R1RF1 的条件下，有：0(当 ui 0 )- uiu1=若R12 RF2 且 R11 = 0.5 RF2 当ui 0 时，+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2iFFouRRuRRu1221112iouu 第33页/共49页第三十三页，共50页。(6-34)三、平均值电路

11、(dinl)作用(zuyng)：交流直流变换器。半波整流的平均值电路(dinl)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。第34页/共49页第三十四页，共50页。(6-35)1. 半波整流的平均值电路(dinl)这时可以认为全部纹波电压都被 A2 所抑制(yzh) ，起作用的仅是 u1 的直流分量，即平均值电压。讨论FFCR12的情况。uiuoR11RF1R21D1D2R12RF2R22u1+A1A2CF第35页/共49页第三十

12、五页，共50页。(6-36)设tUuiisin2可得1122URRUFo)(2111120122tduRRRRiFF将 代入，得： tUuiisin2iFFoURRRRU1211212当 时 ，1121121RRRRFFioUU2+uiR1RF1R21D1D2A1u1+uoRF2R22R12A2CF可见，输出(shch)是输入的半波整流平均值。第36页/共49页第三十六页，共50页。(6-37)2. 全波整流(zhngli)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(y )电容，就能达到目的。uiuoR1RF1R2

13、1D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2C第37页/共49页第三十七页，共50页。(6-38)全波整流(zhngli)的平均值电路ioUU22uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2C第38页/共49页第三十八页，共50页。(6-39)一、“采样(ci yn)保持”的含义图(a)为采样保持电路(dinl)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

14、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(ynchng)至下个采样信号来到时再作改变，如图(d)所示，这就是“保持”电路的功能。 6.5 采样保持电路第39页/共49页第三十九页，共50页。(6-40)二、采样(ci yn)保持电路的组成 采样保持电路由模拟(mn)开关K 和模拟(mn)信号存储电容 C 以及缓冲放大器等三部分组成。+RCKucuoui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(j chn)运算放大器。第40页/共49页第四十页，共50页。(6-41)当数字指令为“1”时，模拟开关K 接通(ji tn)，存储电容C上的信号 uC

15、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(zhlng)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、采样保持电路(dinl)的工作原理+RCKucuoui第41页/共49页第四十一页，共50页。(6-42)对采样(ci yn)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(mn)开关采样保持电路所使用的模拟开关(kigun)主要是场效应管。为了得到高质量的

16、采样保持电路，场效应管的开关(kigun)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第42页/共49页第四十二页，共50页。(6-43) (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，而泄漏电阻 则引起电容上的保持电压随时间逐渐(zhjin)减小，降低保持精度。应该选用介质吸附效应小同时(tngsh)泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙烯或聚碳酸脂电容器等。第43页/共49页第四十三页，共

17、50页。(6-44)( c ) 运算(yn sun)放大器运算放大器在采样保持电路中起输出缓冲和输入(shr)隔离的作用，因此要特别重视它的输入(shr)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(shr)级的运算放大器，或者具有低输入(shr)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(shr)信号的变化率，它的带宽和输出电流都要大一些为好。第44页/共49页第四十四页，共50页。(6-45)主要(zhyo)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(b

18、och)电路五、采样(ci yn)保持电路的两种形式uiuoRFR2+ACFDRCUT第45页/共49页第四十五页，共50页。(6-46)反相型采样保持电路常常具有原理性误差，它只限于(xiny)低速应用，不如同相型电路用得广泛，故而在此只作简单介绍。 反相工作的放大器使其反相端为虚地，因此，当控制电压U为正时，二极管D截止(jizh)，T接通，电路处于采样状态；当U为负时，D导通，T关断，电路处于保持状态。工作(gngzu)原理：uiuoRFR2+ACFDRCUT第46页/共49页第四十六页，共50页。(6-47)2. 同相型采样保持(boch)电路工作原理：与反相型的相同。即U为正时采样，U为负时保持； 只是(zhsh)运算放大器工作在跟随状态，起缓冲级的作用。uiT+RCuoR1DC1U第47页/共49页第四十七页，共50页。(6-48)电子(dinz)技术第六章 结束(jish)模拟电路(dinl)部分第48页/共49页第四