一、集成运放非线性应用的重要结论
运放电路在开环或正反馈的情况下，工作在非线性区。由图3-3-2可见，此时输出电压只有两个值： 1．当u P>u N时，u o=+U o（sat）；
2．当u P<u N时，u o=－U o（sat）；
运放工作在非线性区时，u P≠u N，“虚短”已不再成立，但仍然有i P=i N=0，即“虚断”仍然成立。这是集成运放非线性应用的重要结论，也是非线性应用电路的分析要领之所在。
二、信号处理电路
集成运放不仅可以对信号进行运算，还可以对信号进行处理，包括信号的滤波、比较与选择、采样与保持等。其中，电压比较器为典型的集成运放非线性应用电路。
电压比较器常用于超限报警、模数转换以及非正弦波产生等电路。它将输入电压与参电压的幅度进行比较，并由输出电压反映所比较的结果。集成运放用作比较器时，常工作于开环状态，只要输入电压与参 考电压不相等（即使是微小的差别），输出就立即饱和。为了改善输入、输出特性，可在电路中引入正反馈。因此，电压比较器可分为单值比较器和滞回比较器两类。
1．单值电压比较器图3-4-1所示是一个简单的单值电压比较器电路及其传输特性图。图中，运放的同相输入端接参考电压U REF，反相输入端接输入电压u i。运放处于开环工作状态，当u i>U REF时，输出电压u o=－U o（sat）；当u i<U REF时，输出电压u o=+U o（sat）。
特别地，若运放的同相输入端接地，则参考电压为U REF=0V，这时的电压比较器称为过零比较器。当过零比较器的输入信号u i为正弦波时，输出电压为正负宽度相同的矩形波，如仿真电路及输出波形3-4-2所示。
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由于比较器中的运放输入端u P ≠u N ，为了避免净输入过大损坏运放，在输入端可串接电阻或并联二极管。另外，为适应后级电路需要，减小输出电压，可在输出电路中采用稳压管限幅，如图3-4-3所示。此时，输出电压u o =±U Z 。
图3-4-3 有输出限幅的过零比较器
U Z u i
u O
u
i
±U Z
U Z
u O
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第五指令单值电压比较器非常灵敏，但抗干扰的能力较差。当输入端在参考电压U REF 附近有干扰时，就会出现输出多次翻转的现象。为避免多次翻转造成检测装置的误动作，通常引入滞回比较器。
2．滞回比较器 滞回比较器如图3-4-4所示，其特点是将输出电压通过电阻R F 反馈到同相输入端，形成正反馈。 u N
u P
u i R 1
R 2R F 图3-4-4 滞回电压比较器及其传输特性
集成运放输出端的限幅电路可以看出，输出电压u o =±U Z 。同相输入端的电位u P 随输出电压变化而变化，当u o =+U Z 时，同相输入端的电位为
2P Z 2F
R U U R R u =+T = （3-25） 集成运放反相输入端接输入电压u i ，因此u N =u i 。根
据比较器特性，只要u i <U T ，输出总是+U Z ）。一旦u i 从小于U T 增大到大于U T ，输出电压立即从+U Z 跳变为－U z 。
当输出电压u o =－U Z 时，同相输入端的电位为
()2P Z 2F
大理石测量平台R U R R u =-=+T U - （3-26） 显然，只要u i >－U T ，输出总是－U Z 。一旦u i 从大于－U T 减小到小于－U T ，输出电压立即从－U Z 跳变为+U Z 。
根据以上分析，输出电压从+U Z 跳变为－U Z ，又从－U Z ）跳变为+U Z 时，参考电压U T 和－U T 是两个不同的值，即比较器具有滞回特性。其传输特性具有迟滞回线的形状，如图3-4-4所示。两个参考电压之差U H =U T －（－U T ）称为回差。
由于滞回比较器有两个不同的参考电压，因此，只要回差电压U H 大于干扰电压的变化幅度，就能有效抑制干扰。由图3-4-5可见，输入端的干扰信号对输出没有影响，即滞回比较器具有抗干扰作用。
U T
U Z
u O
压延加工U Z
u i
U T
图3-4-5 滞回电压比较器的抗干扰作用
三、信号产生电路
集成运放的另一个重要应用是用来产生各种所需要的信号，包括正弦波、矩形波、三角波等。
1．矩形波发生器 矩形波发生器是在滞回比较器的基础上，增加一条RC 充放电负反馈电路构成，如图3-4-6所示。
R
充电
放电 R 1
R 2 R
3
电路接通电源后，由于正反馈的作用，输出电压将迅速达到饱和电压±U Z 。因此，运放同相输入端的
电位（即参考电压）为2P Z 12R U U R R u =? +T 。运放的反相输入端
接电容C ，u c 与±U T 的比较结果决定着输出电压u o 的极性。
设接通电源时，电容两端的电压u c =0V ，并且输出电压u o =+U Z ，则 2P Z 12
R U U R R u ==+T 此时，u c < U T ，所以u o 经过电阻R 向电容C 充电，使u c 按指数规律上升。在充电期间，只要u c < U T ，输出电压就维持+U Z 不变。当u c 上升到略大于U T 时，输出电压由+U Z
跳变为－U Z 。相应地，u P 也变为负值，即2p Z T 12
R U U R R u =-=-+。 输出电压u o 变为负值后，电容C 将通过电阻R 放电，使u c 按指数规律下降。在放电期间，只要u c >－U T ，输出电压就维持－U Z 不变。直到电容C 被反向充电至u c 略小于－U Z 时，输出电压将由－U Z 跳变为+U Z 。此后，电容C 又充电、放电，如此周期性地变化下去，在集成运放的输出端就得到图3-4-6所示的矩形波。
2．三角波发生器 如图3-4-7所示，三角波发生器由滞回比较器A 1和反相积分器A 2组成。由图可见，比较器的输入信号就是积分器的输出信号，而比较器的输出信号则加到积分器的输入端。
支撑板根据叠加定理，运放A 1的同相输入端电位为
2F p o1o 2F 2F
R R R R R R u u =+++u （3-27） 由式（3-27）可见，u p 既受比较器输出电压u o1的影响，又受积分器输出电压u o 的影响。当u o1=+U Z 时，积分器输入电压为正值，其输出电压u o 随时间线性下降，同时使u p 下降。当u p 过零变负时，比较器A 1翻转，其输出电压u o1由+U Z 跳变为－U Z 。此时，积分器
输出电压u o 也降到最低点。
此后，由于积分器输入电压为－U Z ，因此其输出电压将随时间线性上升，同时使u p 上升。当当u p 过零变正时，比较器A 1翻转，其输出电压u o1由－U Z 跳变为+U Z 。此时，积分器输出电压u o 也上升到最高点。如此周期性地变化下去，就会在比较器和积分器的输出端得到图3-4-7所示的矩形波和三角波。
可以证明，三角波的周期为
23F
4R T R R =C （3-28） 由此可见，改变电阻R 2和R F 之比或充放电电路的时间常数R 3C ，就可以改变输出电压的频率。
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