非線性應(yīng)用的運(yùn)放器是工作在傳輸特性的正負(fù)飽和段，輸出電壓只有正負(fù)最大值Uom兩種取值。

運(yùn)放器工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí)(不加負(fù)反饋)，輸入端的電位只要有一點(diǎn)差異，則輸出電壓極容易達(dá)到飽和段，如果再加入正反饋，則輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換將會(huì)躍變。(變化更快)。

非線性的應(yīng)用最基本的使用在比較器中。

有 參比電壓 的比較器

將信號(hào)電壓和參比電壓作比較，比較結(jié)果用輸出電壓正負(fù)極性來(lái)顯示(運(yùn)放器雙電源)，當(dāng)單電源時(shí)比較結(jié)果使用正壓和零壓顯示。

信號(hào)加在反相端，參比電壓加在同相端，同相端電壓大則輸出正飽和電壓，反相端電壓大則輸出負(fù)飽和電壓。

如果信號(hào)加在反相端，稱為反相比較器，信號(hào)加在同相端，參比電壓加在反相端稱為同相比較級(jí)。比較器的靈敏度很高微安級(jí)別(1uA)。

比較器保護(hù)電路

在兩輸入端之間接入兩個(gè)反向并聯(lián)二極管(兩個(gè)二極管方向相反)做限幅保護(hù)，防止壓差太大燒壞運(yùn)放器。

兩個(gè)輸入端分別串入一個(gè)限流電阻。

由于比較器靈敏度是微安數(shù)量級(jí)，硅二極管死區(qū)電壓為0.5v，正常工作時(shí)，二極管無(wú)電流，電阻也無(wú)電流。

當(dāng)信號(hào)是正弦波時(shí)，比較器輸出正負(fù)波形的波寬是不相等的，如上圖c可見(jiàn)。

作為比較使用的集成電路，線性度要求不高，無(wú)需調(diào)零、消振等。外界元件引腳只需三個(gè)(兩個(gè)輸入一個(gè)輸出)，一塊芯片可造多個(gè)比較器，它們的電源公用，價(jià)格便宜。若信號(hào)是單極性的，可選用單電源的比較器省去負(fù)電源。

零比較器

參比電壓接地的比較器稱為零比較器。

信號(hào)接在運(yùn)放器同相端，反相端接地叫做同相零比較器。

同相零比較器的輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，輸出電壓的波形中正負(fù)波的波寬是相等的。

零比較器常用于信號(hào)的正負(fù)值檢測(cè)。

限幅輸出的比較器

基于比較器后面的電路，有時(shí)不希望比較器輸出值高達(dá)正負(fù)最大值Uom，而是希望比較器輸出電壓穩(wěn)定，不受電源電壓波動(dòng)影響，則可用穩(wěn)壓管限幅、穩(wěn)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

DZ是雙向穩(wěn)壓管(穩(wěn)壓值相等的穩(wěn)壓管反極性串聯(lián)),R是限流電阻。

圖b中，當(dāng)輸入信號(hào)不為零時(shí)，運(yùn)放器輸出電壓稍大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時(shí)，便使其中一只反向穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，形成負(fù)反饋，使運(yùn)放器不能進(jìn)入飽和區(qū)，而繼續(xù)停留在線性區(qū)工作，此時(shí)反相端是虛地點(diǎn)，輸出電壓被穩(wěn)壓管鉗位于Uz。

c圖是當(dāng)信號(hào)為正弦波時(shí)的輸出波形。

電源過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路

某些電路對(duì)電壓值要求嚴(yán)格，電壓的過(guò)低或過(guò)高都不利于電路正常工作，因此要設(shè)置欠壓，過(guò)壓保護(hù)電路

采用兩個(gè)單電源比較器，單電源比較器的輸出電壓只有正壓和零壓兩種取值，A1同相端比較器(同相端輸入信號(hào))作為欠壓保護(hù)，輸入電壓高于參比電壓，運(yùn)放器A1輸出正壓加在A2的反相端作為A2的反相端輸入電壓，A2反相端比較器(反相端輸入信號(hào))作為過(guò)壓保護(hù)，輸入電壓小于參比電壓，運(yùn)放器A2輸出零壓加在PNP三極管的基極，三極管導(dǎo)通，負(fù)載得電。

欠壓時(shí)，A1同相端采樣電壓小于參比電壓，A1輸出零壓，A2輸出正壓，關(guān)斷三極管，負(fù)載斷電。

過(guò)壓時(shí)，A2同相端采樣電壓高于反相端輸入電壓(A1的輸出電壓)，A2輸出正壓，關(guān)斷三極管，負(fù)載斷電。

兩級(jí)定時(shí)電路(幾點(diǎn)開(kāi)幾點(diǎn)關(guān))

采用兩個(gè)單電源比較器，由兩個(gè)電阻分壓提供公用的參比電壓。

開(kāi)關(guān)合上后開(kāi)始對(duì)定時(shí)開(kāi)的電路中的電容充電，比較器的反相端的電壓逐漸升高，由原來(lái)的同相端的電壓高變?yōu)榉聪喽穗妷焊撸容^器A1輸出反轉(zhuǎn)，完成定時(shí)開(kāi)，定時(shí)時(shí)間由R1、C1、及UR的值決定。

完成定時(shí)開(kāi)之前A1的輸出是高電平，A2的同相端由電阻R2\C2的串聯(lián)之路決定，也是高電平，所以C2不充電，三極管基極電位是高電平?jīng)]法導(dǎo)通。

定時(shí)開(kāi)以后，A1輸出端躍變?yōu)榱惴?，由于電容兩端的電壓不能躍變，因此電容C2右側(cè)電壓隨之躍變?yōu)榱?，A2同相端電壓低于參比電壓，輸出零壓，三極管導(dǎo)通，負(fù)載得電。隨之電容C2開(kāi)始充電，充電電壓高于參比電壓后，A2輸出高電平，三極管截止，負(fù)載失電。完成定時(shí)關(guān)，定時(shí)時(shí)間由R2、C2及UR的值確定。

二極管的作用是為電容快速放電，保證下次定時(shí)時(shí)定時(shí)準(zhǔn)確。

LM339是集電極開(kāi)路輸出(集點(diǎn)擊懸空啥也不接??)的器件，無(wú)法輸出高電平，所以輸出端要接RL1才有高電平輸出。

使用漏電小的鉭電容、電阻R1、R2使用mos管作恒流源對(duì)電容充電，使電路做到小時(shí)數(shù)量級(jí)的定時(shí)。

火焰信號(hào)檢測(cè)電路

火焰中有導(dǎo)電的微粒及受熱空氣的熱離子，它們的導(dǎo)電能力很差，約幾十兆歐。

高歐姆的檢測(cè)需要高靈敏的單電源比較器，可實(shí)現(xiàn)火焰檢測(cè)。

由兩個(gè)電阻分壓提供比較器反相端參比電壓。

用兩個(gè)電容把( 電源電壓和參比電壓之間的電壓)再分壓，送入同相端。(用電容分壓不用電阻的目的是讓熄火信號(hào)有一定的延時(shí)，防止火焰擺動(dòng)時(shí)誤動(dòng)作)

同相端和地之間接耐高溫的金屬制成的火焰探針，探針固定在火焰上方，保證探針和支架有良好絕緣。

無(wú)火焰時(shí)：電容分壓點(diǎn)(同相端)電位高于參比電壓，比較器輸出高電位。

有火焰時(shí)：同相端通過(guò)幾十兆歐的電阻接地，電位低于參比電壓，比較器輸出零壓。

比較器輸出高電平作為熄火信號(hào)。

滯回比較器(施密特觸發(fā)器)

比較器的參比電壓不是外界提供，而是由輸出端經(jīng)過(guò)電阻分壓，通過(guò)正反饋引入同相端，引入同相端的參比電壓是隨著輸出電壓的高低翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)的，在輸出信號(hào)為高電位和低電位兩個(gè)不同狀態(tài)時(shí)，同相端的參比電壓是不同的(參比電壓在相對(duì)原點(diǎn)對(duì)稱的一個(gè)范圍內(nèi)變動(dòng))，反相端的輸入信號(hào)和不同的參比電壓作比較，在反相端的輸入信號(hào)升高和降低的過(guò)程中，輸出信號(hào)的翻轉(zhuǎn)相對(duì)于x軸(輸入信號(hào)的位置)不是同一位置，因此會(huì)相對(duì)于原點(diǎn)形成一個(gè)回環(huán)，這樣的比較器的電壓傳輸特性就出現(xiàn)滯回特性，具有滯回特性的電路可以稱為施密特觸發(fā)器。

同相端正反饋電壓、上閾值電壓(正電壓)為

同相端的正反饋電壓、下閾值電壓(負(fù)電壓)為

信號(hào)電壓增加時(shí)比較器的傳輸特性路徑與信號(hào)電壓減小時(shí)是不同的，兩者呈回環(huán)狀。

正反饋還有加速翻轉(zhuǎn)，使輸出波形前后沿更陡的作用。

單電源的比較器也可以實(shí)現(xiàn)滯回特性，需要在電源端和同相端之間跨接一個(gè)電阻。

滯回環(huán)右移比較器

在正反饋支路中串入正值參比電壓時(shí)，可使滯回特性右移。此時(shí)上下閾值電壓為

若串入負(fù)值參比電壓，回線左移。

水塔水位自動(dòng)控制電路(經(jīng)典)

浮子，重錘，電位器共同構(gòu)成水位傳感器，水位變化變換為電壓變化，輸入比較器反相端。

利用滯回特性(右移滯回比較器)控制水泵供水，電壓<1.25V比較器才輸出高電平開(kāi)泵，電壓>6.25V比較器才輸出低電平停泵，可使水泵不用頻繁啟停。

保證水塔滿水，電位器抽頭輸出7V，干水輸出0V。

雙限位控制方式也可適用于空調(diào)機(jī)和電冰箱的溫控。

電子互鎖開(kāi)關(guān)

接通電源時(shí)，由于電容C電壓不能突變，瞬間加入各比較器反相端12V電壓，使全部輸出為0.，電容充滿電后，反相端電位由R3、R4分壓維持約4.8V，保持各輸出為0。

接通SB1，12V加入A1同相端，同相端電位高于反相端電位4.8V，A1輸出，松開(kāi)SB1后，A1輸出電壓12V由R1和R2分壓后提供給A1同相端6V電壓，高于反相端電壓，保持A1輸出。

換路時(shí)，接通SB2，12V加入A2同相端，A2輸出12V，同時(shí)12V經(jīng)過(guò)兩個(gè)二極管加12-1.4=10.6V給A1反相端，使A1反相端電位高于同相端電位，A1切斷輸出。

松開(kāi)SB2后，A2輸出端12V經(jīng)過(guò)電阻R1、R2分壓后提供給A2同相端6V電壓，此時(shí)反相端電壓為4.8V，A2保持輸出。A2同相端和反相端電位差為6-4.8=1.2V，小于二極管的死區(qū)電壓，所以二極管不能導(dǎo)通。

波形發(fā)生器(矩形波發(fā)生器、多諧振蕩器)

滯回比較器電路基礎(chǔ)上，增添一條由R、C串聯(lián)的負(fù)反饋支路構(gòu)成矩形波發(fā)生器電路。

比較器采用雙電源，輸出端有雙向穩(wěn)壓管限幅。

滯回比較器上下閾值電壓UR=±R2UZ/(R1+R2)。

電容電壓Uc加到反相端，與同相端UR參比電壓作比較。

工作原理：接通電源時(shí)假設(shè)輸出電壓為正壓(+UZ),則同相端參比電壓為正壓(+UR)，同時(shí)輸出電壓通過(guò)電阻R對(duì)給反相端提供電壓的電容C充電，電容電壓不斷升高，電容電壓升高到大于參比電壓時(shí)，比較器負(fù)向翻轉(zhuǎn)，輸出電壓為負(fù)壓(-UZ)，與此同時(shí)改變了同相端參比電壓的電位為負(fù)壓(-UR)，輸出負(fù)壓使給反相端提供電壓的電容放電緊接著反向充電，等到電容電壓降低到小于參比電壓時(shí)，反相端電位小于同相端參比電壓，比較器正向翻轉(zhuǎn)，如此周期性重復(fù)。

方波頻率f為

脈寬調(diào)制器工作原理(和矩形波發(fā)生器相似)

矩形波的高電平時(shí)間占整個(gè)周期時(shí)間的百分比數(shù)，稱為脈沖波形占空比，方波的占空比為50%。

占空比能受信號(hào)大小控制改變的矩形波發(fā)生器叫脈寬調(diào)制器。

脈寬調(diào)制器是在矩形波發(fā)生器電路基礎(chǔ)上，通過(guò)一個(gè)電阻R4引入輸入信號(hào)(調(diào)制電壓)到比較器反相端構(gòu)成的。

和矩形波發(fā)生器的不同之處：

為反相端提供電壓的電容在充電時(shí)，同時(shí)接受輸入信號(hào)和輸出信號(hào)充電，充電速度更快，且輸入信號(hào)越大，充電速度越快，負(fù)向翻轉(zhuǎn)越早。

為反相端提供電壓的電容在放電時(shí)，由于有輸入信號(hào)的存在，此時(shí)電容處于一邊由輸出電壓放電，一邊由輸入電壓充電的情況，所以總的放電速度減慢，且輸入信號(hào)越大，放電速度減慢的越明顯，比較器正向翻轉(zhuǎn)越晚。

所以輸出電壓的低電平時(shí)間更長(zhǎng)，高點(diǎn)平時(shí)間更短，占空比減小，當(dāng)輸入電壓為正值時(shí)，占空比減小，輸入電壓為負(fù)值時(shí)，占空比加大。

控制電爐加入時(shí)間：通過(guò)熱電偶反饋出來(lái)的電壓和設(shè)定電壓之差作脈寬調(diào)制器的調(diào)制電壓，未加溫時(shí)，差值為負(fù)，占空比加大，高電平輸出更久，控制晶閘管加熱時(shí)間長(zhǎng)，爐溫升高時(shí)熱電偶反饋電壓增大，輸入電壓加大(由負(fù)到零到正)，電路輸出高電平時(shí)間變短，電爐加熱時(shí)間縮短，爐溫回落。

鋸齒波發(fā)生器

鋸齒波常作為掃描電壓。

電路分析：

運(yùn)放器由雙電源供電，A2為反相積分器，積分電阻R上并聯(lián)二極管VD，使負(fù)向積分時(shí)間常數(shù)大大減小。

A1為有正反饋的零比較器，反相端接地作參比電壓，同相端由積分器A2輸出電壓通過(guò)電阻R2提供信號(hào)電壓，A1輸出帶有雙向穩(wěn)壓管限幅環(huán)節(jié)。

工作原理：

A1的輸出由A1同相端決定，A1同相端電位由A1輸出端和A2輸出端共同決定，因此，A1的正向翻轉(zhuǎn)條件為同相端電位大于0(反相端參比電壓接地)，列方程得到根據(jù)同相端電位大于0解方程得uo>R2UZ/R1(A2輸出端正向翻轉(zhuǎn)條件)，同理A2輸出端負(fù)向翻轉(zhuǎn)條件為uo<(-R2UZ)/R1。

接通電源時(shí)，假設(shè)A1輸出負(fù)壓(-UZ)，A2正向積分，積分常數(shù)為RC，A2輸出不斷增大，等到A2輸出達(dá)到正向翻轉(zhuǎn)條件uo>R2UZ/R1時(shí)，正向反轉(zhuǎn)。同時(shí)A1正向翻轉(zhuǎn)，A1輸出正壓(+UZ)，A2負(fù)向積分，積分常數(shù)為二極管導(dǎo)通電阻和電容C的乘積(積分常數(shù)很小)，所以A2輸出電壓迅速較小形成鋸齒波，等達(dá)到負(fù)向翻轉(zhuǎn)條件uo<(-R2UZ)/R1時(shí)，A2負(fù)向翻轉(zhuǎn)，A1負(fù)向翻轉(zhuǎn)，如此循環(huán)重復(fù)，A1輸出端輸出一串窄脈沖，A2輸出端輸出一串鋸齒波。