非線性應用的運放器是工作在傳輸特性的正負飽和段，輸出電壓只有正負最大值Uom兩種取值。

運放器工作在開環(huán)狀態(tài)時(不加負反饋)，輸入端的電位只要有一點差異，則輸出電壓極容易達到飽和段，如果再加入正反饋，則輸出狀態(tài)的轉換將會躍變。(變化更快)。

非線性的應用最基本的使用在比較器中。

有 參比電壓 的比較器

將信號電壓和參比電壓作比較，比較結果用輸出電壓正負極性來顯示(運放器雙電源)，當單電源時比較結果使用正壓和零壓顯示。

信號加在反相端，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飽和電壓。

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

比較器保護電路

在兩輸入端之間接入兩個反向并聯(lián)二極管(兩個二極管方向相反)做限幅保護，防止壓差太大燒壞運放器。

兩個輸入端分別串入一個限流電阻。

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

當信號是正弦波時，比較器輸出正負波形的波寬是不相等的，如上圖c可見。

作為比較使用的集成電路，線性度要求不高，無需調零、消振等。外界元件引腳只需三個(兩個輸入一個輸出)，一塊芯片可造多個比較器，它們的電源公用，價格便宜。若信號是單極性的，可選用單電源的比較器省去負電源。

零比較器

參比電壓接地的比較器稱為零比較器。

信號接在運放器同相端，反相端接地叫做同相零比較器。

同相零比較器的輸入信號為正弦波時，輸出電壓的波形中正負波的波寬是相等的。

零比較器常用于信號的正負值檢測。

限幅輸出的比較器

基于比較器后面的電路，有時不希望比較器輸出值高達正負最大值Uom，而是希望比較器輸出電壓穩(wěn)定，不受電源電壓波動影響，則可用穩(wěn)壓管限幅、穩(wěn)壓來實現(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，當輸入信號不為零時，運放器輸出電壓稍大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，便使其中一只反向穩(wěn)壓管擊穿導通，形成負反饋，使運放器不能進入飽和區(qū)，而繼續(xù)停留在線性區(qū)工作，此時反相端是虛地點，輸出電壓被穩(wěn)壓管鉗位于Uz。

c圖是當信號為正弦波時的輸出波形。

電源過壓、欠壓保護電路

某些電路對電壓值要求嚴格，電壓的過低或過高都不利于電路正常工作，因此要設置欠壓，過壓保護電路

采用兩個單電源比較器，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)作為欠壓保護，輸入電壓高于參比電壓，運放器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)作為過壓保護，輸入電壓小于參比電壓，運放器A2輸出零壓加在PNP三極管的基極，三極管導通，負載得電。

欠壓時，A1同相端采樣電壓小于參比電壓，A1輸出零壓，A2輸出正壓，關斷三極管，負載斷電。

過壓時，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，關斷三極管，負載斷電。

兩級定時電路(幾點開幾點關)

采用兩個單電源比較器，由兩個電阻分壓提供公用的參比電壓。

開關合上后開始對定時開的電路中的電容充電，比較器的反相端的電壓逐漸升高，由原來的同相端的電壓高變?yōu)榉聪喽穗妷焊?，比較器A1輸出反轉，完成定時開，定時時間由R1、C1、及UR的值決定。

完成定時開之前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)]法導通。

定時開以后，A1輸出端躍變?yōu)榱惴捎陔娙輧啥说碾妷翰荒苘S變，因此電容C2右側電壓隨之躍變?yōu)榱悖珹2同相端電壓低于參比電壓，輸出零壓，三極管導通，負載得電。隨之電容C2開始充電，充電電壓高于參比電壓后，A2輸出高電平，三極管截止，負載失電。完成定時關，定時時間由R2、C2及UR的值確定。

二極管的作用是為電容快速放電，保證下次定時時定時準確。

LM339是集電極開路輸出(集點擊懸空啥也不接??)的器件，無法輸出高電平，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管作恒流源對電容充電，使電路做到小時數(shù)量級的定時。

火焰信號檢測電路

火焰中有導電的微粒及受熱空氣的熱離子，它們的導電能力很差，約幾十兆歐。

高歐姆的檢測需要高靈敏的單電源比較器，可實現(xiàn)火焰檢測。

由兩個電阻分壓提供比較器反相端參比電壓。

用兩個電容把( 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有一定的延時，防止火焰擺動時誤動作)

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。

無火焰時：電容分壓點(同相端)電位高于參比電壓，比較器輸出高電位。

有火焰時：同相端通過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。

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)過電阻分壓，通過正反饋引入同相端，引入同相端的參比電壓是隨著輸出電壓的高低翻轉而翻轉的，在輸出信號為高電位和低電位兩個不同狀態(tài)時，同相端的參比電壓是不同的(參比電壓在相對原點對稱的一個范圍內(nèi)變動)，反相端的輸入信號和不同的參比電壓作比較，在反相端的輸入信號升高和降低的過程中，輸出信號的翻轉相對于x軸(輸入信號的位置)不是同一位置，因此會相對于原點形成一個回環(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(負電壓)為

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

正反饋還有加速翻轉，使輸出波形前后沿更陡的作用。

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

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，可使滯回特性右移。此時上下閾值電壓為

若串入負值參比電壓，回線左移。

水塔水位自動控制電路(經(jīng)典)

浮子，重錘，電位器共同構成水位傳感器，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機和電冰箱的溫控。

電子互鎖開關

接通電源時，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，接通SB2，12V加入A2同相端，A2輸出12V，同時12V經(jīng)過兩個二極管加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SB2后，A2輸出端12V經(jīng)過電阻R1、R2分壓后提供給A2同相端6V電壓，此時反相端電壓為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上，增添一條由R、C串聯(lián)的負反饋支路構成矩形波發(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：接通電源時假設輸出電壓為正壓(+UZ),則同相端參比電壓為正壓(+UR)，同時輸出電壓通過電阻R對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，比較器負向翻轉，輸出電壓為負壓(-UZ)，與此同時改變了同相端參比電壓的電位為負壓(-UR)，輸出負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，反相端電位小于同相端參比電壓，比較器正向翻轉，如此周期性重復。

方波頻率f為

脈寬調制器工作原理(和矩形波發(fā)生器相似)

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

占空比能受信號大小控制改變的矩形波發(fā)生器叫脈寬調制器。

脈寬調制器是在矩形波發(fā)生器電路基礎上，通過一個電阻R4引入輸入信號(調制電壓)到比較器反相端構成的。

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，同時接受輸入信號和輸出信號充電，充電速度更快，且輸入信號越大，充電速度越快，負向翻轉越早。

為反相端提供電壓的電容在放電時，由于有輸入信號的存在，此時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，且輸入信號越大，放電速度減慢的越明顯，比較器正向翻轉越晚。

所以輸出電壓的低電平時間更長，高點平時間更短，占空比減小，當輸入電壓為正值時，占空比減小，輸入電壓為負值時，占空比加大。

控制電爐加入時間：通過熱電偶反饋出來的電壓和設定電壓之差作脈寬調制器的調制電壓，未加溫時，差值為負，占空比加大，高電平輸出更久，控制晶閘管加熱時間長，爐溫升高時熱電偶反饋電壓增大，輸入電壓加大(由負到零到正)，電路輸出高電平時間變短，電爐加熱時間縮短，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，使負向積分時間常數(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輸出電壓通過電阻R2提供信號電壓，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輸出端正向翻轉條件)，同理A2輸出端負向翻轉條件為uo<(-R2UZ)/R1。

接通電源時，假設A1輸出負壓(-UZ)，A2正向積分，積分常數(shù)為RC，A2輸出不斷增大，等到A2輸出達到正向翻轉條件uo>R2UZ/R1時，正向反轉。同時A1正向翻轉，A1輸出正壓(+UZ)，A2負向積分，積分常數(shù)為二極管導通電阻和電容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，等達到負向翻轉條件uo<(-R2UZ)/R1時，A2負向翻轉，A1負向翻轉，如此循環(huán)重復，A1輸出端輸出一串窄脈沖，A2輸出端輸出一串鋸齒波。