除了明顯的放大應用外，運算放大器還可用于大量其它應用和電路。在本文中，小編將簡單介紹一些常用的非線性運算放大器電路。在非線性運算放大器電路中，輸入/輸出特性是非線性的，即不在一條直線上。

非線性運算放大器應用電路

運算放大器以及線性電路也廣泛用于配置非線性電路，即輸出相對于輸入變化呈現非線性變化的電路。這些電路通常稱為開關電路，其輸出在正負飽和電壓電平之間切換。最常用的非線性運算放大器應用電路配置包括過零檢測器、施密特觸發器、非穩態和單穩態多諧振蕩器。

過零檢測器電路

過零檢測器是運算放大器開關電路中最簡單的電路配置，在這種配置中，輸入信號被施加到一個輸入端，而另一個輸入端接地。該電路不需要反饋連接。

1、同相過零檢測器

如果輸入信號源連接到運放的同相輸入端，反相輸入端接地，則該電路稱為同相過零檢測器，電路圖如下圖所示：

當輸入信號高于地電平時，電路的輸出在其正極端處飽和。當輸入低于地電平時，電路的輸出電壓立即切換到其負飽和電平。每當輸入信號越過零電壓電平時，輸出就會在一個飽和電平和另一個飽和電平之間切換。由于上述電路的輸出在施加的輸入電壓為正時進入正飽和狀態，因此該電路被歸類為同相過零檢測器。典型同相過零檢測器的輸入和輸出波形如上圖所示，無論輸入波的形狀如何，輸出始終是矩形波。

2、反相過零檢測器

如果輸入信號加到運算放大器的反相輸入端，而同相輸入端接地，則該電路稱為反相過零檢測器，電路如下圖所示。

當輸入高于地電平時，輸出在負極端電壓下飽和。當輸入電壓低于地電平時，輸出立即切換到正飽和電壓。由于當輸入為正時輸出在負電壓下飽和，因此該電路稱為反相過零檢測器。反相過零檢測器的輸入和輸出波形如上圖所示。

施密特觸發器電路

帶有反饋連接(通常為正)的過零檢測器電路構成施密特觸發器，施密特觸發電路具有明確的預定義輸入電壓上限和下限，可觸發輸出從一個飽和電平切換到另一個飽和電平。

典型施密特觸發器的電路如上圖所示。輸入電壓 V in被施加到反相輸入端，一部分輸出電壓通過分壓器網絡作為反饋連接到非反相輸入端。 每當輸入電壓超過某個預定電壓電平時，輸入電壓V in觸發輸出電壓V out從一個飽和電平變為另一個飽和電平。這些電壓電平稱為上閾值電壓 (V UT ) 和下閾值電壓 (V LT )。

施密特觸發器電路的輸入輸出波形如上圖所示?？梢钥闯?，只要輸入電壓V in小于上限閾值電壓V UT，輸出電壓就在其正極端+V sat處飽和。當輸入電壓超過V UT時，輸出立即切換到其負飽和電平 -V sat。

上下觸發點(閾值電壓)可以通過使用數學關系得到：

V UT = [R2.(+Vsat)]/(R1+R2) and VLT = R2.(-Vsat)/(R1+R2)

如果，R2/(R1+R2) = β, 則有，VUT = β (+Vsat) and VLT = β (-Vsat)

上述方程式表明，通過適當選擇電阻器R1和R2的值，可以精確地調整和控制閾值的上限和下限。

使用運算放大器的非穩態多諧振蕩器

通過向過零檢測器或施密特觸發器電路添加外部元件來構建運放非穩態多諧振蕩器電路。非穩態多諧振蕩器是使用運算放大器的非線性電路配置(輸出相對于輸入呈非線性變化)，無需任何外部觸發即可生成方波。該電路沒有穩定的輸出狀態，只有兩個準狀態，輸出在這兩個準穩態之間連續振蕩。

非穩態多諧振蕩器基本上是一個振蕩器，因為它不需要外部脈沖來觸發它。出于這個原因，該電路通常被稱為自由運行振蕩器。但是，該電路為運算放大器使用直流電源。一個非穩態多諧振蕩器可以配置為產生所需頻率、幅度和占空比的方波。

使用運算放大器的非穩態多諧振蕩器電路圖如下圖所示。該電路是施密特觸發器配置，具有反饋連接，并在反相輸入端包括一個輸入電容器。

當非穩態多諧振蕩器電路輸出處于其正飽和電平時，電流通過反饋電阻器R1流入電容器C。這對電容器充電，頂板為正極。電容器充電，直到其電壓達到施密特觸發器的上限觸發電壓。此時，電路的輸出立即切換到其負飽和電平。現在沒有電流流入電容器，因此電容器開始放電。電容器的放電一直持續到電容器電壓達到施密特觸發器的較低觸發電壓。輸出切換到其正飽和水平并重復循環。

可以注意到，該電路是一個方波發生器，其輸出在運算放大器的正負飽和電壓電平之間擺動。輸出方波的頻率取決于電容C和反饋電阻值R1。

非穩態多諧振蕩器的輸出和電容電壓波形如下圖所示。

通過在R2和R3之間串聯一個電位計，可以使用相同的電路配置在一定范圍內生成頻率可調的方波。通過調節電位器的阻值，可以改變輸出方波的頻率。

運算放大器單穩態多諧振蕩器

顧名思義，單穩態多諧振蕩器是一種具有一個穩定輸出狀態的電路，它的正常輸出電壓可能高或低，并保持在該狀態直到被觸發。當施加觸發脈沖時，輸出切換到相反狀態的時間取決于電路的RC組件。

使用運算放大器的典型單穩態多諧振蕩器電路如上圖所示，運算放大器的反相輸入端通過電阻 R3接地，同相輸入端由電阻R1和R2 正向偏置。 這導致輸出正常處于正飽和電平，電容C 2充電極性如圖所示。

當輸入脈沖V in施加到電容器C 1時，輸入由C 1和電阻器R 3區分，從而在運算放大器反相輸入端產生正負尖峰。二極管D1將負尖峰限制在-0.7V，因此負尖峰對電路沒有影響。正尖峰將反相輸入端電壓升高到非反相輸入端的偏置電壓之上。因此，運算放大器輸出切換到其負飽和電平。尖峰的持續時間非常短，反相輸入電壓很快回到零。然而，當輸出變為負飽和時，電容器C 2驅動同相輸入電壓。這在尖峰消失后將非反相輸入端子保持在地電平以下，從而將輸出保持在負飽和電平。

當輸出處于其負飽和電平時，電容器C 2開始通過電阻器R1和R2放電，逐漸將同相輸入電壓升高到地電平。當同相輸入電壓略高于地電平時，運算放大器的輸出立即切換到正飽和電平，電路恢復到原始狀態。輸出波的脈沖寬度取決于電容C2和偏置電壓V R2還取決于電阻R1和R2。

單穩態多諧振蕩器的輸入和輸出波形如上圖所示。

關于運算放大器線性區和非線性區的區別

1.線性區運算放大器(接深度負反饋)

在線性區，它的輸出信號和輸入信號滿足如下關系;

Vo=Aod(V+ - V-)

通常，集成運放的Aod很大，為了使其工作在線性區，大都引入深度負反饋，以減小運放的凈輸入，保證輸出電壓不超出線性范圍。

2.非線性區運算放大器(開環或接正反饋)

輸出電壓與輸入電壓之間Vo≠Aod(V+ - V-)

即：線性是有負反饋的，有負反饋才可能工作在線性范圍，輸出是1:1的增持關系。而非線性放大是一個特定的輸入增益強度的壓縮策略，輸出功能是不維持1:1和振幅的增長之間的關系。