電壓比較器和555

1、6.3 電壓比較器一、概述二、單限比較器三、滯回比較器四、窗口比較器五、集成電壓比較器一、概述一、概述1. 電壓比較器的功能：比較電壓的大小。電壓比較器的功能：比較電壓的大小。 廣泛用于各種報(bào)警電路。廣泛用于各種報(bào)警電路。 輸入電壓是連續(xù)的模擬信號(hào)；輸出電壓表示比較的結(jié)輸入電壓是連續(xù)的模擬信號(hào)；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平兩種情況。果，只有高電平和低電平兩種情況。 使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。2. 電壓比較器的描述方法電壓比較器的描述方法 :電壓傳輸特性電壓傳輸特性 uOf(uI)電壓傳輸特性的三個(gè)要素：電壓傳輸特性的三個(gè)要素：（1

2、）輸出高電平）輸出高電平UOH和輸出低電平和輸出低電平UOL（2）閾值電壓）閾值電壓UT（3）輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓躍變的方向）輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓躍變的方向3. 幾種常用的電壓比較器幾種常用的電壓比較器（1）單限比較器：只有一個(gè)閾值電壓）單限比較器：只有一個(gè)閾值電壓（3）窗口比較器：）窗口比較器： 有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓?jiǎn)握{(diào)變化時(shí)輸出電壓躍變兩次。有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓?jiǎn)握{(diào)變化時(shí)輸出電壓躍變兩次。（2）滯回比較器：具有滯回特性）滯回比較器：具有滯回特性 輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓?jiǎn)握{(diào)變化使輸出電壓只躍

3、變一次?；夭铍妷?jiǎn)握{(diào)變化使輸出電壓只躍變一次?；夭铍妷篢2T1UUU4 4、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)電路特征：集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或僅引入正反饋電路特征：集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或僅引入正反饋集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)1) 凈輸入電流為凈輸入電流為02) uP uN時(shí)，時(shí)， uOUOM uP 0 時(shí)時(shí) uO UOM; uI 0 時(shí)時(shí) uO UOM 集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護(hù)集成運(yùn)集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護(hù)集成運(yùn)放的輸入端，需加輸入端限幅電路。放的輸入端，需加輸入端限幅電路。集成運(yùn)放的凈輸入集成運(yùn)放的凈輸入電壓最大值為電壓最大值

4、為UD輸出限幅電路輸出限幅電路 為適應(yīng)負(fù)載對(duì)電壓幅值的要求，輸出端加限幅電路。為適應(yīng)負(fù)載對(duì)電壓幅值的要求，輸出端加限幅電路。UOH UZ1 UD2 UOL( UZ2 UD1)UOH UOL UZUOH UZ UOL UD 不可缺少！不可缺少！輸出限幅電路輸出限幅電路uO UZ（1）保護(hù)輸入端）保護(hù)輸入端（2）加速集成運(yùn)放狀態(tài)的轉(zhuǎn)換）加速集成運(yùn)放狀態(tài)的轉(zhuǎn)換電壓比較器的分析方法：電壓比較器的分析方法：（1 1）寫(xiě)出寫(xiě)出 uP、uN的表達(dá)式，的表達(dá)式，令令uP uN，求解出的，求解出的 uI即為即為UT；（2 2）根據(jù)輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；）根據(jù)輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；（3

5、 3）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出輸出電壓電壓的躍變方向。的躍變方向。2. 一般單限比較器一般單限比較器得令, 0PNI211REF212NuuuRRRURRRu（1）若要）若要UTURH時(shí)，時(shí)，uO1= uO2= UOM，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止；截止； uO= UZ。 當(dāng)當(dāng)uIURH時(shí)，時(shí)，uO2= uO1= UOM，D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1截止；截止； uO= UZ 。 當(dāng)當(dāng)URLuI URH時(shí)，時(shí)， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截止；均截止； uO= 0。CCVEEV特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 無(wú)需限幅電路，根據(jù)電源電

6、壓確定所需高、低電平；無(wú)需限幅電路，根據(jù)電源電壓確定所需高、低電平；2. 可直接驅(qū)動(dòng)集成數(shù)字電路；可直接驅(qū)動(dòng)集成數(shù)字電路；3. 響應(yīng)速度快；響應(yīng)速度快；4. 可具有選通端；可具有選通端；5. 電源電壓升高，工作電流增大，工作速度加快。電源電壓升高，工作電流增大，工作速度加快。五、集成比較器五、集成比較器某型號(hào)集成比較器的等效電路某型號(hào)集成比較器的等效電路討論二討論二 已知某型號(hào)集成電壓比較器內(nèi)部等效電路如圖（已知某型號(hào)集成電壓比較器內(nèi)部等效電路如圖（a）所示，）所示，試求解圖（試求解圖（b）（）（e）各電路的電壓傳輸特性。）各電路的電壓傳輸特性。討論三討論三 已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖

7、所示，說(shuō)出它已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說(shuō)出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為5sint (V)，畫(huà)出各，畫(huà)出各電路輸出電壓的波形。電路輸出電壓的波形。 你能分別組成具有圖你能分別組成具有圖示電壓傳輸特性的電壓示電壓傳輸特性的電壓比較器電路嗎？比較器電路嗎？同相輸入同相輸入單限比較器單限比較器反相輸入反相輸入滯回比較器滯回比較器窗口窗口比較器比較器清華大學(xué) 華成英 討論四：討論四：求解圖示各電路的電壓傳輸特性。求解圖示各電路的電壓傳輸特性。AuIUREFuO6.4.1 555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理71COTHTR+UCCuo5k

8、5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSD電平觸發(fā)端電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端電平有效放電端4.516V71COTHTR+UCCuo5k5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSD001R=0時(shí)，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V導(dǎo)通。71COTHTR+UCCuo5k5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSDR=0時(shí)，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3時(shí)，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。2UCC/3UCC/3001171COTHTR+UCCuo5k5k5kV26

9、5843R + +A1 + +A2DQQRDSDR=0時(shí)，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3時(shí)，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。2UCC/3UCC/31001R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3時(shí)，RD=1、SD=1，Q、Q不變，uo不變，V狀態(tài)不變。1171COTHTR+UCCuo5k5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSDR=0時(shí)，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3時(shí)，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。2UC

10、C/3UCC/31100R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3時(shí)，RD=1、SD=1，Q、Q不變，uo不變，V狀態(tài)不變。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3時(shí)，RD=1、SD=0，Q=0、Q=1，uo=1，V截止。6.4.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2UCC/3CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoUCCuiuotttP00(a) 電路(b) 工作波形uct0輸出脈沖寬度 tp。 tp1.1RC2UCC/3CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoUCCuiuotttP00uct0接通UCC后瞬間，UCC通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)uc上升到2UCC/3時(shí)，

11、比較器A1輸出為0，將觸發(fā)器置0，uo0。這時(shí)Q=1，放電管V導(dǎo)通，C通過(guò)V放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。ui到來(lái)時(shí)，因?yàn)閡iUCC/3，使A20，觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時(shí)Q=0，放電管V截止，UCC經(jīng)R對(duì)C充電。雖然此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失，比較器A2的輸出變?yōu)?，但充電繼續(xù)進(jìn)行，直到uc上升到2UCC/3時(shí)，比較器A1輸出為0，將觸發(fā)器置0，電路輸出uo0，V導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。uo&uiuAuo(a) 電路示意圖(b) 波形圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uououiuAtp單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用uiuotpCR1uc8 47 3 6 5552 5 10.

12、01FuoUCCR2ucuotttP1tP20UCC/32UCC/30(a) 電路(b) 工作波形接通UCC后，UCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。當(dāng)uc上升到2UCC/3時(shí)，uo=0，V導(dǎo)通，C通過(guò)R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到UCC/3時(shí)，uo又由0變?yōu)?，V截止，UCC又經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。如此重復(fù)上述過(guò)程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。6.4.3 無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoUCCR2ucuotttP1tP20UCC/32UCC/30第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度 tp1，即 uc從 UCC/3 充電上升到 2UCC/3 所需的時(shí)間：t

13、p10.7(R1+R2)C第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度 tp2，即 uc從 2UCC/3 放電下降到 UCC/3 所需的時(shí)間：tp20.7R2C振蕩周期：Ttp1tp20.7(R12R2)CC1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1UCCR2(a) 電路(b) 工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C將振蕩器的輸出電壓uo1，接到振蕩器中555定時(shí)器的復(fù)位端（4腳），當(dāng)uo1為高電平時(shí)振蕩器振蕩，為低電平時(shí)555定時(shí)器復(fù)位，振蕩器停止震蕩。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+UCCuiuott00(a) 電路(b) 工作波形+U

14、CC1uouCOUT+UT2UCC/3UCC/3控制電壓調(diào)節(jié)回差（1）0iu時(shí)，RD=1、SD=0，觸發(fā)器置 1，即1Q、0Q，uo1uo1。ui升高時(shí)，在未到達(dá) 2UCC/3 以前，uo1uo1 的狀態(tài)不會(huì)改變。6.4.4 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+UCCuiuott00(a) 電路(b) 工作波形+UCC1uouCOUT+UT2UCC/3UCC/3控制電壓調(diào)節(jié)回差（1）0iu時(shí)，RD=1、SD=0，觸發(fā)器置 1，即1Q、0Q，uo1uo1。ui升高時(shí)，在未到達(dá) 2UCC/3 以前，uo1uo1 的狀態(tài)不會(huì)改變。（2）ui升高到 2UCC/3 時(shí)

15、，比較器 A1輸出跳變?yōu)?0、A2輸出為 1，觸發(fā)器置0，即跳變到0Q、1Q，uo1、uo也隨之跳變到 0。此后，ui繼續(xù)上升到最大值，然后再降低，但在未降低到 UCC/3 以前，0o1u、0ou的狀態(tài)不會(huì)改變。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+UCCuiuott00(a) 電路(b) 工作波形+UCC1uouCOUT+UT2UCC/3UCC/3控制電壓調(diào)節(jié)回差（1）0iu時(shí)，RD=1、SD=0，觸發(fā)器置 1，即1Q、0Q，uo1uo1。ui升高時(shí)，在未到達(dá) 2UCC/3 以前，uo1uo1 的狀態(tài)不會(huì)改變。（2）ui升高到 2UCC/3 時(shí)，比較器 A1輸出跳變?yōu)?0、A2輸出為 1，觸發(fā)器置0，即跳變到0Q、1Q，uo1、uo也隨之跳變到 0。此后，ui繼續(xù)上升到最大值，然后再降低，但在未降低到 UCC/3 以