電壓比較器 -

1、電壓比較器電壓比較器 電壓比較器的功能是電壓比較器的功能是對兩個輸入電壓的大小進(jìn)行比較，對兩個輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個電平。并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個電平。電壓比較器電壓比較器 電壓電壓比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成運放組成，這里只討論后者。運放組成，這里只討論后者。 由于比較器輸出只有兩個狀態(tài)，因此，由于比較器輸出只有兩個狀態(tài)，因此，用作比較器的用作比較器的運放將運放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。比較器比較器在信號變換在信號變換、檢測、檢測和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用。和波形

2、產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用。 此外由于高電平相當(dāng)于邏輯此外由于高電平相當(dāng)于邏輯“1”，低電平相當(dāng)邏輯，低電平相當(dāng)邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。電壓比較器的基本特性電壓比較器的基本特性 1. 輸出輸出 高電平高電平(UoH)和低電平和低電平(UoL) 用運放構(gòu)成的比較器，其輸出的高電平用運放構(gòu)成的比較器，其輸出的高電平UoH和低電平和低電平UoL可分別接近于正電源電壓可分別接近于正電源電壓(UCC)和負(fù)電源電壓和負(fù)電源電壓(-UCC)。電壓比較器的電路符號電壓比較器的電路符號 理想的電壓比較器，在高、理想的電壓比較器，在高、低電

3、平轉(zhuǎn)換的門限低電平轉(zhuǎn)換的門限UT處具有處具有階躍的傳輸特性。階躍的傳輸特性。 實際運放的實際運放的Aud不為無窮大。在不為無窮大。在UT附近存在著一個比附近存在著一個比較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非UoH，也非，也非UoL，故，故無法對輸入電平大小進(jìn)行判別。無法對輸入電平大小進(jìn)行判別。2. 鑒別靈敏度鑒別靈敏度udA 這就要求運放：這就要求運放： 顯然，顯然，Aud越大，則這個不靈敏區(qū)就越小，稱比較器越大，則這個不靈敏區(qū)就越小，稱比較器的鑒別靈敏度越高。的鑒別靈敏度越高。 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間 3.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 作為比較器的另一個重要特性就是轉(zhuǎn)換速度，即比作為

4、比較器的另一個重要特性就是轉(zhuǎn)換速度，即比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時間。較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時間。 通常要求轉(zhuǎn)換時間盡可能短，以便實現(xiàn)高速比較。通常要求轉(zhuǎn)換時間盡可能短，以便實現(xiàn)高速比較。為此可對比較器施加正反饋，以提高轉(zhuǎn)換速度。為此可對比較器施加正反饋，以提高轉(zhuǎn)換速度。非線性應(yīng)用的條件：非線性應(yīng)用的條件：運放開環(huán)或施加正反饋。運放開環(huán)或施加正反饋。理想集成運放非線性應(yīng)用時的特點理想集成運放非線性應(yīng)用時的特點非線性應(yīng)用特點：非線性應(yīng)用特點：0oCCoLoCCoHiiuuuUUuuuUU 此時，兩輸入端此時，兩輸入端“虛短路虛短路”的概念不再適用。的概念不再適用。 i-i+1 電壓比較

5、器電壓比較器 電壓比較器的功能是電壓比較器的功能是對兩個輸入電壓的大小進(jìn)行比較，對兩個輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個電平。并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個電平。 電壓電壓比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成運放組成，這里只討論后者。運放組成，這里只討論后者。 由于比較器輸出只有兩個狀態(tài)，因此，由于比較器輸出只有兩個狀態(tài)，因此，用作比較器的用作比較器的運放將運放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。電壓比較器的基本特性電壓比較器的基本特性 1. 輸出輸出 高電平高電平(UoH)和低電平和低電平(UoL)

6、 3.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度2. 鑒別靈敏度鑒別靈敏度非線性應(yīng)用的條件：非線性應(yīng)用的條件：運放開環(huán)或施加正反饋。運放開環(huán)或施加正反饋。理想集成運放非線性應(yīng)用時的特點理想集成運放非線性應(yīng)用時的特點非線性應(yīng)用特點：非線性應(yīng)用特點：0oCCoLoCCoHiiuuuUUuuuUU 此時，兩輸入端此時，兩輸入端“虛短路虛短路”的概念不再適用。的概念不再適用。 i-i+ 一一. 反相電壓比較器反相電壓比較器 電路如圖所示，電路如圖所示， 輸入信號輸入信號ui加加在反相端，參考電壓在反相端，參考電壓ur 加在同相端。加在同相端。1.1 簡單電壓比較器簡單電壓比較器 ui ur ， uo=UOL其傳輸特性其傳輸特性

7、 uo= f ( ui )當(dāng)該電路的參考電壓為零時，則為反相過零比較器。當(dāng)該電路的參考電壓為零時，則為反相過零比較器。 0UoH2. 同相電壓比較器同相電壓比較器 ui ur ， uo=UOH其傳輸特性其傳輸特性 uo= f ( ui )當(dāng)參考電壓為零時，則為同相過零比較器。當(dāng)參考電壓為零時，則為同相過零比較器。 電路如圖所示，電路如圖所示， 輸入輸入 信號信號ui加在同相端，參考加在同相端，參考 電壓電壓ur 加在反相端。加在反相端。 0例例1. 若若 ui=5sint V ur =2V, UCC =12V。 試畫出反相和同相比試畫出反相和同相比較器的輸出波形。較器的輸出波形。反相比較器反相

8、比較器同相比較器同相比較器 例例2.將不規(guī)則的輸入波將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。形整形成規(guī)則的矩形波。 例例3.若若ur為三角波，而為三角波，而ui為緩為緩變信號，實現(xiàn)脈寬調(diào)制。變信號，實現(xiàn)脈寬調(diào)制。 反相比較器反相比較器反相過零比較器反相過零比較器 一一. 反相電壓比較器反相電壓比較器 簡單電壓比較器簡單電壓比較器其傳輸特性其傳輸特性 uo= f ( ui ) UoH 02. 同相電壓比較器同相電壓比較器簡單比較器應(yīng)用中存在的問題簡單比較器應(yīng)用中存在的問題 . 輸出電壓轉(zhuǎn)換時間受運放的限制，使高頻脈沖的邊緣輸出電壓轉(zhuǎn)換時間受運放的限制，使高頻脈沖的邊緣不夠陡峭；不夠陡峭；. 抗干擾

9、能力差。在比較門限處，輸出將產(chǎn)生多次跳變?？垢蓴_能力差。在比較門限處，輸出將產(chǎn)生多次跳變。2. 遲滯比較器遲滯比較器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 為了解決以上兩個問題，在比較器中引入為了解決以上兩個問題，在比較器中引入正反饋正反饋，構(gòu)成所謂構(gòu)成所謂“遲滯比較器遲滯比較器”。 這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時由于正反這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而改善了輸出波形的邊緣。饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而改善了輸出波形的邊緣。 一一. .反相遲滯比較器反相遲滯比較器 反相遲滯比較器電路如反相遲滯比較器電路如圖所示。圖所示。 R1和和R2將輸出電壓將輸出電壓uo反饋到運放的同相

10、端，構(gòu)反饋到運放的同相端，構(gòu)成正反饋。為簡單計，成正反饋。為簡單計，R1端端所接的參考電平為地電位。所接的參考電平為地電位。下面來分析該電路的傳輸特性下面來分析該電路的傳輸特性112foHRUUURR當(dāng)輸出一旦變?yōu)榈碗娖?，則同相端也同時跳變?yōu)楫?dāng)輸出一旦變?yōu)榈碗娖剑瑒t同相端也同時跳變?yōu)?當(dāng)當(dāng)ui很負(fù)使很負(fù)使u 以后，以后，uo將維持在低電平。將維持在低電平。UUU112oLRUUURR 反之，反之，ui由大逐漸變小時，由于同相端電位變?yōu)橛纱笾饾u變小時，由于同相端電位變?yōu)?因而因而ui必須小到必須小到 時，輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖健r，輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。此時的輸入電壓稱為此時的輸入電壓

11、稱為下門限電壓下門限電壓，記為，記為UTL。 UTL= UU對應(yīng)的傳輸特性曲線如圖所示。對應(yīng)的傳輸特性曲線如圖所示。 UTHUTL112THoHRUURR電壓的傳輸特性電壓的傳輸特性112TLoLRUURR 由于其傳輸特性很像磁由于其傳輸特性很像磁性材料的磁滯回線，所以稱性材料的磁滯回線，所以稱之為遲滯比較器或滯回比較之為遲滯比較器或滯回比較器。器。 111212()2THTLoHoLCCRRUUUUUURRRR 遲滯比較器的上、下門限電遲滯比較器的上、下門限電壓之差稱之為壓之差稱之為回差回差，用，用U表示，即表示，即 回差回差U的大小，將決定比較器的抗干擾能力，的大小，將決定比較器的抗干擾能

12、力， U越越大，則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時使比較器的鑒別靈敏度降大，則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時使比較器的鑒別靈敏度降低。因為輸入電壓低。因為輸入電壓ui的峰峰值必須大于回差，否則，輸出的峰峰值必須大于回差，否則，輸出電平不可能轉(zhuǎn)換。電平不可能轉(zhuǎn)換。例例4. 若若 ui=5sint V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =12V。 試畫出反相試畫出反相遲滯遲滯比較器的輸出波形。比較器的輸出波形。1012210 50THUV10( 12)210 50TLUV 解解 二二. 同相遲滯比較器同相遲滯比較器電路如圖所示，當(dāng)電路如圖所示，當(dāng)ui很負(fù)很負(fù)使使u+VTH，則比較器輸出低電平，繼電器K吸合，散熱風(fēng)扇得電工作，使大功率器件降溫。VA、VTH電壓變化及比較器輸出電壓Vout的特性如下圖。這里要說清楚的是VA開始大于VTH時，風(fēng)扇工作，但散熱體有較大的熱量，要經(jīng)過一定時間才能把溫度降到80以下。 從溫控電路可看出，要改變閾值溫度TTH十分方便，只要相應(yīng)地改變VTH值即可。VTH值增大，TTH增大；反之亦然，調(diào)整十分方便。只要RT確定，RT的溫度特性確定，則R1、R2、RP可方便求出。單片集成專用電壓比較器單片集成專用電壓比較器1.通