第六章第四節(jié)集成電壓比較器

第六章第四節(jié)集成電壓比較器第一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五一、電壓比較器的作用電壓比較器的作用是：對兩個輸入端的輸入電壓進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果，在輸出端輸出高或者低兩個電平的電壓，即輸出電壓VO

只有兩個狀態(tài)，高電平狀態(tài)或者低電平狀態(tài)。例如、電路如圖所示voAVREF∞vIvI為待比較的輸入信號電壓VREF

為輸入?yún)⒖茧妷悍治觯簐I與VREF

在輸入端進行比較當時第二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五voAVREF∞vI當時vo

為高電平，輸出電壓Vomax。當時vo

為低電平，輸出電壓Vomin。傳輸特性曲線如圖所示vIvoVOmaxVOminVREF0由傳輸特性曲線可以看出：當時vo

的狀態(tài)將發(fā)生突變。當時我們稱VREF

為門限電壓或閾值電壓。第三頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五Vomax與Vomin是集成運放輸出的兩個極限電壓，其值取決于正、負電源電壓VCC

與|VEE|一般比電源電壓低1~2V。上述電路的集成運放為理想的，如果在實際應(yīng)用中，電壓比較器的傳輸特性曲線將偏離理想的傳輸特性曲線，如圖所示：vIvoVOmaxVOminVREF0當Avd

為有限值時，VREF

仍為電壓比較器的門限電壓，此時，VI

必須偏離VREF

一定數(shù)值后，才能達到vo

的高電平值或低電平值。第四頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五vIvoVOmaxVOminVREF0根據(jù)特性曲線得：當達到高電平Vomax時，當達到低電平Vomin時，第五頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五二、具有不同比較特性的電壓比較器電路1、單限電比較器電路如圖所示voAR1∞vIDz1Dz2RR根據(jù)電路可知：VREF=V+=0待測信號從反相端輸入，故稱為反相過零電壓比較器或稱為過零檢測器。R1

為限流電阻。穩(wěn)壓二極管Dz1、Dz2

組成電平變換電路。根據(jù)穩(wěn)壓變換電路可知：第六頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五例如、Vz1=6V、Vz2=6V、V(on)1=0.7V、V(on)2=0.7V則波形變換vIt0voAR1∞vIDz1Dz2RRvot0VOHVOL第七頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五進一步討論，vI≠VREF

時的單限比較器。電路如圖所示voAR1∞vIDz1Dz2R1R=R1//R2R2VREFi1ii2根據(jù)電路可知：當時輸出電平才開始轉(zhuǎn)換，即解得：稱為此電路的門限電壓第八頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五2、遲滯比較器例如、在單限電壓比較器中，若輸入正弦電壓接近門限電壓附近時，如果輸入正弦電壓上疊加噪聲和干擾，則有可能在閾值附近多次轉(zhuǎn)換，造成輸出端出現(xiàn)錯誤轉(zhuǎn)換，因此，為了提高電壓比較器的抗干擾能力，需要一個帶有遲滯性的電壓比較器。遲滯特性如圖所示vIvoVOHVOLVIHVIL它有兩個門限電壓，即一個是由高電平變換低電平的門限電壓用VIH表示，另一個是由低電平變換高電平的門限電壓用VIL表示。第九頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五vIvoVOHVOLVIHVILVIH稱為上門限電壓VIL稱為下門限電壓兩者的差值稱為門限寬度或遲滯寬度。電路如圖所示voAR1∞vIDz1Dz2RR2

R3VREF與單限比較器不同的是引入一個正反饋。當時比較器處于變換狀態(tài)，因此VI

所對應(yīng)的門限電壓為：第十頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五voAR1∞vIDz1Dz2RR2

R3VREF已知所以第十一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五當vo

由VIH

變換為VOL

時當

vo

由VIL

變換為VOH

時遲滯寬度為調(diào)節(jié)R1

和R2

可改變ΔV。第十二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五在實際應(yīng)用中，利用遲滯特性可以有效地克服噪聲和干擾的影響。例如，在過零檢測器，若輸入正弦電壓上疊加噪聲和干擾，則由于零值附近零檢測器輸出端就會引起錯誤的階躍如圖6-4-5所示。采用遲滯比較器和干擾的大小處在遲滯寬度內(nèi),就不會引起錯誤的階躍。在某些集成比較器的內(nèi)部電路中已引入正反饋,產(chǎn)生上述遲滯特性不必再加外部正反饋電路。圖6-4-5過零檢測器中的錯誤階躍第十三頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五在某些集成比較器的內(nèi)部電路中已引入正反饋,產(chǎn)生上述遲滯特性不必再加外部正反饋電路。遲滯比較器常用來組成波形整形,波形產(chǎn)生等電路。圖6-4-6(a)為方波產(chǎn)生電路。圖中R和C為定時元件。比較器的兩個門限電壓分別為VIH=VOHR2/(R1+R2)VIL=VOLR2/(R1+R2)第十四頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五假設(shè)t=0時

vo=VOH，且C上起始電壓為零，這時，VOH通過R向C充電，C上電壓（vc）按指數(shù)規(guī)律上升，直到其值等于VIH時，vo由VOH下跌到VOL。C將通過R放電。C上電壓按指數(shù)規(guī)律下降，直到其值等于VIL時，由VOL上跌到VOH。之后C又充電，如此重復(fù)，便得到圖6-4-6（b）所示的方波信號?？梢宰C明，振蕩周期為圖6-4-6方波發(fā)生電路T=2RCln(1+2R2/R1)第十五頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五三.窗口比較器(WINDOWCOMPARRATOR)

傳呼口比較器是用來檢測給定范圍電壓的電路,圖6-4-7(a)是它的比較特性,響應(yīng)的電路如圖6-4-7(b)所示。圖中，A1接成精密整流電路，A2為單限比較器。當v1>0且v1–VREF1<0時,集成運放A1

輸出電壓為正值,致使二極管D2

導(dǎo)通，D1

截止，因此v’O1=0，這時，v1，VREF1和VREF2分別通過電壓R加到A2的反相輸入端。根據(jù)v1/R-VREF1/R+VREF2/R=0求得下門限電壓VIL=VREF1-VREF2。

圖6-4-7窗口比較器第十六頁，共十七頁，編輯于2023年，星期五當v1>0，且v1–VREF1>0時，集成運放A1

輸出負值電壓，致使D2

截止，D1

導(dǎo)通，相應(yīng)的v’O1為v’O1=-(R/2)/R(v1-VREF1)=-1/2(v1-VREF1)這時，加到A2

反相輸入端的電壓除了分別通過R的v1，VREF1和VREF2外還增加了