電壓比較器課件

電壓比較器的功能是將輸入的模擬信號(hào)與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)二者幅度相等時(shí)，輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。從而據(jù)此來判斷輸入信號(hào)的大小和極性。

一、單限電壓比較器

圖1.3.3-1a所示為輸入?yún)⒖茧妷篣F=0的單限電壓比較器，又稱過零檢測器。圖中，R1

和穩(wěn)定管D1、D2

組成電平變換電路，將集成運(yùn)放的輸出極限電壓變換為數(shù)字電路要求的邏輯電平，它們分別為UOH=UZ+UD(on)

，UOL=-(UZ+UD(on))式中，UZ

和UD(on)分別為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電壓和正向?qū)妷?。過零檢測器應(yīng)用廣泛。例如，當(dāng)待比較的輸入信號(hào)電壓uI

為正弦波時(shí),在理想情況下，uI自負(fù)值過零時(shí)，uO

由高電平UOH

下躍到低電平UOL

；uI自正值過零時(shí)，uO

由低電平UOL

下躍到高電平UOH

。結(jié)果是輸出電壓為過零時(shí)階躍的方波電壓，如圖1.3.3-1b所示。上一節(jié)圖1.3.3-1過零檢測器

進(jìn)一步討論門限電壓不為零的單限比較器。這種比較器有兩種實(shí)現(xiàn)電路。一種是將輸入?yún)⒖茧妷篣F

加到集成運(yùn)放的同相輸入端；另一種是將輸入?yún)⒖茧妷篣F

加到集成運(yùn)放的反相輸入端，如圖1.3.3-3所示。圖1.3.3-3單限比較器電路由于u+=0，

u-就必須通過零時(shí)輸出電平才開始轉(zhuǎn)換，因此，在理想情況下，根據(jù)i1+i2=UF/R1+uI/

R2=0求得門限電壓為–（R2/R1）UF

。

二、遲滯比較器

將比較器的輸出電壓通過反饋網(wǎng)絡(luò)加到同相輸入端，形成正反饋，如圖1.3.3-4a所示，待比較電壓uI

加到反相輸入端。通常將這種電路稱為遲滯比較器，又稱施密特觸發(fā)器。在理想情況下，它的比較特性如圖1.3.3-4b所示。圖1.3.3-4遲滯比較器

由圖可見，它有兩個(gè)門限電壓，分別稱為上門限電壓UIH

和下門限電壓UIL，兩者的差值稱為門限寬度或遲滯寬度，

ΔU=UIH-UIL

假設(shè)比較器輸出高電平UOH

，則UOH

和UF

共同加到同相輸入端的合成電壓為

當(dāng)uI

由小增大地通過U+1時(shí)，輸出電壓由UOH

下躍到UOL。可見，上式所示的U+1就是比較器的上門限電壓，即UIH=U+1

。當(dāng)比較器輸出為低電平UOL時(shí)，按同樣的分析求得加到同相輸入端的合成電壓為

若uI

由大減小地通過U+2時(shí)，則輸出電壓uO由UOL

下躍到UOH?？梢姡鲜剿镜腢+2就是比較器的下門限電壓，即UIL=U+2

。相應(yīng)的遲滯寬度為調(diào)節(jié)R1和R2，可以改變?chǔ)。

在實(shí)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，在過零檢測器中，若輸入正弦電壓上疊加噪聲和干擾，則由于零值附近多次過零。輸出端就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤階躍，如圖1.3.3-5

所示。采用遲滯比較器，只要噪聲和干擾的大小處在遲滯寬度內(nèi)，就不會(huì)引起錯(cuò)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1.3.3-5過零檢測器中的錯(cuò)誤階躍三、窗口比較器

窗口比較器是用來檢測給定范圍電壓的電路，圖1.3.3-6a是它的比較特性，相應(yīng)的電路如圖1.3.3-6b所示。圖1.3.3-6窗口比較器上一頁圖中，A1

接成精密整流電路，A2為單限比較器。

當(dāng)uI>0且uI-UR1<0時(shí)，集成運(yùn)放A1的輸出電壓為正值，致使二極管D2

導(dǎo)通、D1

截止，因此=0，這時(shí)，uI

、UR1

和UR1

分別通過電阻R加到A2

的反相輸入求得下門限電壓UIL=UR1–UR2

。

當(dāng)uI>0且uI-UR1>0時(shí)，集成運(yùn)放A1的輸出電壓為負(fù)值，致使二極管D2

截止、D1導(dǎo)通，相應(yīng)的u’OI為

這時(shí)，加到A2反相輸入端的電壓除了分別通過R的uI

、UR1

和UR