第八章电压比较器1

(6-1)8.2电压比较器一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。广泛用于各种报警电路。输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。2.电压比较器的描述方法:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向(6-2)3.几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压T2T1UUU(6-3)4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点1)净输入电流为02)uPuN时，uO＝＋UOMuPuN时，uO＝－UOM3)虚短路不成立。(6-4)uoui0+UOM-UOM++uoui++uouiuoui0+UOM-UOM二、单限比较器1.过零比较器(6-5)++uouitui例：利用电压比较器将正弦波变为方波。uot+Uom-Uom(6-6)（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI0时uO＝－UOM;uI0时uO＝＋UOM集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。集成运放的净输入电压最大值为±UD(6-7)输出限幅电路为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH＝＋UZ1＋UD2UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝－UOL＝UZUOH＝UZUOL＝－UD不可缺少！(6-8)输出限幅电路uO＝±UZ（1）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：（1）写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT；（2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。(6-9)uoui0+Uom-UomUR传输特性UR：参考电压ui：被比较信号++uouiUR–特点：运放处于开环状态。当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uoma.若ui从同相端输入2.一般单限比较器(6-10)++uouiURuoui0+Uom-UomUR当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uomb.若ui从反相端输入(6-11)c.一般单限比较器得令,0PNI211REF212NuuuRRRURRRu（1）若要UT0，则应如何修改电路？（2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？（3）若要改变UOL、UOH呢？REF12TURRUZOUU作用于反相输入端(6-12)（阈值电压为VREF）(a)VREF＝0时(b)VREF＝2V时(c)VREF＝－4V时vI为峰值6V的三角波，设±VCC＝±12V，运放为理想器件。(6-13)解：例图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其阈值电压VT，画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为VOH和VOL。利用叠加原理可得I211REF212pvvRRRVRRR理想情况下，输出电压发生跳变时对应的vP＝vN＝0，即0I1REF2vRVR阈值电压REF12IT)(VRRVv(6-14)单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平(6-15)比较器的特点1.电路简单。2.当Ao不够大时，输出边沿不陡。3.容易引入干扰。tuiuot过零附近仍处于放大区(6-16)1.下行迟滞比较器分析1.因为有正反馈，所以输出饱和。2.当uo正饱和时(uo=+UOM)：U+HomUURRRU2113.当uo负饱和时(uo=–UOM)：LomUURRRU211－++uoRR2R1ui参考电压由输出电压决定特点：电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。a.没加参考电压的下行迟滞比较器三、滞回比较器（迟滞比较器）(6-17)omHURRRU211omLURRRU211分别称UH和UL上下门限电压。称(UH-UL)为回差。当ui增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；－++uoRR2R1ui当ui减小到UL时，输出由-Uom跳变到Uom。传输特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。(6-18)阈值电压的求解，得令PNO211PIN,uuuRRRuuuZOHZOLUUUUZ211TURRRU(6-19)tuiUom-UomtuiUHUL例：下行迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。－++uoRR2R1ui(6-20)RomHURRRURRRU212211RomLURRRURRRU212211b.加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的上下限：－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL(6-21)下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL(6-22)例：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UR=9V当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0(6-23)首先计算上下门限电压：－++uoRR2R1uiURV10212211RomHURRRURRRUV2212211RomLURRRURRRU(6-24)+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图。－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V(6-25)0211212omiURRRuRRRu+=0时翻转，可以求出上下门限电压。0211212omiURRRuRRR2.上行迟滞比较器－++uoRR2R1uiHomiUURRu21LomiUURRu21当u+u-=0时,uo=+UOM当u+u-=0时,uo=-UOMa.没加参考电压的上行迟滞比较器(6-26)uoui0Uom-Uom传输特性曲线UHUL－++uoRR2R1uiomHURRU21omLURRU21上下门限电压：(6-27)－++uoRR2R1uiUR上下门限电压：当uo=+UOM时：当uo=-UOM时：RomiUURRRuRRR211212RomiUURRRuRRR211212RomHURRRURRU22121RomLURRRURRU22121b.加上参考电压后的上行迟滞比较器(6-28)传输特性：UHULuoui0Uom-Uom－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL对照(6-29)迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。思考题：如何计算上下限？UZ－++uoRR2R1uiuoUZ－++RR2R1ui(6-30)解：（1）门限电压（3）输出电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形。（2）传输特性V521OH221REF1TRRVRRRVRVV521OL221REF1TRRVRRRVRV0REFV0V1OV(6-31)通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电VOL两种情况。（2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。（3）电压传输特性的关键要素输出电压的高电平VOH和低电平VOL门限电压输出电压的跳变方向令vP＝vN所求出的vI就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式(6-32)四、窗口比较器RHIUuOMUOMURLIUuOMUOMU当uIURH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。当uIURH时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ。当URLuIURH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。(6-33)③②①⑦①②③④⑧⑦CCVEEV②③①⑦特点：1.无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；2.可直接驱动集成数字电路；3.响应速度快；4.可具有选通端；5.电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路(6-34)精品课件！(6-35)精品课件！(6-36)讨论:已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为5sinωt(V)，画出各电路输出电压的波形。你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？同相输入单限比较器反相输入滞回比较器窗口比较器