第7章2(71)简单电压比较器迟滞比较器窗口比较器解读

17.4.1简单电压比较器7.4.2迟滞比较器7.4集成运放的非线性应用7.4.3窗口比较器概述2uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，输入大于,则输出uo要么为+UOM，要么为-UOM。maxoOMuU线性放大区*复习uiuo_++Aou-u+3概述运放的非线性应用1.电路中的运放处于非线性状态。++Auoui比如：运放开环应用uoui运放开环、有正反馈时，处于非线性状态4ui0时：iFouRRu11ui0时：iFFouRRRu121//uoui0传输特性2.电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。-+AuoR1RF1RF2DuiD导通D截止负反馈5由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。若有负反馈，则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。处于非线性状态运放的特点：1.虚短路不成立。2.ri仍可以认为很大。3.rO=0。3.电路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。6tuiuotUZ-UZ–+AuoR1RFuiDZR+运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件——稳压二极管。R：限流电阻。一般取100。DZ双向稳压管例：限幅器7–+AuoR1RFuiDZ+当时，在双向稳压管的作用下，ZiFUuRR1ZoZoUuUu或当时，双向稳压管不通，运放工作在线性状态。ZiFUuRR1iFouRRu1*另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。反向比例运算电路8–+AuoR1RFuiUZ+uoui0+UZ+UZ传输特性9由于稳压管被反向击穿时，将引入一个深度负反馈，此时集成运放工作在线性区，且其反相输入端“虚地”。tuiuot过零附近运放仍处于线性区–+AuoR1RFuiUZ+10电压比较器的主要作用是进行电平检测。7.4.1简单电压比较器利用电压比较器进行电平检测波形示意图tuI0uO0tuR参考电压11功能:比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系);用途：可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作电平检测、波形产生和变换电路等。2．运放的工作状态比较器电路中的运放一般在开环或正反馈条件下工作，运放的输出电压只有正和负两种饱和值，即运放工作在非线性状态。在这种情况下，运放输入端“虚短”的结论不再适用，但“虚断”的结论仍然可用。1．电压比较器的功能12常用的电压比较器有：零电平比较器(过零比较器)非零电平比较器(单限比较器)迟滞比较器（滞回比较器）窗口比较器(双限比较器)3．电压比较器的类型简单比较器13（1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输入电压称之为阈值电压或门限电平。（2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。（3）灵敏度：输出电压跳变的前后，输入电压之差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高，抗干扰能力就越差。零电平和非零电平比较器的灵敏度取决于运放从一个饱和状态转换到另一个饱和状态所需输入电压的值，而迟滞比较器的灵敏度等于两个阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。（4）响应时间：输出电压发生跳变所需的时间称之为响应时间。4、电压比较器的性能指标145．电压比较器的分析方法若U-＞U+则UO=-UOM；若U-＜U+则UO=+UOM。只有当U-=U+时，输出状态才发生跳变；反之，若输出发生跳变，必然发生在U-=U+的时刻。虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！Ui=U--U+uo+UOM-UOM理想情况实际情况电压比较器在输出状态跳变过程中，运放可视为在线性区工作。按理想情况分析15uoU+-U-0+UOM-UOM++uoU+U_uo0+UOM-UOMU--U+注意：称之为同相比较器称之为反相比较器16++uouiURuoui0+Uom-UomURUR为参考电压(阈值电压：P285定义)当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uom一、非零电平比较器若ui从同相端输入（同相电压比较器）17++uouiURuoui0+Uom-UomUR当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uom若ui从反相端输入电压比较器（反相电压比较器）18uoui0+UOM-UOM++uoui:当UR=0时++uouiuoui0+UOM-UOM电压比较器二、零电平比较器19++uouituituo+Uom-Uom利用电压比较器将正弦波变为方波。电压比较器例题：UR=0uoui0+UOM-UOM20++uiuoui0+UZ-UZuoUZuoui0+UOM-UOM++uoui忽略了正向压降UF电压比较器用稳压管稳定输出电压21为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极管限幅电路。作用：a）使Uo∠0时的输出更接近0；b）DZ有存储效应，D的跳变速度快，使输出接近矩形波。D※227.4.2迟滞比较器（滞回比较器、滞环比较器、施密特触发器）单限比较器的优点是电路结构简单，灵敏度高。但是，主要缺点是抗干扰能力差。如果输入电压因受干扰或噪声的影响，单限比较器的输出端电压将会在高、低两种电平之间频繁地反复跳变，使电路不能稳定工作。波形示意图如右所示：单限比较器的优缺点：tuI0uO0t门限电平+(UZ+UD)-(UZ+UD)231.迟滞比较器(下行)特点:电路中使用正反馈和uo相连，而uo有两个值，所以对应的U+就有两个值。故阈值电压就有两个值。1、因为有正反馈，所以输出饱和。2、当uo正饱和时(uo=+UOM)：Hom211+UURRRU++3、当uo负饱和时(uo=-UOM)：Lom211+UURRRU++－++uoRR2R1uiU+（反相滞回比较器）24－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomU+HU+L设ui,当ui=U+L,uo从-UOM+UOM这时,uo=-UOM,U+=U+L设初始值:uo=+UOM,U+=U+H设ui,当ui=U+H,uo从+UOM-UOM迟滞比较器Hom211+UURRRU++LU+25uoui0+Uom-UomU+HU+LU+H上门限电压U+L下门限电压U+H-U+L称为回差om211URRR+HU+om211URRR+LU+迟滞比较器传输特性26tuiU+HU+LtuoUom-Uom－++uoRR2R1uiU+迟滞比较器例:设输入为正弦波,画出输出的波形。uoui0+Uom-UomU+HU+L假设开始时UO为UOM想想:假设开始时UO为–UOM?27R212om211HURRRURRRU++++R212om211LURRRURRRU++++－++uoRR2R1uiUR上下限（用叠加定理）uoui0U+HU+L传输特性+UOM-UOM迟滞比较器加上参考电压后的迟滞比较器(下行)：U+=U-时所对应的ui值就是阈值是否阈值？28R1=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。－++uoRR2R1uiURuoui0U+HU+L传输特性上下限：R212om211HURRRURRRU++++=10VR212om211LURRRURRRU++++=2V迟滞比较器例题：2V10V292V10Vuiuo+UOM-UOMuoui0U+HU+L传输特性+UOM-UOM－++uoRR2R1uiUR迟滞比较器2V10Vtt30滞回比较器可以组成矩形波、锯齿波等非正弦信号发生电路，也可以实现波形变换。与单限比较器相比，滞回比较器的主要优点是抗干扰能力强。波形示意图如右所示：tuI0uO0t正向门限电平+UZ-UZUT-UT+负向门限电平滞回比较器的主要优点31tuI0uO0t正向门限电平+UZ-UZUT-UT+负向门限电平干扰太大，滞回功能会失效32－++uoRR2R1uiURuoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomU+HU+L迟滞比较器迟滞比较器(下行)两种电路传输特性的比较:330URRRuRRRom211i212+++－++uoRR2R1ui0URRRRRRom211212++ui当uo=-UOM当uo=+UOMom21HURRU+ui=om21LURRU+ui=迟滞比较器2.迟滞比较器(上行)（同相滞回比较器）令令uoU+-U-0+UOM-UOM以前学习的过零同相比较器34U+HU+Luoui0Uom-Uom传输特性曲线－++uoRR2R1uiom21HURRU+om21LURRU+上下门限电压迟滞比较器35－++uoRR2R1uiURom21HURRU+om21LURRU+上下门限电压URURRRuRRRom211i212+++当uo=+UOM当uo=-UOMURRRRRRom211212++uiURURR2RR21++URR2RR21++加上参考电压后的迟滞比较器(上行)：36－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1ui对照U+HU+Luoui0Uom-UomU+HU+Luoui0Uom-Uom加上参考电压后的迟滞比较器(上行)传输特性：37输出电压高电平UOH和低电平UOL的数值；阈值电压的数值UH（U+H、U+L）；当ui变化且经过UH时，uO跃变。跃变的方向决定于同相比较器还是反相比较器。为了正确画出电压传输特性，必须求出以下三个要素：注意：38电压比较器是一种常见的模拟信号处理电路，它将一个模拟输入电压与一个参考电压进行比较，并将比较的结果输出。比较器的输出只有两种可能的状态：高电平或低电平，为数字量；而输入信号是连续变化的模拟量，因此比较器可作为模拟电路和数字电路的“接口”。39在如图所示电路中，R1=R2=5kΩ，基准电压UREF=2V，稳压管的稳定电压UZ=±5V，输入电压为如图所示的三角波，试画出输出电压。[例1]电压传输特性的趋势.UT的具体值有待下面求得.无正反馈,单阈值40解：令uN=uP=0，则求出阈值电压所以画出输出波形如图所示：41142在左图（a）所示电路中，已知R1=50kΩ，R2=100kΩ，稳压管的稳定电压UZ=±9V，输入电压uI的波形如右图（a）所示，试画出输出电压uo的波形。[例2]有正反馈,双阈值43解：输出高电平和低电平分别为UZ=±9V，阈值电压画出电压传输特性如图（c）所示。根据电压传输特性便可画出uo的波形，如图（b）所示。从波形可以看出，uI的变化在±UT之间时，uo不变，表现出一定的抗干扰能力。两个阈值电压的差值愈大，电路的抗干扰能力愈强，但灵敏度变差；因此应根据具体需要确定差值的大小。三要素法：44设计一个电压比较器，使其电压传输特性如图（a）所示，要求所用电阻值在20~100kΩ之间。※讨论题3解：根据电压传输特性可知，输入电压作用于同相输入端，而且uo=UZ=±6V，UT1=UT2=3V，电路没有外加基准电压，故电路如图（b）所示。求解阈值电压的表达式：45所以，若取R1为25kΩ，则R2应取为50kΩ；若取R1为50kΩ，则R2应取为100kΩ。故本题有无问题？问题在哪里？请改正之！※46实验中的加热装置可用一个100Ω/2W的电阻RT模拟，将此电阻靠近Rt即可。差动放大电路滞回比较器三极管放大电路如图所示，它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）Rt为一臂组成测温电桥，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”.改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定实例1请同学们自荐或推荐一两名同学做此实验47由上述分析可见差动放器输出电压u01经分压后给A2组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压UR相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时，A2输出正饱和电压，三极