电压比较器

电压比较器电压比较器 电压比较器的功能是电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，对两个输入电压的大小进行比较， 并根据比较结果输出高、低两个电平。并根据比较结果输出高、低两个电平。 电压比较器电压比较器 电压电压比较器有专用的集成芯片可供使用，也可用集成比较器有专用的集成芯片可供使用，也可用集成 运放组成，这里只讨论后者。运放组成，这里只讨论后者。 由于比较器输出只有两个状态，因此，由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的用作比较器的 运放将运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。工作在开环或正反馈的非线性状态。 比较器比较器在信号变换在信号变换、检测、检测和波形产生电路中有广泛应用。和波形产生电路中有广泛应用。 此外由于高电平相当于逻辑此外由于高电平相当于逻辑“1”，低电平相当逻辑，低电平相当逻辑 “0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路。 电压比较器的基本特性电压比较器的基本特性 1. 输出输出 高电平高电平(UoH)和低电平和低电平(UoL) 用运放构成的比较器，其输出的高电平用运放构成的比较器，其输出的高电平UoH和低电平和低电平 UoL可分别接近于正电源电压可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压和负电源电压(-UCC)。 电压比较器的电路符号电压比较器的电路符号 理想的电压比较器，在高、理想的电压比较器，在高、 低电平转换的门限低电平转换的门限UT处具有处具有 阶跃的传输特性。阶跃的传输特性。 实际运放的实际运放的Aud不为无穷大。在不为无穷大。在UT附近存在着一个比附近存在着一个比 较的不灵敏区。在该区域内输出既非较的不灵敏区。在该区域内输出既非UoH，也非，也非UoL，故，故 无法对输入电平大小进行判别。无法对输入电平大小进行判别。 2. 鉴别灵敏度鉴别灵敏度 ud A 这就要求运放：这就要求运放： 显然，显然，Aud越大，则这个不灵敏区就越小，称比较器越大，则这个不灵敏区就越小，称比较器 的鉴别灵敏度越高。的鉴别灵敏度越高。 转换时间转换时间 3.转换速度转换速度 作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比 较器输出状态发生转换所需要的时间。较器输出状态发生转换所需要的时间。 通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。 为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。 非线性应用的条件：非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。运放开环或施加正反馈。 理想集成运放非线性应用时的特点理想集成运放非线性应用时的特点 非线性应用特点：非线性应用特点： 0 oCCoL oCCoH ii uuuUU uuuUU 此时，两输入端此时，两输入端“虚短路虚短路”的概念不再适用。的概念不再适用。 i- i+ 1 电压比较器电压比较器 电压比较器的功能是电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，对两个输入电压的大小进行比较， 并根据比较结果输出高、低两个电平。并根据比较结果输出高、低两个电平。 电压电压比较器有专用的集成芯片可供使用，也可用集成比较器有专用的集成芯片可供使用，也可用集成 运放组成，这里只讨论后者。运放组成，这里只讨论后者。 由于比较器输出只有两个状态，因此，由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的用作比较器的 运放将运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。工作在开环或正反馈的非线性状态。 电压比较器的基本特性电压比较器的基本特性 1. 输出输出 高电平高电平(UoH)和低电平和低电平(UoL) 3.转换速度转换速度 2. 鉴别灵敏度鉴别灵敏度 非线性应用的条件：非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。运放开环或施加正反馈。 理想集成运放非线性应用时的特点理想集成运放非线性应用时的特点 非线性应用特点：非线性应用特点： 0 oCCoL oCCoH ii uuuUU uuuUU 此时，两输入端此时，两输入端“虚短路虚短路”的概念不再适用。的概念不再适用。 i- i+ 一一. 反相电压比较器反相电压比较器 电路如图所示，电路如图所示， 输入信号输入信号ui加加 在反相端，参考电压在反相端，参考电压ur 加在同相端。加在同相端。 1.1 简单电压比较器简单电压比较器 ui ur ， uo=UOL 其传输特性其传输特性 uo= f ( ui ) 当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。 0 UoH 2. 同相电压比较器同相电压比较器 ui ur ， uo=UOH 其传输特性其传输特性 uo= f ( ui ) 当参考电压为零时，则为同相过零比较器。当参考电压为零时，则为同相过零比较器。 电路如图所示，电路如图所示， 输入输入 信号信号ui加在同相端，参考加在同相端，参考 电压电压ur 加在反相端。加在反相端。 0 例例1. 若若 ui=5sint V ur =2V, UCC =12V。 试画出反相和同相比试画出反相和同相比 较器的输出波形。较器的输出波形。 反相比较器反相比较器 同相比较器同相比较器 例例2.将不规则的输入波将不规则的输入波 形整形成规则的矩形波。形整形成规则的矩形波。 例例3.若若ur为三角波，而为三角波，而ui为缓为缓 变信号，实现脉宽调制。变信号，实现脉宽调制。 反相比较器反相比较器反相过零比较器反相过零比较器 一一. 反相电压比较器反相电压比较器 简单电压比较器简单电压比较器 其传输特性其传输特性 uo= f ( ui ) UoH 0 2. 同相电压比较器同相电压比较器 简单比较器应用中存在的问题简单比较器应用中存在的问题 . 输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘 不够陡峭；不够陡峭； . 抗干扰能力差。在比较门限处，输出将产生多次跳变。抗干扰能力差。在比较门限处，输出将产生多次跳变。 2. 迟滞比较器迟滞比较器双稳态触发器双稳态触发器 为了解决以上两个问题，在比较器中引入为了解决以上两个问题，在比较器中引入正反馈正反馈， 构成所谓构成所谓“迟滞比较器迟滞比较器”。 这种比较器具有很强的抗干扰能力，同时由于正反这种比较器具有很强的抗干扰能力，同时由于正反 馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。 一一. .反相迟滞比较器反相迟滞比较器 反相迟滞比较器电路如反相迟滞比较器电路如 图所示。图所示。 R1和和R2将输出电压将输出电压 uo反馈到运放的同相端，构反馈到运放的同相端，构 成正反馈。为简单计，成正反馈。为简单计，R1端端 所接的参考电平为地电位。所接的参考电平为地电位。 下面来分析该电路的传输特性下面来分析该电路的传输特性 1 12 foH R UUU RR 当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为 当当ui很负使很负使u 以后，以后，uo将维持在低电平。将维持在低电平。U UU 1 12 oL R UUU RR 反之，反之，ui由大逐渐变小时，由于同相端电位变为由大逐渐变小时，由于同相端电位变为 因而因而ui必须小到必须小到 时，输出才由低电平跳变为高电平。时，输出才由低电平跳变为高电平。 此时的输入电压称为此时的输入电压称为下门限电压下门限电压，记为，记为UTL。 UTL= U U 对应的传输特性曲线如图所示。对应的传输特性曲线如图所示。 UTHUTL 1 12 THoH R UU RR 电压的传输特性电压的传输特性 1 12 TLoL R UU RR 由于其传输特性很像磁由于其传输特性很像磁 性材料的磁滞回线，所以称性材料的磁滞回线，所以称 之为迟滞比较器或滞回比较之为迟滞比较器或滞回比较 器。器。 11 1212 ()2 THTLoHoLCC RR UUUUUU RRRR 迟滞比较器的上、下门限电迟滞比较器的上、下门限电 压之差称之为压之差称之为回差回差，用，用U表示，即表示，即 回差回差U的大小，将决定比较器的抗干扰能力，的大小，将决定比较器的抗干扰能力， U越越 大，则抗干扰能力越强。但同时使比较器的鉴别灵敏度降大，则抗干扰能力越强。但同时使比较器的鉴别灵敏度降 低。因为输入电压低。因为输入电压ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出的峰峰值必须大于回差，否则，输出 电平不可能转换。电平不可能转换。 例例4. 若若 ui=5sint V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =12V。 试画出反相试画出反相迟滞迟滞比较器的输出波形。比较器的输出波形。 10 122 10 50 TH UV 10 ( 12)2 10 50 TL UV 解解 二二. 同相迟滞比较器同相迟滞比较器 电路如图所示，当电路如图所示，当ui很负很负 使使u+VTH，则比较器输出低电平，继电 器K吸合，散热风扇得电工作，使大功率器件降温。VA、VTH电压变化及比较 器输出电压Vout的特性如下图。这里要说清楚的是VA开始大于VTH时，风扇 工作，但散热体有较大的热量，要经过一定时间才能把温度降到80以下。 从温控电路可看出，要改 变阈值温度TTH十分方便，只要 相应地改变VTH值即可。VTH值 增大，TTH增大；反之亦然，调 整十分方便。只要RT确定，RT 的温度特性确定，则R1、R2、 RP可方便求出。 单片集成专用电压比较器单片集成专用电压比较器 1.通用低速型通用低速型(LM311/211/111) 2.通用型通用型/中速型中速型(LM119) 3. 高精度高精度/低失调低失调/低功耗低功耗(LM339/239/139) 4. 高速高速/低功耗低功耗(MAX901903) 作业：作业： 若若 ui=6sint v，ur=5v，R1 =20k， R2 =50k ， UCC =12V。 试画出传输特性，并画出输出电压波形。试画出传输特性，并画出输出电压波形。