第25讲 电压比较器21

1第二十五讲电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器28.2.1概述1.电压比较器功能：对uI鉴幅、比较广泛用于报警、电平检测、自控、A/D转换等电路中。uI——模拟信号；uI与参考电压UR比较→uOuO——高、低电平（±UOM）2.比较器的电压传输特性及其三要素电压传输特性的三个要素：①输出高电平UOH和低电平UOL②阈值电压UT③uI过UT时uO的跃变方向8.2电压比较器电压比较器uIURuOuO＝f(uI)uoui0+Uom-UomUT传输特性第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器33.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第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器44.比较器中集成运放——非线性工作区电路特征：集成运放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＝－UOM“虚短”不成立，但仍可认为Ri→∞，Ro→0第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器58.2.2单限比较器1.过零比较器①UT＝0②UOH＝＋UOM，UOL＝－UOMuI0时uO＝－UOMuI0时uO＝＋UOM运放uI同相输入时，传输特性？（1）三要素③跃变方向uI单调增加过UT（=0）时uO由+UOM↓→UOMtuIuot+Uom-Uom应用：正弦波→矩形波第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器6运放工作在非线性区，uI′=uI；为保护运放的输入端，加限幅电路：集成运放净输入最大值：uI′=±UD(2)输入限幅保护uI′=±UD第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器7（3）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＋UD2)(uI0)UOL＝－(UZ2＋UD1)(uI0)|UOH|≠|UOL|限流电阻，一般取100uO=±(UZ+UD)≈±UZDZ双向稳压管uO′=±UOMuO=uO′=±UOMuO′UOH＝－UOL＝UZuO=?第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器8(4)Dz反馈输出限幅电路uO＝±UZ图(c)②由于A未工作在非线性区，uI过零时不需从截止区逐渐→饱和区或从饱和逐渐→截止提高了uO变化速度。|UOM||UZ|→Dz导通→深负反馈——A线性区→uN虚地:uI0，uO′=+UOM①由于A工作在线性区，uI′≈0,iN≈0，保护了输入端。uI0，uO′=-UOM第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器92.一般单限比较器得令,0PNI211REF212NuuuRRRURRRuZOUUDz作用于反相输入端(b)UREF0(a)UREF0（1）REF12TURRU（2）TUuuPN令（3）Uo跳变方向：图(a)中，uI单调增加过UT时由UOH↓→UOLUT第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器10①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？（uP、uI互换）③若要改变UOL、UOH呢？（选择Dz）电压比较器的分析方法：（1）写出uP、uN表达式，令uP＝uN→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。第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器11uIUROuO＋UOHO－UOLuI－UROuO＋UOHO－UOLwtwtwtwtuIOuO＋UOHO－UOLwtwt(a)UR＞0(b)UR＜0(c)UR＝0uIUROuO＋UOHO－UOLuI－UROuO＋UOHO－UOLwtwtwtwtuIOuO＋UOHO－UOLwtwt(a)UR＞0(b)UR＜0(c)UR＝0uIUROuO＋UOHO－UOLuI－UROuO＋UOHO－UOLwtwtwtwtuIOuO＋UOHO－UOLwtwt(a)UR＞0(b)UR＜0(c)UR＝0(a)UT0(c)UT=0(b)UT0第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器128.2.3滞回比较器)(O211PINZUuRRRuuuZ211TURRRU（2）uN=uP→UT△单限比较器简单、灵敏，抗干扰能力差。R1、R2——正反馈→A非线性区Dz→uO=±UzZURRRuuu211IPN即令（1）第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器13（3）工作原理及电压传输特性设uI-UT，则uNuP，uO＝+UZ，此时uP＝+UT当uI↑至+UT，再增大，uO才从+UZ↓跃变为-UZ。设uI+UT，则uNuP，uO＝-UZ，此时uP＝-UT，当uI↓至-UT，再减小，uO才从-UZ跃变为+UZ。ZOUUZ211TURRRU第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器141.能使电压传输特性曲线左右移动讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性IZREFPuURRRURRRu211212ZREFTZREFTURRRURRRUURRRURRRU21121222112121ZTTTURRRUUU211122回差电压(滞回宽度)：①ΔUT与UREF无关；②改变UREF值→UT1、UT2同时改变，曲线左右移动。第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器15当uPuN=0时,uo=+UZ当uPuN=0时,uo=-UZ*2.没加参考电压的上行滞回比较器0211212ZIURRRuRRRuP=uN=0时翻转，可以求出上下门限电压:0211212ZIURRRuRRR221TZIUURRu121TZIUURRu第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器16－++uORR2R1uIOMTURRU212OMTURRU211上下门限电压：uOuI0UOM-UOM传输特性曲线UT2UT1第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器178.2.4窗口比较器(双限比较器)RHIUuOMUOMURLIUuOMUOMU(1)当uIURH时→uIURL,uO1=+UOM,D1导通，uO=+UZ;uO2=-UOM，D2截止.(3)当URLuIURH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。(2)当uIURL时→uIURH,uO2=+UOM,D2导通，uO=+UZ;uO1=-UOM，D1截止.应用：报警电路A1、A2——两个单限比较器URHURL第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器18③②①⑦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。8.2.5集成比较器某型号集成比较器的等效电路第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器19*讨论二已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示，试求解图（b）～（e）各电路的电压传输特性。第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器20*讨论三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第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器21*讨论四：求解图示各电路的电压传输特性AuIUREFuO