8.2 电压比较器

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1、8.2电压比较器1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。8.2.1概述4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在测量、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。一、电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入电压之间的函数关系2.阈值电压：UT当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。3.电压传输特性的三要素：(1)输出电压的高电

2、平UOH和低电平UOL的数值；(2)阈值电压的数值UT；(3)当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向。二、集成运放的非线性工作区+UOMuOuP-uNO-UOM集成运放的电压传输特性：在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。1、单限比较器电路只有一个阈值电压。2、滞回比较器电路有两个阈值电压。3、窗口比较器电路有两个阈值电压，且输入电压uI从小变大或从大变小过程中使输出电压uO产生两次跃变。三、电压比较器的种类8.2.2单限比较器一、过零比较器由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以当uI<0时，uO=+

3、UOM；当uI>0时，uO=-UOM。过零比较器的传输特性为：uIuO+UOM-UOMOUOM为集成运放的最大输出电压。阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。图8.2.3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。在实用电路中为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的UOL和UOH。限幅电路的稳压管还可跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间。设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管两端总的的稳定电压为UZ

4、Z-UZ当uI<0时，不接稳压管时，uO=+UOM，接入稳压管后，左边的稳压管被反向击穿，集成运放的反向输入端“虚地”，uO=+UZ；当uI>0时，右边的稳压管被反向击穿，uO=-UZ。图8.2.6图8.2.6将稳压管接在反馈通路中优点：问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？1、由于集成运放的净输入电压和净输入电流均近似为零，从而保护了输入级；2、由于集成运放并没有工作到非线性区，因而在输入电压为零时，其内部的晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区，或从饱和区逐渐进入截止区，所以提高了输出电压的变化速度。问题：过零比较器如

5、图所示，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？传输特性uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ将正弦波变为矩形波二、一般单限比较器单限比较器有一个阈值电压，当输入电压等于此阈值电压时，输出端的状态立即发生跳变。当输入电压uI变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，阈值电压为：uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ过零比较器是阈值电压为零的单限比较器。图8.2.7单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到　　某一给定电平。缺点：抗干扰能力差。解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。存在干扰时单限比较器的uI

6、、uO波形电压比较器分析方法小结（1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平UOH和输出低电平UOL。（2）写出uP和uN的电位表达式，令uP=uN，解得的输入电压就是阈值电压UT。（3）uO在uI过UT时的跃变方向决定于uI作用于集成运放的哪个输入端。当uI从反相输入端输入时，uIUT，uO=UOL。反之，结论相反。【例8.2.1】在图8.2.6所示电路中，UZ=±6V，在图8.2.7中所示电路中，R1=R2=5kΩ，基准电压UREF=2V，稳压管的稳定电压UZ=±5V；它们的输入电压均为图8.2.

7、8(a)所示的三角波。试画出图8.2.6所示电路的输出电压uO1和图8.2.7所示电路的输出电压uO2的波形。解：图8.2.6为过零比较器图8.2.7为一般单限比较器图8.2.8例8.2.1波形图8.2.3滞回比较器一、从反相输入端输入的滞回比较器计算阈值电压±UT电压传输特性：uO从+UZ跃变到-UZ的阈值电压为+UTuO从-UZ跃变到+UZ的阈值电压为-UTuI在-UT与+UT之间增加或减小，uO不发生变化。uNuPUREF为参考电压；uI为输入电压；输出电压uO为+UZ或-UZ。当uP=uN时，输出电压的状态发生跳变。比

8、较器有两个不同的阈值电压，故传输特性呈滞回形状。+UZuIuO-UZOUT-UT+二、加了参考电压的滞回比较器若uO=-UZ，当uI逐渐减小时，使uO由-UZ跳变为+UZ所需的阈值电压UT-回差电压UT：若uO=+UZ，当uI逐渐增大时，使uO由+UZ跳变为-UZ所需的阈值