1、第二十四讲 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,一、概述,1. 电压比较器的功能：比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小。广泛用于各种报警电路和鉴幅。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。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 uOf(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
2、变的方向，即是从UOH跃变为UOL，还是从UOL跃变为UOH。,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,4.集成运放在比较器中的应用（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0 2) uP uN时， uOUOMuP uN时， uOUOM,二、单限比较器,（1）UT0 （2）UOH UOM， UOL UOM （3）uI
3、 0 时 uO UOM; uI 0 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,1.过零比较器,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 UOL( UZ2 UD1),UOH UOL UZ,UOH UZ UOL UD,不可缺少！期限流作用,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
4、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。,（利用电压并联负反馈来实现）,问题：过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？,传输特性,将正弦波变为矩形波,2.一般单限比较器,（1）若要UT 0，则应如何修改电路？（改变参考电压的极性） （2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？（将同相输入端与反相端所接外电路互换） （3）若要改变UOL、UOH呢？ （改变输出端的限幅电路UZ的大小）,作用于反相输入端,UREF参考电压或称基准电压,存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形,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
5、力差。,解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。,单限比较器的特点和应用,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 =5k ，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8.2.8（a）所示的三角波。试画出图8.2.6所示电路的输出电压u01和图8.2.7所示电路的输出电压u02,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,三、滞回比较器,1.从反相输入端输入的滞回比较器电路,1）计算阈值电压UT,2）工作原理及电压传输特性,（1）设uIUT，则 uN u
6、P， uO+UZ。此时uP +UT，增大 uI，直至+UT，再增大， uO才从+UZ跃变为 UZ。,（2）设 uI+UT，则 uN uP， uOUZ。此时uP UT，减小 uI，直至UT，再减小， uO才从UZ跃变为+UZ。,（3）综述：uo从+UZ跃变到-UZ的阈值电压为+UT；uo从-UZ跃变到+UZ的阈值电压为-UT； uI在-UT与+UT之间增加或减小, uO不发生变化。,UREF 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。,比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。,UT-,UT+,图 8.2.10 滞回比较器,
7、2.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所需的门限电平UT-,回差(门限宽度)UT ：,若uO=UZ，当uI逐渐增大时，使uO由+UZ跳变为-UZ所需的门限电平UT+,1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？,讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性,2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？,3. 若要改变输入电压过 阈值电压时输出电压的 跃变方向，则应如何修 改电路？,改变输出限幅电路UZ,加参考电压UREF,（将同相输入端与反相端所接外电路互换）,四、窗口比较器,当uIURH时，uO1= uO2= UOM，D1导通，
8、D2截止； uO= UZ。,当uIURH时，uO2= uO1= UOM，D2导通， D1截止； uO= UZ 。,当URLuI URH时，uO1= uO2= UOM，D1、 D2均截止； uO= 0。,前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。,五、集成比较器,1.集成电压比较器的主要特点和分类：,1)具有较高的开环差模增益；,2)具有较快的响应速度；,3)具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；,4)具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。,分类：,单、双和四电压比较,通用型、高速型、低电压型和高精度型,普通、集电极（或漏极）开
9、路输出或互补输出型,2.集成电压比较器的基本接法,1)通用型集成电压比较器AD790(P435),2)集电极开路集成电压比较器LM119,金属封装的管脚图,电路为双限比较器，能实现线与功能,图8.2.16由LM119构成的双限比较器及其电压传输特性,3)说明 （1）单电源供电时，负电源端-VS应接地。 （2）管脚8接逻辑电源，计作VLOgic，其值决定于负载所需高电平；为了驱动TTL电路，迎接+5V。 （3）管脚5位锁存控制端，当它位低电平时，锁存输出信号。 （4）电路中电容均为耦合电容，用于滤去比较器输出产生变化时电源电压的波动。图B中的510欧姆电阻是输出高电平时得上拉电阻。 （5）集电极
10、开路集成电压比较器LM119输出采用了“线与”。 一般比较器不可以采用，否则当两个输出电压产生冲突时，会因输出回路电流国大造成器件损坏。,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。,某型号集成比较器的等效电路,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。,求解过程：见西提解答的P251例8.1.9；P254的例8.1.10,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5sint (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,讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。,图一：与P278的8.14的d图相似 图二：与P278的8.14的e图相似 课上讲解,状态翻转时，uP = uN = UREF,若 UREF = 0,解：图一：与P278的8.14的d图相似,传输特性,U = UT+ - UT-,
