《电压比较器 》PPT课件.ppt

电压比较器,电压比较器的功能是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。,电压比较器,电压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。 由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。,比较器在信号变换、检测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“1”，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。,电压比较器的基本特性,1. 输出 高电平(UoH)和低电平(UoL) 用运放构成的比较器，其输出的高电平UoH和低电平UoL可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压(-UCC)。,电压比较器的电路符号,理想的电压比较器，在高、低电平转换的门限UT处具有阶跃的传输特性。,实际运放的Aud不为无穷大。在UT附近存在着一个比较的不灵敏区。在该区域内输出既非UoH，也非UoL，故无法对输入电平大小进行判别。,2. 鉴别灵敏度,这就要求运放：,显然，Aud越大，则这个不灵敏区就越小，称比较器的鉴别灵敏度越高。,3.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。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：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,非线性应用特点：,此时，两输入端“虚短路”的概念不再适用。,1 电压比较器,电压比较器的功能是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。,电压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。 由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的运放将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,1. 输出 高电平(UoH)和低电平(UoL),3.转换速度,2. 鉴别灵敏度,非线性应用的条件：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,非线性应用特点：,此时，两输入端“虚短路”的概念不再适用。,一. 反相电压比较器 电路如图所示， 输入信号ui加在反相端，参考电压ur 加在同相端。,1.1 简单电压比较器,ui ur ， uo=UOL,当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。,0,2. 同相电压比较器,ui ur ， uo=UOH,当参考电压为零时，则为同相过零比较器。,电路如图所示， 输入 信号ui加在同相端，参考 电压ur 加在反相端。,0,例1. 若 ui=5sint V ur =2V, UCC =12V。 试画出反相和同相比较器的输出波形。,反相比较器,同相比较器,例2.将不规则的输入波 形整形成规则的矩形波。,例3.若ur为三角波，而ui为缓变信号，实现脉宽调制。,反相比较器,反相过零比较器,一. 反相电压比较器,简单电压比较器,0,2. 同相电压比较器,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。,2. 迟滞比较器双稳态触发器,为了解决以上两个问题，在比较器中引入正反馈，构成所谓“迟滞比较器”。 这种比较器具有很强的抗干扰能力，同时由于正反馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。,一.反相迟滞比较器,反相迟滞比较器电路如图所示。 R1和R2将输出电压uo反馈到运放的同相端，构成正反馈。为简单计，R1端所接的参考电平为地电位。,下面来分析该电路的传输特性,当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为,当ui由负逐渐增大到ui =U+时，输出将由高电平跳变为低电平。对于反相电路uo从高跳到低所对应的ui电压称为上门限电压，记为UTH。可见，UTH = U+,由于 ，因而 ui 以后，uo将维持在低电平。,反之，ui由大逐渐变小时，由于同相端电位变为,因而ui必须小到 时，输出才由低电平跳变为高电平。此时的输入电压称为下门限电压，记为UTL。 UTL=,对应的传输特性曲线如图所示。,电压的传输特性,由于其传输特性很像磁性材料的磁滞回线，所以称之为迟滞比较器或滞回比较器。,迟滞比较器的上、下门限电 压之差称之为回差，用U表示，即,回差U的大小，将决定比较器的抗干扰能力， U越大，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ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出电平不可能转换。,例4. 若 ui=5sint V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =12V。 试画出反相迟滞比较器的输出波形。,解,二. 同相迟滞比较器,电路如图所示，当ui很负 使u+ u=0 时，uo为低电平UoL。,此时，同相端电位u+为,当ui由负增大到使U+=0时，输出将由低电平跳变为高电平。此时的ui即为上门限电压UTH。,输出一旦变为高电平，则同相端也同时跳变为,UTH,=0,由上式解得,反之，ui由正减小到使 时，输出将由高电平跳变为低电平。此时的ui即为下门限电压UTL。,对应的传输特性如图所示。,UTL,=0,由上式解得,二. 迟滞比较器双稳态触发器,3. 集成运算放大器选择指南,前面已经介绍了集成运算放大器在线性和非线性方面的应用。为便于说明电路的工作原理和电路性能指标的计算，分析中我们都假设运放具有理想的特性。,但实际运放的性能是不理想的，必然使分析计算的结果产生误差，甚至造成无法实现我们预计的功能。因此，实际中必须根据信号特征和电路需要精心选择不同性能的集成运放。,集成运放的选择应根据电路所需的精度和速度（带宽）决定。同时要考虑运放的价格，力求电路有尽可能高的性价比。,一般集成运算放大器的选择原则：,(1).如果没有特殊要求，选用通用型运算放大器(如LM741、LM324等)。,(2).如系统要求精密，温漂小，噪声干扰低，则选择高精度、低漂移、低噪声的集成运放。,(3).如系统要求运放输入阻抗高，输入偏流小，则选择高输入阻抗运算放大器。,(4).若系统对功耗有严格要求，则选择低功耗运放。,(5).若系统工作频率高，则选择宽带、高速集成运放或比较器。,1.散热风扇自动控制电路 一些大功率器件或模块在工作时会产生较多热量使温度升高，一般采用散热片并用风扇来冷却以保证正常工作。负温度系数热敏电阻RT粘贴在散热片上检测功率器件的温度(散热片上温度比器件温度略低)，当5V电压加在RT及R1电阻上时，在A点有一个电压VA。当散热片上的温度上升时，则热敏电阻RT的阻值下降，使VA上升。,电压比较器实际应用举例,RT的电阻与温度变化是单值函数。如果设定在80时应接通散热风扇，这80即设定的阈值温度TTH，在特性曲线上可找到在80时对应的RT的阻值。R1的阻值是不变的，则可以计算出在80时的VA值,R2与RP组成分压器，当5V电源电压是稳定电压时，调节RP可以改变VB的电压。VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。设计时希望散热片上的温度一旦超过80时接通散热风扇实现散热，则VTH的值应等于80时的K值。一旦VAVTH，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,1.通用低速型(LM311/211/111),2.通用型/中速型(LM119),3. 高精度/低失调/低功耗(LM339/239/139),4. 高速/低功耗(MAX901903),作业：,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。,