电压比较器原理

单击此处编辑母版标题样式,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,u,O,f,(,u,I,),电压传输特性的三个要素：,（1）输出高电平,U,OH,和输出低电平,U,OL,；,（2）阈值电压,U,T,；,（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向，即是从U,OH,跃变为U,OL,，还是从U,OL,跃变为U,OH,。,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),u,P,u,N,时，,u,O,U,OM,u,P,0,时,u,O,U,OM,;,u,I,0,时,u,O,U,OM,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,U,D,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。,U,OH,U,Z1,U,D2,U,OL,(,U,Z2,U,D1,),U,OH,U,OL,U,Z,U,OH,U,Z,U,OL,U,D,不可缺少！,期限流作用,输出限幅电路,u,O,U,Z,（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,u,P,、,u,N,的表达式，令,u,P,u,N,，,求解出的,u,I,即为,U,T,；,（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。,（,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,u,I,u,O,+,U,Opp,-,U,Opp,O,+,U,Z,-,U,Z,将正弦波变为矩形波,2.一般单限比较器,（1）若要,U,T,U,RH,时，,u,O1,=,u,O2,=,U,OM,，D,1,导通，,D,2,截止；,u,O,=,U,Z,。,当,u,I,U,RH,时，,u,O2,=,u,O1,=,U,OM,，D,2,导通，,D,1,截止；,u,O,=,U,Z,。,当,U,RL,u,I,U,RH,时，,u,O1,=,u,O2,=,U,OM,，D,1,、,D,2,均截止；,u,O,=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),引脚图,+12V单电源供电，逻辑电源为5V。,5V双电源供电，逻辑电源为5V。,1,5V双电源供电，逻辑电源为5V。,2)集电极开路集成电压比较器LM119,金属封装的管脚图,反相输入2,同相输入2,电路为双限比较器，能实现线与功能,图由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-V,S,应接地。,（2）管脚8接逻辑电源，计作V,LOgic,，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；P254的例,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5sin,t,(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,R,1,R,8,u,I,U,REF,R,2,R,3,U,Z,N,P,u,O,状态翻转时,，,u,P,=,u,N,=,U,REF,若,U,REF,=0,解：,图一：与P278的8.14的d图相似,传输特性,O,u,I,u,O,U,T+,U,T,-,U,Z,-,U,Z,U=U,T+,-,U,T,-,