第24讲 电压比较器

模拟电路基础内容

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

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一、概述1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。 电压比较器的功能：比较电压的大小。 广泛用于各种报警电路。 广泛用于各种报警电路。 输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结 输入电压是连续的模拟信号； 只有高电平和低电平两种情况。 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。 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 uO=f(uI) 电压传输特性 电压传输特性的三个要素： 电压传输特性的三个要素： (1)输出高电平 OH和输出低电平 OL )输出高电平U 和输出低电平U (2)阈值电压 T )阈值电压U (3)输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向 )

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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 )单限比较器： (2)滞回比较器：具有滞回特性 )滞回比较器： 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同， 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。 单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压 U = U T1 U T2

(3)窗口比较器： )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。 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。

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4、集成运放的非线性工作区电路特征： 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 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO=+ OM =+U uP< uN时， uO=- OM =-U

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二、单限比较器1. 过零比较器

(1)UT=0 ) (2)UOH=+ UOM, UOL=- UOM ) , 3) =-U (3)uI > 0 时 uO =-UOM; uI < 0 时 uO =+ UOM集成运放的净输入 电压最大值为± 电压最大值为±UD

集成运放的净输入电压等于输入电压， 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。 放的输入端，需加输入端限幅电路。

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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。 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。

不可缺少！ 不可缺少！

UOH=+ UZ1+ UD2 UOL=- UZ2 + UD1) =-(

UOH= UZ UOL=- UD UOH= - UOL= UZ

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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： 电压比较器的分析方法：的表达式， 即为U (1)写出 uP、uN的表达式，令uP= uN,求解出的 uI即为 T; 根据输出端限幅电路决定输出的高、

低电平； (2)根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； 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 (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 的跃变方向。 电压的跃变方向。

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2. 一般单限比较器uN = R2 R1 U REF + uI R1 + R2 R1 + R2UT = R2 U REF R1

令u N = uP = 0, 得U O = ±U Z作用于反相输入端

(1)若要 T< 0,则应如何修改电路？ )若要U ,则应如何修改电路？ (2)若要改变曲线跃变方向，则应如 )若要改变曲线跃变方向， 何修改电路？ 何修改电路？ (3)若要改变 OL、UOH呢？ )若要改变U

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三、滞回比较器1. 阈值电压

U OL = U Z U OH = +U Z

u N = uI

R1 R1 U Z uP = uO , 令u N = u P,得 ± U T = ± R1 + R2 R1 + R2

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三、滞回比较器2. 工作原理及电压传输特性

R1 ±UT = ± U Z U O = ±U Z R1 + R2

<-U 此时u 设uI<- T,则 uN< uP, uO=+UZ。此时 P= +UT, 直至+U 下降到0, 增大 uI,直至 T, uN = uP , uO从+UZ下降到 ，正反馈 过程： uP降至0, uN > uP, uO跃变为-UZ。 过程： 降至 ， 跃变为- 。 同理，设 uI>+UT,则 uN> uP, uO=-UZ。此时uP= -UT, 同理， =- 此时 直至- 正反馈过程开始， 跃变为+U 。 减小 uI,直至-UT,正反馈过程开始，uO从-UZ跃变为 Z。

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讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性

1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？ 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？ 2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？ 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 改变输出 阈值电压时输出电压的 限幅电路 跃变方向， 跃变方向，则应如何修 改电路？ 改电路？

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四、窗口比较器 U OM

uI > U RH

U OM U OM

当uI>URH时，uO1=-uO2=UOM, - D1导通，D2截止； uO= UZ。 导通， 截止； 当uI<URH时， uO2=-uO1= UOM, - D2导通，D1截止；uO= UZ 。 导通， 截止； 当URL<uI< URH时， uO1= uO2= -UOM, D1、D2均截止； uO= 0。 均截止； 。

uI < U RL

U OM

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五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路⑧ ③ + VCC ⑦ ③ ③ ⑦ ②

+ ①

⑦

② ④

VEE①

②

+

①

特点： 特点： 1. 无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平； 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； 可直接驱动集成数字电路； 3. 响应速度快； 响应速度快； 4. 可具有选通端； 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。 电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。

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讨论二已知某型号集成电压比较器

内部等效电路如图( )所示， 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( )~( 各电路的电压传输特性。 )~(e) 试求解图(b)~( )各电路的电压传输特性。

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讨论三已知各电压比较器的电压传输特性如图所示， 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 们各为哪种电压比较器；输入电压为 ， 电路输出电压的波形。 电路输出电压的波形。反相输入 滞回比较器 同相输入 单限比较器

窗口 比较器

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？ 比较器电路吗？

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讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。 讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。uI

AUREF

uO