简单电压比较器迟滞比较器窗口比较器（精选干货）

1、简单电压比较器迟滞比较器窗口比较器 2020-12-242 ui uo +UOM -UOM Ao越大，运放的线性范围越小，输入大于越大，运放的线性范围越小，输入大于 , ,则输出则输出u uo o要么为要么为 +U+UOM OM，要么为 ，要么为-U-UOM OM。 。 maxoOM uU 线性放大区线性放大区 *复习复习 ui uo _ + + Ao u- u+ 2020-12-243 概述概述 运放的非线性应用运放的非线性应用 1. 1. 电路中的运放处于非线性状态。电路中的运放处于非线性状态。 + + A uo ui 比如：运放开环应用比如：运放开环应用 uo ui 运放开环、有正反馈时

2、，处于非线性状态运放开环、有正反馈时，处于非线性状态 2020-12-244 ui0时：时： i F o u R R u 1 1 ui UR时时 , uo = +Uom 当当ui UR时时 , uo = -Uom 一、非零电平比较器一、非零电平比较器 若若ui 从同相端输入从同相端输入 （同相电压比较器）（同相电压比较器） 2020-12-2417 + + uo ui UR uo ui 0 +Uom -Uom UR 当当ui UR时时 , uo = -Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入 电压电压 比较器比较器 （反相电压比较器）反相电压比较器） 2020-12-2418 uo ui 0

3、+UOM -UOM + + uo ui : 当当UR =0时时 + + uo ui uo ui 0 +UOM -UOM 电压电压 比较器比较器 二、零电平比较器二、零电平比较器 2020-12-2419 + + uo ui t ui t uo +Uom -Uom 利用电压比较器利用电压比较器 将正弦波变为方波。将正弦波变为方波。 电压电压 比较器比较器 例题：例题： UR=0 uo ui 0 +UOM -UOM 2020-12-2420 + + ui uo ui 0 +UZ -UZ uo UZ uo ui 0 +UOM -UOM + + uo ui 忽略了正忽略了正 向压降向压降UF 电压电压

4、 比较器比较器 用稳压管稳定输出电压用稳压管稳定输出电压 2020-12-2421 为了限制集成运放为了限制集成运放 的差模输入电压，保护的差模输入电压，保护 其输入级，可加二极管其输入级，可加二极管 限幅电路限幅电路 。 作用：作用：a）使）使Uo0时的输出更接近时的输出更接近0；b）DZ有存储有存储 效应，效应，D的跳变速度快，使输出接近矩形波。的跳变速度快，使输出接近矩形波。 D 2020-12-2422 7.4.27.4.2 迟滞比较器（迟滞比较器（滞回比较器、滞环比较器、 施密特触发器） 单限比较器的优点是电路结单限比较器的优点是电路结 构简单，灵敏度高。但是，主要构简单，灵敏度高。

5、但是，主要 缺点是抗干扰能力差。缺点是抗干扰能力差。如果输入如果输入 电压因受干扰或噪声的影响，单电压因受干扰或噪声的影响，单 限比较器的输出端电压将会在高、限比较器的输出端电压将会在高、 低两种电平之间频繁地反复跳变，低两种电平之间频繁地反复跳变， 使电路不能稳定工作。使电路不能稳定工作。波形示意波形示意 图如右所示：图如右所示： 单限比较器的优缺点：单限比较器的优缺点： t uI 0 uO 0 t 门限电平门限电平 +(UZ+ UD) -(UZ+ UD) 2020-12-2423 1.迟滞比较器迟滞比较器(下行下行) 特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈 和和uo相连，而相连，而uo

6、有两个有两个 值，所以对应的值，所以对应的U+就有就有 两个值。故阈值电压就两个值。故阈值电压就 有两个值。有两个值。 1、因为有正反馈，所以输出饱、因为有正反馈，所以输出饱 和。和。 2、当、当uo正饱和时正饱和时(uo =+UOM) ： Hom 21 1 + UU RR R U + + + + 3、当、当uo负饱和时负饱和时(uo =-UOM) ： Lom 21 1 + UU RR R U + + + + + + uo R R2R1 ui U+ （反相滞回比较器（反相滞回比较器 ） 2020-12-2424 + + uo R R2R1 ui U+ uo ui 0 +Uom -Uom U+H

7、 U+L 设设ui , 当当ui = U+H , uo从从+UOM -UOM 迟滞迟滞 比较器比较器 H om 21 1 + U U RR R U + + + + L U+ + 2020-12-2425 uo ui 0 +Uom -Uom U+H U+L U+H上门限电压上门限电压 U+L下门限电压下门限电压 U+H - U+L称为回差称为回差 om 21 1 U RR R + + H U+ + om 21 1 U RR R + + L U+ + 迟滞迟滞 比较器比较器 传输特性传输特性 2020-12-2426 t ui U+H U+L t uo Uom -Uom + + uo R R2R1

8、 ui U+ 迟滞迟滞 比较器比较器 例例: :设输入为正弦波设输入为正弦波, , 画出输出的波形。画出输出的波形。 uo ui 0 +Uom -Uom U+ H U+L 假设开始 时UO为 UOM 想想:假设 开始时UO 为 UOM? 2020-12-2427 R 21 2 om 21 1 H U RR R U RR R U + + + + + + + + R 21 2 om 21 1 L U RR R U RR R U + + + + + + + + + + uo R R2R1 ui UR 上下限上下限（用叠加定理）（用叠加定理） uo ui 0 U+H U+L 传输特性传输特性 +UOM

9、 -UOM 迟滞迟滞 比较器比较器 加上参考电压后的迟滞比较器加上参考电压后的迟滞比较器( (下行下行) ) ： U+=U-时所对应时所对应 的的ui值就是阈值值就是阈值 是否阈值？是否阈值？ 2020-12-2428 R1=10k ，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当当 输入输入ui为如图所示的波形时，画为如图所示的波形时，画 出输出出输出uo的波形。的波形。 + + uo R R2R1 ui UR uo ui 0 U+H U+L 传输特性传输特性 上下限：上下限： R 21 2 om 21 1 H U RR R U RR R U + + + + + + + +=10V R 21

10、 2 om 21 1 L U RR R U RR R U + + + + + + + + =2V 迟滞迟滞 比较器比较器例题： 例题： 2V10V 2020-12-2429 2V 10V ui uo +UOM -UOM uo ui 0 U+H U+L 传输特性传输特性 +UOM -UOM + + uo R R2R1 ui UR 迟滞迟滞 比较器比较器 2V 10V t t 2020-12-2430 滞回比较器可以组成滞回比较器可以组成 矩形波、锯齿波等非正弦矩形波、锯齿波等非正弦 信号发生电路，也可以实信号发生电路，也可以实 现波形变换。现波形变换。与单限比较与单限比较 器相比，滞回比较器的主

11、器相比，滞回比较器的主 要优点是抗干扰能力强。要优点是抗干扰能力强。 波形示意图如右所示：波形示意图如右所示： t uI 0 uO 0 t 正向门限电平正向门限电平 +UZ -UZ UT- UT+ 负向门限电平负向门限电平 滞回比较器的主要优点滞回比较器的主要优点 2020-12-2431 t uI 0 uO 0 t 正向门限电平正向门限电平 +UZ -UZ UT- UT+ 负向门限电平负向门限电平 干扰太大，滞回干扰太大，滞回 功能会失效功能会失效 2020-12-2432 + + uo R R2R1 ui UR uo ui 0 U+H U+L + + uo R R2R1 ui U+ uo

12、ui 0 +Uom -Uom U+H U+L 迟滞迟滞 比较器比较器 迟滞比较器迟滞比较器( (下行下行) )两种电路两种电路传输特性传输特性的比较的比较: : 2020-12-2433 0U RR R u RR R om 21 1 i 21 2 + + + + + + + + uo R R2R1 ui 0U RR R RR R om 21 1 21 2 + + + + u i 当当uo= -UOM 当当uo= +UOM om 2 1 H U R R U + + ui= om 2 1 L U R R U + + ui= 迟滞迟滞 比较器比较器 2.2.迟滞比较器迟滞比较器( (上行上行) )（

13、同相滞回比较器）（同相滞回比较器） 令令 令令 uo U+-U- 0 +UOM -UOM 以前学习以前学习 的过零同的过零同 相比较器相比较器 2020-12-2434 U+H U+L uo ui 0 Uom -Uom 传输特性曲线传输特性曲线 + + uo R R2R1 ui om 2 1 H U R R U + + om 2 1 L U R R U + + 上下门限电压上下门限电压 迟滞迟滞 比较器比较器 2020-12-2435 + + uo R R2R1 ui UR om 2 1 H U R R U + + om 2 1 L U R R U + + 上下门限电压上下门限电压 URU R

14、R R u RR R om 21 1 i 21 2 + + + + + + 当当uo= +UOM 当当uo= -UOM U RR R RR R om 21 1 21 2 + + + + u i UR UR R2 RR 21 + + + + UR R2 RR 21 + + + + 加上参考电压后的迟滞比较器加上参考电压后的迟滞比较器( (上行上行) ) ： 2020-12-2436 + + uo R R2R1 ui UR + + uo R R2R1 ui 对照对照 U+H U+L uo ui 0 Uom -Uom U+HU+L uo ui 0 Uom -Uom 加上参考电压后的迟滞比较器加上参考

15、电压后的迟滞比较器( (上行上行) )传输特性传输特性： 2020-12-2437 输出电压高电平UOH和低电平UOL的 数值； 阈值电压的数值UH（U+H、U+L）； 当ui 变化且经过UH时，uO跃变。跃 变的方向决定于同相比较器还是反相 比较器。 为了正确画出电压传输特性，为了正确画出电压传输特性， 必须求出以下三个要素：必须求出以下三个要素： 注意：注意： 2020-12-2438 电压比较器是一种常见的模拟信号处理电压比较器是一种常见的模拟信号处理 电路，它将一个模拟输入电压与一个参电路，它将一个模拟输入电压与一个参 考电压进行比较，并将比较的结果输出。考电压进行比较，并将比较的结果

16、输出。 比较器的输出只有两种可能的状态：高比较器的输出只有两种可能的状态：高 电平或低电平，为数字量电平或低电平，为数字量 ；而输入信号；而输入信号 是连续变化的模拟量，因此比较器可作是连续变化的模拟量，因此比较器可作 为模拟电路和数字电路的为模拟电路和数字电路的“接口接口”。 2020-12-2439 在如图所示电路中，R1=R2=5k，基准电压 UREF=2V，稳压管的稳定电压UZ=5V，输入电压为 如图所示的三角波，试画出输出电压。 例例11 电压传输特性的趋势.UT 的具体值有待下面求得. 无正反馈, 单阈值 2020-12-2440 解： 令uN=uP=0，则求出阈值电压 所以画出输

17、出波形如图所示： 2020-12-2441 1 2020-12-2442 在左图（a）所示电路中，已知R1=50k， R2=100k，稳压管的稳定电压UZ=9V，输入电压 uI的波形如右图（a）所示，试画出输出电压uo的波 形。 例例22 有正反馈, 双阈值 2020-12-2443 解：输出高电平和低电平分别为UZ=9V，阈值电压 画出电压传输特性如图 （c）所示。根据电压 传输特性便可画出uo的 波形，如图（b）所示。 从波形可以看出，uI的 变化在UT之间时，uo 不变，表现出一定的抗 干扰能力。两个阈值电 压的差值愈大，电路的 抗干扰能力愈强，但灵 敏度变差；因此应根据 具体需要确定差

18、值的大 小。 三要素法：三要素法： 2020-12-2444 设计一个电压比较器，使其电压传输特性 如图（a）所示，要求所用电阻值在20100k之间。 讨论题讨论题 3 解：根据电压传输特性可知，输入电压作用于同相输 入端，而且uo=UZ=6V，UT1=UT2=3V，电路没有外加 基准电压，故电路如图（b）所示。求解阈值电压的表 达式： 2020-12-2445 所以，若取R1为25k，则R2应取为50k；若取 R1为50k，则R2应取为100k。 故 本题有无问题？问题在哪里？请改正之！本题有无问题？问题在哪里？请改正之！ 2020-12-2446 实验中的加热装置可用一个100/2W的电阻

19、RT模拟，将此电阻靠近Rt即可。 差动放大电路 滞回比较器 三极管放大 电路如图所示，它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（电路如图所示，它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）元件） Rt为一臂组成测温电桥，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出为一臂组成测温电桥，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出 “加热加热”与与“停止停止”信号，经三极管放大后控制加热器信号，经三极管放大后控制加热器“加热加热”与与“停停 止止”.改变滞回比较器的比较电压改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则即改变控温的范围，而控温的精度则 由滞回比较器的滞回宽度确定由滞回比较器的滞回

20、宽度确定 实例实例1 1 请同学们自荐或推荐一两名同学做此实验 2020-12-2447 由上述分析可见差动放器输出电压由上述分析可见差动放器输出电压u01经分压后给经分压后给A2组成的滞回比较器，与反组成的滞回比较器，与反 相输入端的参考电压相输入端的参考电压UR相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压 时，时，A2输出正饱和电压，三极管输出正饱和电压，三极管T饱和导通。通过发光二极管饱和导通。通过发光二极管LED的发光情况，可的发光情况，可 见负载的工作状态为加热。反之，当同相输入信号小于反相输入端电压时，见负载的工作状态为加热。

21、反之，当同相输入信号小于反相输入端电压时，A2输输 出负饱和电压，三极管出负饱和电压，三极管T截止，截止，LED熄灭，负载的工作状态为停止。调节熄灭，负载的工作状态为停止。调节RW4可改可改 变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。 电桥电桥的主要功能是把微小的电压变化或其他原因引起的电桥稳定性变化表现的主要功能是把微小的电压变化或其他原因引起的电桥稳定性变化表现 出来，这个电压偏差可以是几个微伏到几千几万微伏，如果没有电桥的稳定性功出来，这个电压偏差可以是几个微伏到几千几万微伏，如果没有电桥的稳定性功 能是很

22、难解决这些出现在个别元器件上的偏差的能是很难解决这些出现在个别元器件上的偏差的 。 加热加热 停止加热停止加热 2020-12-2448 调整管调整管 取样取样 电路电路 脉宽调制脉宽调制(PWM)电路电路 开关调整管控制开关调整管控制 滤波滤波 频率固定频率固定 的三角波的三角波 误差放大误差放大 续流续流 iL UI uB T 比较放大器比较放大器 比较器比较器 uE A C Io R1 uF L UO uA UREF uF C R2 RL D 基准电压基准电压 三角波三角波 发生器发生器 uT 开关稳压电源的基本工作原理开关稳压电源的基本工作原理 一、一、 串联型开关稳压电路串联型开关稳

23、压电路组成框图组成框图 误差放大器放大的 是比较出来的结果. 就是采样和基准的 误差，所以比较放 大器是放大比较出 来的误差。 实例实例2 2 2020-12-2449 1. 取样环节：取样环节： R1 、R2 分压提取分压提取取样电压取样电压uF（反馈电压）（反馈电压） 2. 基准电压环节：基准电压环节：提供稳压的基准电压提供稳压的基准电压UREF 3. 放大环节：放大环节：比较放大器比较放大器A1，放大差值（，放大差值（ UREF uF） 4. 调整环节：调整环节：调整管调整管T由开关信号由开关信号uB控制通断，稳定输出电压控制通断，稳定输出电压UO 详解 T - + 2020-12-24

24、50 5. LC滤波器及续流二极管滤波器及续流二极管D：滤波和续流得到滤波和续流得到平稳的平稳的直流电压。直流电压。 6. 脉宽调制比较器脉宽调制比较器C ：反相端接反相端接uT （三角波发生器的输出），（三角波发生器的输出）， 同相端接同相端接uA （比较放大器输出），输出开关信号（比较放大器输出），输出开关信号uB驱动调整管。驱动调整管。 三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路(PWM) T - + 2020-12-2451 当当uB为高电平为高电平T饱和、饱和、D截止，截止，uE=UI ,经经LC滤波到负载滤波到负载RL 同时同时iL

25、时时 L和和C储存能量储存能量 当当uB为低电平为低电平T截止、截止、D导通，导通， uEUD0， D续流续流 LC泄放能量给泄放能量给RL供电，供电， 输出较平稳的输出较平稳的直流电压直流电压 开关电源的工作原理开关电源的工作原理 T - + 2020-12-2452 工作波形工作波形 T t D on 占空比占空比 O O O O UO t t t O t t uT uA uB uE iL uo IO toff ton UI 脉宽调制式脉宽调制式 ( (PWM) ) Du A I DUt T U U on I O T - + 2020-12-2453 稳压原理稳压原理 T - + 2020

26、-12-2454 qV T t V tVV T tV T tv T tv T V T t t I on I onCESIoffD E 0 EO )( 1 +)( 1 d 1 d 1 = 1 1 + 忽略电感的直流电阻，输出 电压VO即为vE的平均分量: V Vo o的推算过程的推算过程 2020-12-2455 实例实例3 3 比较器比较器在在D D类放大器的应用类放大器的应用 PMOS NMOS 从PWM波形中提取出放大后 的音频信号，需将D类放大器 的输出送入一个低通滤波器 2020-12-2456 送入低通送入低通 滤波器前滤波器前 的信号的信号 2020-12-2457 : 求下图所示

27、电压比较器的阈值，并画出传输特性。求下图所示电压比较器的阈值，并画出传输特性。 + - + Uo R4 10K 30K 2K R2 +6V UI 2V 10K R1 R3 + - + Uo R4 10K 30K 2K R2 +6V UI 2V 10K R1 R3 课堂练习课堂练习 - + + Ui Uo R1=10K UR=9V R2 VD R3 Rf= 20K - + + Ui Uo R1=10K UR=9V R2 VD R3 Rf= 20K 设设UOH=12V， UOL= -12V， VD为理想二极管。为理想二极管。 1 2 2020-12-2458 输入信号的频谱图输入信号的频谱图 滤波

28、滤波前前输出信号的频谱图输出信号的频谱图 滤波滤波后后输出信号的频谱图输出信号的频谱图 2020-12-2459 2参考答案：参考答案：上下阈值分别为： UO= UOH 时，UD 导通， UR= （10/30）*12+ (20/30) * UTH1= 9V UTH1=(9-4) (2/3) =7.5V UO= UOL 时，UD 截止， UTH2 = 9V 为同相滞回比较器，传输特性如下， 9-7.5 Uo /V -12 12 0 Ui/V 9-7.5 Uo /V -12 12 0 Ui/V 2020-12-2460 UTH1 = (30*2)/(10+30) + (10*6)/(10+30)

29、= 3V UTH2 =(30*2)/(10+30) + 10*(-6)/(10+30) = 0V 1参考答案参考答案: 上下阈值分别为上下阈值分别为 为反相滞回比较器其传输特性如下： UI/V 3 Uo /V -6 6 0 UI/V 3 Uo /V -6 6 0 2020-12-2461 了解了解 7.4.37.4.3 双限比较器双限比较器（窗口比较器）（窗口比较器） 其中：其中：UAUB R UA A1 D1 R UB A2 D2 uI uO RL R R uO 0 uI UBUA 下门限下门限上门限上门限 单限比较器和滞回比较单限比较器和滞回比较 器在输入电压器在输入电压单一方向变化单一方

30、向变化 时，输出电压只跃变一次，时，输出电压只跃变一次， 因而不能检测输入电压是否因而不能检测输入电压是否 在两个给定电压在两个给定电压VA、 、VB之间， 之间， 而窗口比较器具有这一功能。而窗口比较器具有这一功能。 其电路及传输特性曲线如右其电路及传输特性曲线如右 下图所示：下图所示： 2020-12-2462 由图可知：由图可知： 当当u uI IUUB 注意注意: 连接连接 高高 低低 通通 止止 下台阶下台阶 上台阶上台阶 UOA2UOA1 2020-12-2463 当当u uI IUUA A时：时： A A1 1的输出端为的输出端为高高电平，电平， A A2 2的输出端为的输出端为

31、低低电平，电平， 则二极管则二极管D D1 1导导通通，D D2 2截截止止， 输出电压输出电压u uO O也是高电平。也是高电平。 特性曲线如右图所示：特性曲线如右图所示： R UA A1 D1 R UB A2 D2 uI uO RL R R uO 0 uI UBUA 下门限下门限上门限上门限 其中：其中：UAUB 双限比较器双限比较器 工作原理工作原理 低低 高高 止止 通通 2020-12-2464 当当U UB B u uI I U UB 双限比较器双限比较器 工作原理工作原理 2020-12-2465 双限比较器及其传输特性动画 2020-12-2466 由两个简单比较器组成的窗口比

32、较器由两个简单比较器组成的窗口比较器 （a）电路图）电路图 （b）传输特性）传输特性 注意注意: :连接法连接法 2020-12-2467 R3 1k R1 * R2 2k W2 1K W3 10K 被 测 三 极 管 LED1 3 2 1 84 IC1A 5 6 7 IC1B 12V W1 100K Rb Uref1 Uref2 Uc 注：10vUref1Uref2 窗口比较器应用窗口比较器应用 三极管三极管 值分选电路值分选电路 用双电压比较器用双电压比较器LM393设计一个设计一个值分选电路，要值分选电路，要 求当被测三极管的求当被测三极管的 250， LED不亮，表不亮，表 示不合格；

33、当示不合格；当150 250，LED 亮，表示合格。已知亮，表示合格。已知 电源电压电源电压Vcc=12V，三极管集电极电阻，三极管集电极电阻R2=2K。 uO 0 uI U2U1 下门限下门限上门限上门限 2020-12-2468 1、根据题意要求，设计与计算、根据题意要求，设计与计算Rb的阻值，调节的阻值，调节 W1使使Rb回路总阻值等于设定值并连接好电路。回路总阻值等于设定值并连接好电路。 2、根据、根据Rb取值和被测晶体管取值和被测晶体管 值范围计算出值范围计算出Uc的的 正常范围，按照正常范围，按照Uc的变化范围在万用表帮助下的变化范围在万用表帮助下 调节调节W2、W3到设定的上限到设定的上限UREF1与下限电压与下限电压 UREF2 。 3、测量被测三极管的静态直流电压并记录，判断、测量被测三极管的静态直流电压并记录，判断 三极