清华模电课件第23讲电压比较器

1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1.1. 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。 输入电压是连续的模拟信号；输入电压是连续的模拟信号； 输出电压表示比较的结果，只有输出电压表示比较的结果，只有高电平高电平和和低电平低电平两种情两种情况。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。 常用于自动控制、波形产生与变换，模数转换以及越常用于自动控制、波形产生与变换，模数转换以及越限报警等许多场合限报警等许多场合 。 通常由集成运放构成通常由集成运放构成 、处于开环或正反馈的状态、处于开环或正反馈的状态 ； 也可以

2、采用专用的集成比较器组件也可以采用专用的集成比较器组件 一、概述一、概述7.4 7.4 电压比较器电压比较器 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、 同相输入过零比较器同相输入过零比较器 二二. . 过零比较器过零比较器ohouuuu,olouuuu,跃变ouuu,ohoiuuu , 0oloiuuu , 0跃变oiuu, 0v0thu阈值电压为：阈值电压为： 临界条件临界条件（1 1）分析）分析 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（2 2）输出高电平输出高电平uoh和输出低电平和输出低电平uol（3 3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向输入电压过

3、阈值电压时输出电压跃变的方向（2 2）电压比较器的描述方法）电压比较器的描述方法 : : 电压传输特性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 1）阈值电压阈值电压uth)(ioufu 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（3 3）电压比较器的分析方法：）电压比较器的分析方法：写出写出 u-、u+的表达式，的表达式，令令u- u+ ，求解出的求解出的 u i即为即为ut ；根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；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输出

4、电压的跃变方向。的跃变方向。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学v0thu阈值电压为：阈值电压为： 2 2、反相输入过零比较器、反相输入过零比较器 oloiuuu , 0ohoiuuu , 0跃变oiuu, 0 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学输出端加双向稳压管输出端加双向稳压管反馈回路接双向稳压管反馈回路接双向稳压管电压传输特性电压传输特性 3 3、 限幅输出比较器限幅输出比较器zohuuzoluu 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4、任意电平比较器任意电平比较器 (1) (1) 简单的任意电平比较器简单的任意电平比较器 电压传输

5、特性电压传输特性 ohoriuuuu,跃变oriuuu,oloriuuuu,rthuu 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2) (2) 电平检测比较器电平检测比较器 电压传输特性电压传输特性 rinurrrurrru212211根据根据“虚断虚断”求出阈值电压：求出阈值电压： rthurru12 只要改变参考电压只要改变参考电压u ur r的的大小和极性大小和极性，以及，以及电阻电阻r r1 1和和r r2 2的阻值的阻值，就可以改变阈值，就可以改变阈值电压的大小和极性电压的大小和极性 。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学n电平电压比较器结构简单，电平电

6、压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能灵敏度高，但它的抗干扰能力差。力差。n也就是说，如果输入信号因也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低两个电平出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。出状态产生误动作。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、滞回比较器三、滞回比较器 这种比较器的特点是当输入信号这种比较器的特点是当输入信号uiui逐渐增大或逐渐减逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回滞回”曲线的形状。

7、曲线的形状。 集成运放输出端至反相输入端为开环。输出端至同相集成运放输出端至反相输入端为开环。输出端至同相输入端引入输入端引入正反馈正反馈，目的是加速输出状态的跃变，使运放，目的是加速输出状态的跃变，使运放经过线性区过渡的时间缩短。经过线性区过渡的时间缩短。u ur r是某一固定电压，改变是某一固定电压，改变u ur r值能改变阈值及回差大小。值能改变阈值及回差大小。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学当当u ui i足够低时，足够低时，u uo o为高电平，为高电平，u uohoh=+u=+uz z；当；当u ui i从足够低逐渐上升从足够低逐渐上升到阈值到阈值u uth1

8、th1时。时。u uo o由由u uohoh跳变到低电跳变到低电平平u uolol= =u uz z 三、滞回比较器三、滞回比较器1. 1. 反相滞回比较器反相滞回比较器（1 1） 正向过程正向过程 3223232rrururrrruuuuohrohrr322332231rrururrrururuzrohrth 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学当当u ui i足够高时，足够高时，u uo o为低电平。为低电平。u uolol= =u uz z。u ui i从足够高逐渐下降使从足够高逐渐下降使u uo o由由u uolol跳跳变为变为uouoh h的阈值为的阈值为u uth2

9、th2 三、滞回比较器三、滞回比较器1. 1. 反相滞回比较器反相滞回比较器（2 2）负向过程）负向过程 3223232rrururrrruuuuolrolrr322332232rrururrrururuzrohrth 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（3 3）应用）应用滞回比较器能将连续变化的周期信号变换为矩形波滞回比较器能将连续变化的周期信号变换为矩形波 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、滞回比较器三、滞回比较器2. 2. 同相滞回比较器同相滞回比较器olrthurrurru32321)1 (ohrthurrurru32322)1 (uuthth=

10、u=uth1th1u uth2th2称为回差称为回差 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 滞回比较器由于有回差电压存在，大大提高了电路的滞回比较器由于有回差电压存在，大大提高了电路的抗干扰能力，回差抗干扰能力，回差uuthth越大，抗干扰能力越强。因为输入越大，抗干扰能力越强。因为输入信号因受干扰或其他原因发生变化时，只要变化量不超过信号因受干扰或其他原因发生变化时，只要变化量不超过回差回差uuthth，这种比较器的输出电压就不会来回变化。，这种比较器的输出电压就不会来回变化。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、窗口电压比较器四、窗口电压比较器n特点是输入信号单方向变化特点是输入信号单方向变化( (例如例如uiui从足够低单从足够低单调升高到足够高调升高到足够高) )，可使输出电压，可使输出电压uouo跳变两次，跳变两次，其传输特性如图所示，它形似窗口，称为窗口其传输特性如图所示，它形似窗口，称为窗口比较器。比较器。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（1 1）单限比较器：只有一个阈值电压）单限比较器：只有一个阈值电