集成运放组成的电压比较器

1、1. 功能及应用：主要用来判断输入 信号电位之间的相对大小，它至少有两个输入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号U，另一个则接基准 电压Vr定门限电压(或称阀值)的Ur。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的 矩形波，应用于模-数转换，波形产生及变换，及越限警等。2. 运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，U数量级，为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越 小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有 必要重复展现运放开环电压传输特性。见

2、图 8.2.1，请注意横、纵坐标标度的不从途中可化称"(2) 若U发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性 区时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存在(3) 若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。(4) 若用正反馈使AodT，则可缩短状态的转换时间。3.分类：(1)单限比较器 迟滞比较器(Schmitt)双限比较器(窗口比较器)二. 单限比较器1. U i与宀分别接运放两输入端的开环串接比较器，见图8.2.2*翳Wtt片PRS & 22开环舷比校器 Ui>UR Uo=+Uom Ui<UR Uo=-U

3、om U=U Uo发生翻转(或称突变)UT="谶纬门限电压或阀值，若UR=0称为过零比较器当U与UR互换位置，此时Uo以U=U为对称轴与交换量对称。2. Ui与U.并联在运放同一输入端时的开环并接比较器见图8231R20(a)电路(b)传输特性图S.2.3开怀并接比较器在同相端可作Therenin等效 存訣选+寻E7. > -Uk 邑当 Uoc>0 时，即Uo=+UomUi <7 貝当 Uoc<0 时，即Uo=-Uom叭=7書可见 若把运放的同相端与反相端互换，则与图8.2.2(b)类同三. 迟滞比较器(正反馈比较器)其特点抗干扰能力较强。在单限比较器种，如果

4、U受到干扰，在阀值附近回出 现 + U(干扰信号多出现在阀值电压上，下波动，以致出现条纹误翻转，而迟 滞比较器利用其传输特性的回差电压，输入的干扰信号不能使状态误翻转见图8241. 两种迟滞比较器的传输特性厲)同相型UOLJr<1tl ,F(b)反相型图乩2.4退滞比较器传输特性动画演示迟滞比较器在单调区间内只能变化一次；对于反相：Ui从小变到大时，Uo一直为高电平，只有当Ui到达上门限电压 时，Uo翻转为低电平，之后随着 Ui不断增大，Uo始终为低；在Ui减小时，必 须减到下门限电压时，Uo才会翻转为高电平对于同相：Ui从小变到大时，Uo一直为低电平，只有当Ui到达上门限电压时， Uo

5、翻转为高电平，之后随着 Ui不断增大，Uo始终为高；在Ui减小时，必须减 到下门限电压时，Uo才会翻转为低电平同相型：U接运放同相端反相型：U接运放反相端均由二根传输特性 , 合成，同相型.当u从低值Tuth, Uo从U0lT UbH； 当U从高值JW Utl时，Uo从UM UOlo反相型则类同。 Uth, UTl为二个阀值， U（回差）=Uth- UTl |U OH=|U ol|或|UoH丰|UoL根据输出是否有箝位电路而定。2. 二种基型迟滞比较器（1）反相型迟滞比较器 见图825Q）电路（M传输特性3 URo传输特性图出N 5反相迟常比校器UI=U-, Uo被箝位在土 UZ避免运放计入过

6、饱和。假设U在足够低时，U<U+, Uo=Uf=+U （始终稳定）u+ = uA R1 +us 禺=%此时当Ui从低值T 若U > U+时，Uo从+UZJ -Uz27；_ =阳此时'当Ui从高值J至U <，+ , Uo从-UzT +UZ门限宽度 U=UTh-Utl=:pFH = urz = u2-当 UR=0 时，' I Ui无论从足够低或足够高单调增加或单调减少，Uo仅翻转一次，即过了阀值后就维持在一种稳态。因为当过阀值电压后，Uo从低变为高或从高变为低了，正反馈到Ur (Uth)端，使该阀值电压变高或变低了。只要门限宽度 Ut=Uth-Utl幅度大于U在阀

7、值电压波动的幅度，Uo就不会翻转了，所以比单限比较器抗干 扰能力强多了。同相迟滞比较器见图826模拟与电源技术社区模拟与电源技术社区论坛8.2.6同相退滞比魅注xxxxxx： U 和Ur的位置应该互换一下UTl=U-设U足够低，使U+ < U -=IR Uo=UL=-Uz (初始稳态)若要使Uo从-Uz上升到+UZ,必须使U T,以致使U+> U-="才行，而此时对应 UR的 U=UThVVT 一 -一 >U_U£当U从低值T，使" '' "%"邑尹+巳魯即、>此时Uo从-Uz T +UZ当U从高值；，使

8、二 、时所对应的U=Utl5占5悬SS4厂衽处P吕即，:此时Uo从+U4 -Uz和& 耳+竝"同上面反相型类同，Ui单调升或单调降，Uo只改变一次状态，过了阀值后只维 持在一种稳态上。我的理解：首先求出阀值电压；阀值电压是在放大器处在线性区域时求得的，不过在正反馈中，线性区域很窄。在该区域，才可以用到虚断和虚短的概念。(在正反馈状态下，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的 电压才可近似等于0,才能用到虚断和虚短的)Vp=Vn=UrVr=R1*Ui/(R1+R2)+ R2*Uo/(R1+R2)( 1)而门限电压是对于输入电压来说的，当输入电压大于或小于这个 Ut

9、h时，输出就 会有跳变。所以当Ui= Uth时，这时的输入电压就是门限电压：而由(1)式可求出，Uth=Ui=Ur(R1+R2)/R1 - R2Uo/R1，(Uo=+-Uz)四. 双限比较器(窗口比较器)其特点是U单调升或单调降，Uo均有两次突变，与单限比较器和迟滞比较器有 区别，因此它可以判别U是否在两个电平之间。它实际上由二个单限开环比较器组成，D1, D2作用为隔断，Uo1, Uo2连接通路，避免Uo1, Uo2极性相反时，+15V 极管发光二极管55*KO34 URl<U<LRh " % S4止S厂叽6通j%=+仏d通吧bA-itr UvURKvUrh) U>URf(>Url)05押采用上面窗口比较器可以区分 三极管B是否在需要范围内，比如记为合格范 围为50< B 100,其它B <50或B >100均要取出，则可用发光二极管亮表示一种 越限极警，不亮记为可通过即 B合格。改接一下上述输入输出回路即方便可得550 100分析上面的等效三极管电路，e端接15v, b端通过下拉电阻接地，从而 b端电 压为(15-0.7 ) v, c端同样接下拉电阻接地，只要c端的Ui电压比b端电压低, 就能保证集电结的反偏要区分B