模电第77 正反馈应用一------电压比较器

1、(4-1)(4-2)7.7 正反馈应用一正反馈应用一-电压比较器电压比较器7.7.17.7.1、电压比较器基本概念、电压比较器基本概念 当当uiUruo= uoL “0 ” 比较器是将一个模拟电压信号与一个比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较，比较的结果及输出只有基准电压相比较，比较的结果及输出只有两种状态（即高电平和低电平）的电路。两种状态（即高电平和低电平）的电路。 电压比较器是集成运放的另一类基本应用电路电压比较器是集成运放的另一类基本应用电路 。使输出产生跃变的输入电压使输出产生跃变的输入电压U Ur r称为称为阈值电压阈值电压。 1. 电压比较器电压比较器uIUruO电压比

2、较器电压比较器+UOM-UOM(4-3)2. 电压比较器功能：电压比较器功能：对对uI鉴幅和比较鉴幅和比较 广泛用于报警、电平检测、自控、广泛用于报警、电平检测、自控、A/D转换等电路中。转换等电路中。 3. 比较器的电压传输特性比较器的电压传输特性 及其三要素及其三要素电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素： 输出高电平输出高电平UOH和低电平和低电平UOL 阈值电压阈值电压Ur ui过过Ur时时uO的跃变方向的跃变方向uOf(ui)uIuRuO电压比较器电压比较器传输特性传输特性(4-4)4.4.几种常用的电压比较器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

3、器：只有一个阈值电压（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。 （2）滞回比较器：具有滞回特性）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。回差电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压T2T1UUU闭环应用闭环应用开环应用开环应用开环应用开环应用(4-5)5 5. .比较器中比较器中集成运放集成运放非线性工作区非线性工作区电路特征：集成运放电路特征：集成运放开环开环或仅引入或仅引入正反馈正

4、反馈集成运放工作在非线性区的特点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02) uP uN时，时， uOUOM3) uP 0 时时 uO UOM uI 0(c) Ur=0(b) Ur0(4-9)存在干扰时单限比较器的存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形波形单限比较器的单限比较器的作用作用：检测输入的模拟信号是否达到：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。某一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解决办法解决办法：采用具有滞：采用具有滞回传输特性的比较器。回传输特性的比较器。(4-10)7.7.3 7.7.3 滞回比较器滞回比较器1、概述、概述(4-11)（1

5、）迟滞比较器电路形式）迟滞比较器电路形式Cuo(a)RRuiR2R1VZ1VZ2Uf(2)迟滞比较器电路特点 电路为闭环正反馈状态闭环正反馈状态（接同相端）。 而前述单限比较器为开环状态开环状态。(4-12)(3)迟滞比较器传输特性00uiuouiuouiuoUoH UUrLUoLUrH(b)UrLUrH(4)迟滞比较器波形图(4-13)（5）滞回比较器工作原理）滞回比较器工作原理UREF 为参考电压；为参考电压；输出电压输出电压 uO 为为 +UZ 或或 - -UZ；uI 为输入电压。为输入电压。当当 u+ = u- - 时，输出电压时，输出电压的状态发生跳变。的状态发生跳变。OF22REF

6、F2FuRRRURRRu 比较器有两个不同的门限电平，比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。故传输特性呈滞回形状。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ + 滞回比较器滞回比较器(4-14)若若 uO= UZ ，当，当 uI 逐渐减小时，使逐渐减小时，使 uO 由由 UZ 跳跳变为变为 UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差( (门限宽度门限宽度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，当，当 uI 逐渐增大时，使逐渐增大时，使 uO 由由 + +UZ 跳变跳变为为 - -UZ 所需的门限电

7、平所需的门限电平 UT+ ZF22REFF2FTURRRURRRU (4-15) 作用作用：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。变换。抗干扰能力强抗干扰能力强。(4-16) 弛张振荡器即方波三角波产生器。对于方波信号发生器，其状态有时维持不变，而有时则发生突跳。为区别于正弦振荡器，人们将这种有张有弛的信号发生器称之为弛张振荡器。7.7.4 弛张振荡器弛张振荡器 弛张振荡器必须是一个正反馈电路，它由两部分组成：一部分是状态记忆电路;另一部分是定时电路，即控制状态转换时间的电路。如图所示，一般用迟滞比较器作为状态记忆电路，而用积分器作为定时电路。(4

8、-17)状态记忆单元定时单元弛张振荡器原理框图弛张振荡器原理框图(4-18) 带正反馈的运放构成迟滞比较器， RC构成积分器即定时电路。单运放弛张振荡器电路及波形1、电路组成积分器迟滞比较器迟滞比较器(4-19)Add Your Text Uo=UoH，uC (0)=0， 电容被充电，uC(t)以指数规律上升，并趋向UoH。当uC=U+时，输出状态由高电平跳变到低电平UoL。此时的U+记为高门限电压UTH：212THoHoHRUF UURR正2、工作原理(1)CCoHoHURRRURRRUFU212212正参考电平:运放同相端电压U+为(4-20)Uo= UoL时，电容开始放电，后又反充电，u

9、C以指数规律下降，并趋向UoL。此时门限电压变为下门限电压 212oLEERUF UURR 正(2)(3) 当uC下降到UTL时，输出又从低电平跳变到高电平。周而复始，运放输出为方波，其峰峰值为 2oppoHoLCCUUUU(4-21)tCCCCeUUUtu)0()()()(振荡频率f0。根据三要素法，电容电压uC(t)为(4) 因为电容充电和放电时常数均等于RC，所以T1=T2，占空比D=T2/T=50%。电容电压uC(t)为近似的三角波，其峰峰值为2122CppTHTLCCRUUUURR(4-22)212211120( )CoHCCCTLoLCTHoHUUURUUURRRCRtTuTUURR 趋向值： （