第3章电压比较器

第3章电压比较器、驰张振荡器

及模拟开关

电压比较器

驰张振荡器

模拟开关电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平。3.1电压比较器电压比较器有专用的集成芯片可供使用，也可用集成运放组成。用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。在信号变换、检测和波形产生电路中有广泛应用。电压比较器的基本特性1).输出高电平(UoH)和低电平(UoL)

用运放构成的比较器，其输出的高电平UoH和低电平UoL可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压(-UCC)。电压比较器的电路符号

理想的电压比较器，在高、低电平转换的门限UT处具有阶跃的传输特性。

实际运放的Aud不为无穷大。在UT附近存在着一个比较的不灵敏区。在该区域内输出既非UoH，也非UoL，故无法对输入电平大小进行判别。2).鉴别灵敏度要求运放：

显然，Aud越大，则这个不灵敏区就越小，称比较器的鉴别灵敏度越高。转换时间

3).转换速度比较器输出状态发生转换所需要的时间。

通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。理想集成运放非线性应用时的特点非线性应用特点：此时，两输入端“虚短路”的概念不再适用。1.)反相电压比较器电路如图所示，输入信号ui加在反相端，参考电压ur加在同相端。1.简单电压比较器ui<ur

，uo=UOH当ui>ur

，uo=UOL

传输特性

uo=f(ui)当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。

02).同相电压比较器ui<ur

，uo=UOL当ui>ur

，uo=UOH传输特性

uo=f(ui)当参考电压为零时，则为同相过零比较器。

电路如图所示，输入信号ui加在同相端，参考电压ur加在反相端。

0[例1].若ui=5sinωtVur=2V,UCC=12V。试画出反相和同相比较器的输出波形。反相比较器同相比较器[例2].将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。[例3].若ur为三角波，而ui为缓变信号，实现脉宽调制。反相比较器反相过零比较器

0

反相电压比较器同相电压比较器

0

简单电压比较器小结简单比较器应用中存在的问题

①.输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘不够陡峭；②.抗干扰能力差。在比较门限处，输出将产生多次跳变。2.迟滞比较器––双稳态触发器解决方法：在比较器中引入正反馈，构成“迟滞比较器”。有很强的抗干扰能力。同时，由于正反馈加速了状态转换，改善输出波形的边缘。1).反相迟滞比较器

反相迟滞比较器电路如图所示。R1和R2将输出电压uo反馈到运放的同相端，构成正反馈。为简单计，R1端所接的参考电平为地电位。当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为当ui很负使u－<u+时，uo为高电平UoH此时，同相端电位u+为

当ui由负逐渐增大到ui=U+′时，输出将由高电平跳变为低电平。对于反相电路uo从高跳到低所对应的ui电压称为上门限电压，记为UTH。可见，UTH=U+′

由于，因而ui>以后，uo将维持在低电平。反之，ui由大逐渐变小时，由于同相端电位变为

因而ui必须小到时，输出才由低电平跳变为高电平。此时的输入电压称为下门限电压，记为UTL。

UTL=电压的传输特性曲线如图所示：

由于其传输特性很像磁性材料的磁滞回线，

迟滞比较器的上、下门限电压之差称之为回差，用ΔU表示。

回差ΔU的大小，将决定比较器的抗干扰能力，ΔU越大，则抗干扰能力越强，同时比较器的鉴别灵敏度降低。因为输入电压ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出电平不可能转换。[例4].若ui=5sinωtV，R1=10k，R2=50k

，UCC=12V。试画出反相迟滞比较器的输出波形。解有干扰下的迟滞比较器输出波形2）.同相迟滞比较器电路如图所示，当ui很负，使u+<u－=0时，uo为低电平UoL。

此时，同相端电位u+为

当ui由负增大到使U+′=0时，输出将由低电平跳变为高电平。此时的ui即为上门限电压UTH。输出一旦变为高电平，则同相端也同时跳变为=0由上式解得反之，ui由正减小到使时，输出将由高电平跳变为低电平。此时的ui即为下门限电压UTL。传输特性如图所示。=0由上式解得[例5].若ui=5sinωtV，R1=10k，R2=60k

，UCC=12V。试画出反相迟滞比较器的输出波形。解振荡器（又称波形产生器）是一种没有输入信号，在加电之后能自动产生一定形状、一定幅度和一定频率波形的电路。根据产生波形的形状不同，振荡器可分为后者主要产生方波、三角波和锯齿波等非正弦波。弛张振荡电路的类型非常多，本节只讨论用集成运放构成的弛张振荡电路。3.2弛张振荡器1.方波振荡器

方波振荡器是由运放构成反相迟滞比较器，再加一条RC充放电支路构成。反相迟滞比较器的传输特性及其上、下门限分别为：1）.电路振荡原理

加电后若uo=UoH，UoH通过R向C充电，ui增大，达到UTH时，uo跳变为低电平。

uo=UoL后，C反向充电，ui减小，降到UTL时，uo又跳变为高电平…此后重复以上过程，周而复始产生振荡。++2）振荡器电路中电容器端和输出的电压波形首先计算周期T。T=T1+T2，

T1=T2，T=2T1。根据三要素法：则振荡频率其中：3）计算振荡频率f0[例1].已知R1=R2=10kΩ，R=25kΩ，C=0.1μF。试求输出方波的频率fo。相位相反2.三角波-方波振荡器电路组成原理替换1).反相比较器构成的电路ui相位相同uo12）.同相比较器电路构成的电路ui3）.振荡频率f0的确定

在T2时间内，uC的变化量[例2].已知UCC=12V，R1=10kΩ，R2=20kΩ，R=50kΩ，

C=0.01μF。试求输出uo1和uo2波形的幅度和频率。解：3.3单片集成专用电压比较器单片集成专用电压比较器1.通用低速型(LM311/211/111)2.通用型/中速型(LM119)3.高精度/低失调/低功耗(LM339/239/139)4.高速/低功耗(MAX901~903)[例].

电压比较器LM311构成的整形电路如图示。LM311电平转换时间为200ns。若分别输入频率为fi1=1kHz，fi2=2MHz，fi3=5MHz的正弦信号，试问输出波形将有何变化。fi3=5MHzfi1=1kHzfi2=1MHz解3.4模拟开关

浮地模拟开关是电子系统中常用的基本单元电路，用来控制信号的通断。

因此理想的模拟开关，应接通时导通电阻Ron要尽可能小，相当于短路；而关断时Ron要尽可能大，相当于开路。此外工作速度要快，各开关间的隔离度要好。开关闭合时开关打开时1.C