第六章第四节集成电压比较器

第六章第四节集成电压比较器第一页，共十七页，编辑于2023年，星期五一、电压比较器的作用电压比较器的作用是：对两个输入端的输入电压进行比较，并根据比较结果，在输出端输出高或者低两个电平的电压，即输出电压VO

只有两个状态，高电平状态或者低电平状态。例如、电路如图所示voAVREF∞vIvI为待比较的输入信号电压VREF

为输入参考电压分析：vI与VREF

在输入端进行比较当时第二页，共十七页，编辑于2023年，星期五voAVREF∞vI当时vo

为高电平，输出电压Vomax。当时vo

为低电平，输出电压Vomin。传输特性曲线如图所示vIvoVOmaxVOminVREF0由传输特性曲线可以看出：当时vo

的状态将发生突变。当时我们称VREF

为门限电压或阈值电压。第三页，共十七页，编辑于2023年，星期五Vomax与Vomin是集成运放输出的两个极限电压，其值取决于正、负电源电压VCC

与|VEE|一般比电源电压低1~2V。上述电路的集成运放为理想的，如果在实际应用中，电压比较器的传输特性曲线将偏离理想的传输特性曲线，如图所示：vIvoVOmaxVOminVREF0当Avd

为有限值时，VREF

仍为电压比较器的门限电压，此时，VI

必须偏离VREF

一定数值后，才能达到vo

的高电平值或低电平值。第四页，共十七页，编辑于2023年，星期五vIvoVOmaxVOminVREF0根据特性曲线得：当达到高电平Vomax时，当达到低电平Vomin时，第五页，共十七页，编辑于2023年，星期五二、具有不同比较特性的电压比较器电路1、单限电比较器电路如图所示voAR1∞vIDz1Dz2RR根据电路可知：VREF=V+=0待测信号从反相端输入，故称为反相过零电压比较器或称为过零检测器。R1

为限流电阻。稳压二极管Dz1、Dz2

组成电平变换电路。根据稳压变换电路可知：第六页，共十七页，编辑于2023年，星期五例如、Vz1=6V、Vz2=6V、V(on)1=0.7V、V(on)2=0.7V则波形变换vIt0voAR1∞vIDz1Dz2RRvot0VOHVOL第七页，共十七页，编辑于2023年，星期五进一步讨论，vI≠VREF

时的单限比较器。电路如图所示voAR1∞vIDz1Dz2R1R=R1//R2R2VREFi1ii2根据电路可知：当时输出电平才开始转换，即解得：称为此电路的门限电压第八页，共十七页，编辑于2023年，星期五2、迟滞比较器例如、在单限电压比较器中，若输入正弦电压接近门限电压附近时，如果输入正弦电压上叠加噪声和干扰，则有可能在阈值附近多次转换，造成输出端出现错误转换，因此，为了提高电压比较器的抗干扰能力，需要一个带有迟滞性的电压比较器。迟滞特性如图所示vIvoVOHVOLVIHVIL它有两个门限电压，即一个是由高电平变换低电平的门限电压用VIH表示，另一个是由低电平变换高电平的门限电压用VIL表示。第九页，共十七页，编辑于2023年，星期五vIvoVOHVOLVIHVILVIH称为上门限电压VIL称为下门限电压两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度。电路如图所示voAR1∞vIDz1Dz2RR2

R3VREF与单限比较器不同的是引入一个正反馈。当时比较器处于变换状态，因此VI

所对应的门限电压为：第十页，共十七页，编辑于2023年，星期五voAR1∞vIDz1Dz2RR2

R3VREF已知所以第十一页，共十七页，编辑于2023年，星期五当vo

由VIH

变换为VOL

时当

vo

由VIL

变换为VOH

时迟滞宽度为调节R1

和R2

可改变ΔV。第十二页，共十七页，编辑于2023年，星期五在实际应用中，利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。例如，在过零检测器，若输入正弦电压上叠加噪声和干扰，则由于零值附近零检测器输出端就会引起错误的阶跃如图6-4-5所示。采用迟滞比较器和干扰的大小处在迟滞宽度内,就不会引起错误的阶跃。在某些集成比较器的内部电路中已引入正反馈,产生上述迟滞特性不必再加外部正反馈电路。图6-4-5过零检测器中的错误阶跃第十三页，共十七页，编辑于2023年，星期五在某些集成比较器的内部电路中已引入正反馈,产生上述迟滞特性不必再加外部正反馈电路。迟滞比较器常用来组成波形整形,波形产生等电路。图6-4-6(a)为方波产生电路。图中R和C为定时元件。比较器的两个门限电压分别为VIH=VOHR2/(R1+R2)VIL=VOLR2/(R1+R2)第十四页，共十七页，编辑于2023年，星期五假设t=0时

vo=VOH，且C上起始电压为零，这时，VOH通过R向C充电，C上电压（vc）按指数规律上升，直到其值等于VIH时，vo由VOH下跌到VOL。C将通过R放电。C上电压按指数规律下降，直到其值等于VIL时，由VOL上跌到VOH。之后C又充电，如此重复，便得到图6-4-6（b）所示的方波信号。可以证明，振荡周期为图6-4-6方波发生电路T=2RCln(1+2R2/R1)第十五页，共十七页，编辑于2023年，星期五三.窗口比较器(WINDOWCOMPARRATOR)

传呼口比较器是用来检测给定范围电压的电路,图6-4-7(a)是它的比较特性,响应的电路如图6-4-7(b)所示。图中，A1接成精密整流电路，A2为单限比较器。当v1>0且v1–VREF1<0时,集成运放A1

输出电压为正值,致使二极管D2

导通，D1

截止，因此v’O1=0，这时，v1，VREF1和VREF2分别通过电压R加到A2的反相输入端。根据v1/R-VREF1/R+VREF2/R=0求得下门限电压VIL=VREF1-VREF2。

图6-4-7窗口比较器第十六页，共十七页，编辑于2023年，星期五当v1>0，且v1–VREF1>0时，集成运放A1

输出负值电压，致使D2

截止，D1

导通，相应的v’O1为v’O1=-(R/2)/R(v1-VREF1)=-1/2(v1-VREF1)这时，加到A2

反相输入端的电压除了分别通过R的v1，VREF1和VREF2外还增加了