模拟电子技术 课件 29 比较器应用

模拟电子技术梁长垠教授项目五波形产生与变换电路的制作与测试梁长垠教授比较器性能指标01单限比较器应用02窗口比较器应用03滞回比较器应用04一、比较器性能指标1.比较器主要性能指标电压比较器的性能指标包括阈值电压、输出电平、灵敏度与响应时间等。（1）阈值电压

阈值电压指比较器输出电平发生跳变的输入电压，也称为门限电压。（2）输出电平

输出电平指输出电压的高电平与低电平。（3）灵敏度

灵敏度指输出电压跳变前后输入电压的差值。差值越小，灵敏度就越高。然而，灵敏度越高，也就意味着抗干扰能力就越差。（4）响应时间

响应时间指输出电压发生跳变所需要的时间。一、比较器性能指标2.比较器的分类按比较器构成集成运放构成的比较器专用芯片构成的比较器按比较器阈值电压与传输特性单限比较器窗口比较器滞回比较器一、比较器性能指标3.比较器功能描述（3）对单限比较器，如果阈值电压为零，则可以称之为过零比较器，如果阈值电压不为零，则成为单限比较器。（1）由集成运放构成的比较器，例如LM324、LM358等，其输出是推挽结构，高电平接近于电源电压（一般为VCC-1.5）。（2）由专用比较器芯片构成的比较器，例如LM311、LM339等，由于其输出是集电极开路（OC门）结构，必须在比较器输出端与电源之间接入上拉电阻，此时高电平接近于电源电压。（4）窗口比较器是指具有两个阈值电压输入的比较器，当输入电压单方向变化时，输出电压跃变两次。（5）滞回比较器是一种具有滞回特性的比较器，也称为施密特触发器，通常也具有两个阈值电压，一个是输入电压从小到大变化过程中使输出电压传输跃变的阈值电压，另一个是输入电压从大变小过程中使输出电压跃变的阈值电压，电路具有滞回特性。比较器性能指标01单限比较器应用02窗口比较器应用03滞回比较器应用04二、单限比较器应用1.单限比较器分类2.反相输入过零比较器单限比较器过零比较器一般单限比较器过零比较器，其阈值电压为0V。图示为反相输入过零比较器。过零比较器传输特性在过零比较器中，集成运放工作在开环状态，并工作在非线性区。在理想情况下：当ui>0时，

；当ui<0时，；。

当ui=0时，输出电压发生翻转。U0m是集成运算放大器的最大输出电压曲线中的红色虚线区域为比较器的不灵敏区。发生在输入电压非常接近基准电压时，输出是一个不确定的值。理想运放组成的比较器，不灵敏区为0。二、单限比较器应用2.同相输入过零比较器在理想情况下：当ui>0时，

；当ui<0时，

。

当ui=0时，输出电压发生翻转U0m是集成运算放大器的最大输出电压稳压管限幅的过零比较器3.输出限幅过零比较器在比较器输出端加上双向稳压二极管（注意：这里稳压二极管的稳压值小于集成运算放大器输出的最大电压值），其中的电阻R为限流电阻。二、单限比较器应用4.反相输入过零比较器应用

（正弦波变换成方波）（a）双电源供电

（b）单电源供电5.同相输入过零比较器应用

（正弦波变换成方波）

（a）双电源供电

（b）单电源供电二、单限比较器应用6.单限比较器电路与输出特性

在单限比较器中，集成运放工作在开环状态，并工作在非线性区。在理想情况下：当ui>UREF时，

；当ui<UREF时，。

当ui=UREF时，输出电压发生翻转。反相输入单限比较器与输出特性同相输入单限比较器与输出特性在理想情况下：当ui>UREF时，

；当ui<UREF

时，

。

当ui=UREF时，输出电压发生翻转。二、单限比较器应用7.单限比较器应用

单限比较器电路输入输出信号波形若输入为正弦波，基准电压为UR，输出端双向稳压二极管的稳压值为UZ，则该电路输出的波形如图所示。由此可见，单限比较器可以将输入的正弦波变换成为矩形脉冲波形（对过零比较器则可以将正弦波变换成方波脉冲）。比较器性能指标01单限比较器应用02窗口比较器应用03滞回比较器应用04三、窗口比较器应用1.电路结构对单限比较器，当输入信号单方向变化时，输出电压只跳变一次，只与一个电平进行比较。在实际工作中，有时需要检测输入模拟信号的电平是否处于两个给定电平之间，此时就需要两个门限电平。窗口比较器又称双限电压比较器，是一个信号同时与两个不同的基准电压进行比较。2.电路特点当输入信号处于两个门限电平之间时，输出为某一电平；当输入电压处于两个门限电压以外时，输出为另一电平。上下门限电压之差称为窗口宽度。三、窗口比较器应用3.工作原理将输入信号ui同时加到运放A1的同相端和A2的反相端，双限比较器的两个门限电压分别为URH和URL则分别加到比较器A1的反相端和A2的同相端，且URH>URL。当输入信号ui<URL时A2输出高电平；当输入信号ui>URH时A1输出高电平。上述两种情况下比较器输出均为高电平，只有当URL<ui<URH时，输出才为低电平（假设理想二极管的正向导通电压降为0V）。三、窗口比较器应用4.窗口比较器应用将PTC热敏电阻得分也信号uA同时加到运放A1的同相端和A2的反相端，双限比较器的两个门限电压分别为UB和UC则分别加到比较器A1的反相端和A2的同相端，且UB>UC。当输入信号uA<UC时A2输出高电平；当输入信号uA>UB时A1输出高电平。

窗口比较器温度上下限报警电路上述两种情况下比较器输出均为高电平，只有当UC<uA<UB时，输出才为低电平（假设理想二极管的正向导通电压降为0V）。用同一个发光二极管指示温度超过上线报警值或低于下限报警值的状态。比较器性能指标01单限比较器应用02窗口比较器应用03滞回比较器应用04四、滞回比较器应用1.滞回比较器特点滞回比较器又称施密特触发器，或迟滞比较器，其特点时当输入信号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“滞回”曲线的形状。。2.滞回比较器分类滞回比较器反相滞回比较器同相滞回比较器四、滞回比较器应用3.反相滞回比较器电路结构4.反相滞回比较器原理运放采用双电源供电，输入电压从反相端输入，UR为参考电压。由于输出端接入限幅稳压管，所以输出值为±UZ。从输出端通过电阻R3连接到同相输入端实现正反馈。运放同相输入端的转折电压值有两个，分别用UTH1和UTH2表示。当输出电压为+UZ时，当输出电压为-UZ时，设某一瞬时u0=+UZ，通常情况下，输入信号都是来自传感器或其他前级电路的单极性信号，当输入电压ui从0开始增大到UTH1时，输出电压u0发生翻转，转变为-UZ；当输入电压ui减少到UTH2时，输出电压u0再次发生翻转，转变为+UZ，其传输特性如图所示。四、滞回比较器应用4.反相滞回比较器原理UTH1称为上门限电压，UTH2称为下门限电压，两者之差称为回差电压，用ΔUTH表示，可见，门限宽度的值取决于稳压管的稳定电压以及电阻R2和R3的值大小，与参考电压UREF无关。改变参考电压UREF的大小可以同时调节两个门限电平的大小（在横坐标上左右移动的位置），但两者之差不变。若比较器输出的高、低电平分别为U0H、UOL，则四、滞回比较器应用5.同相滞回比较器电路结构6.同相滞回比较器原理运放采用双电源供电，输入电压从同相端输入，UR为参考电压。