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1、第四节 集成电压比较器,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,vI 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,vo 为高电平，输出电压Vomax 。,vo 为低电平，输出电压Vomin 。,传输特性曲线如图所示,由传输特性曲线可以看出：,vo 的状态将发生突变。,我们称 VREF 为门限电压或阈值电压。,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
2、VCC 与 |VEE|一般比电源电压低12V。,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：,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。,根据特性曲线得：,当达到高电平Vomax时，,当达到低电平Vomin时，,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,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
3、电平变换电路。,根据稳压变换电路可知：,例如、Vz1 = 6V 、Vz2 = 6V、V(on)1 =0.7V、V(on)2=0.7V,则,波形变换,进一步讨论，vI VREF 时的单限比较器。,电路如图所示,根据电路可知：,输出电平才开始转换，即,解得：,称为此电路的门限电压,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,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
4、一个是由低电平变换高电平的门限电压用VIL表示。,VIH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,与单限比较器不同的是引入一个正反馈。,比较器处于变换状态，因此VI 所对应的门限电压为：,已知,所以,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V。,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
5、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,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),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
6、 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),三.窗口比较器(WINDOW COMPARRATOR),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 v10 且 v1 VREF10，且 v1 VREF10 时，集成运放 A1 输出负值电压，致使 D2 截止，D1 导通，相应的vO1为,vO1 = -(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 了通过 R/4 的 vO1。根据,V = VIH-VIL = 2 VREF2,vI /R -VREF1 /R+ VREF12/R+ vO1 /（R/4）= 0,求得上门限电压VIH= VREF1 + VREF2 . 相应的宽度,
