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1、电压比较器电压比较器 电电压压比比较较器器的的功功能能是是对对两两个个输输入入电电压压的的大大小小进进行行比比较较，并根据比较结果输出高、低两个电平。并根据比较结果输出高、低两个电平。电压比较器电压比较器 电电压压比比较较器器有有专专用用的的集集成成芯芯片片可可供供使使用用，也也可可用用集集成成运放组成，这里只讨论后者。运放组成，这里只讨论后者。 由由于于比比较较器器输输出出只只有有两两个个状状态态，因因此此，用用作作比比较较器器的的运放将运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。工作在开环或正反馈的非线性状态。比较器比较器在信号变换在信号变换、检测、检测和波形产生电路中有广泛应用。和波形产生电路
2、中有广泛应用。 此此外外由由于于高高电电平平相相当当于于逻逻辑辑“1”，低低电电平平相相当当逻逻辑辑“0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路。，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路。电压比较器的基本特性电压比较器的基本特性 1. 输出输出 高电平高电平(UoH)和低电平和低电平(UoL) 用用运运放放构构成成的的比比较较器器，其其输输出出的的高高电电平平UoH和和低低电电平平UoL可分别接近于正电源电压可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压和负电源电压(-UCC)。电压比较器的电路符号电压比较器的电路符号 理理想想的的电电压压比比较较器器，在在高高、低低电电平平转转换
3、换的的门门限限UT处处具具有有阶跃的传输特性。阶跃的传输特性。 实实际际运运放放的的Aud不不为为无无穷穷大大。在在UT附附近近存存在在着着一一个个比比较较的的不不灵灵敏敏区区。在在该该区区域域内内输输出出既既非非UoH，也也非非UoL，故故无法对输入电平大小进行判别。无法对输入电平大小进行判别。2. 鉴别灵敏度鉴别灵敏度这就要求运放：这就要求运放： 显显然然，Aud越越大大，则则这这个个不不灵灵敏敏区区就就越越小小，称称比比较较器器的鉴别灵敏度越高。的鉴别灵敏度越高。 转换时间转换时间 3.转换速度转换速度 作作为为比比较较器器的的另另一一个个重重要要特特性性就就是是转转换换速速度度，即即比
4、比较器输出状态发生转换所需要的时间。较器输出状态发生转换所需要的时间。 通通常常要要求求转转换换时时间间尽尽可可能能短短，以以便便实实现现高高速速比比较较。为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。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：非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。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理想集成运放非线性应用时的特点非线性应用特点：非线性应用特点：此时，两输入端此时，两输入端“虚短路虚短路”的概念不再适用。的概念不再适用。 1 电压比较器电压比较器 电电压压比比较较器器的的功功能能是是对对两两个个输输入入电电压压的的大大小小进进行行
5、比比较较，并根据比较结果输出高、低两个电平。并根据比较结果输出高、低两个电平。 电电压压比比较较器器有有专专用用的的集集成成芯芯片片可可供供使使用用，也也可可用用集集成成运放组成，这里只讨论后者。运放组成，这里只讨论后者。 由由于于比比较较器器输输出出只只有有两两个个状状态态，因因此此，用用作作比比较较器器的的运放将运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。工作在开环或正反馈的非线性状态。电压比较器的基本特性电压比较器的基本特性 1. 输出输出 高电平高电平(UoH)和低电平和低电平(UoL) 3.转换速度转换速度2. 鉴别灵敏度鉴别灵敏度非线性应用的条件：非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。
6、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理想集成运放非线性应用时的特点非线性应用特点：非线性应用特点：此时，两输入端此时，两输入端“虚短路虚短路”的概念不再适用。的概念不再适用。 一一. 反反相相电电压压比比较较器器 电电路路如如图图所所示示， 输输入入信信号号ui加加在反相端，参考电压在反相端，参考电压ur 加在同相端。加在同相端。1.1 简单电压比较器简单电压比较器 ui ur ， uo=UOL其传输特性其传输特性 uo= f ( ui )当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。 02. 同相电压比较器同相电压比较器 ui u
7、r ， uo=UOH其传输特性其传输特性 uo= f ( ui )当参考电压为零时，则为同相过零比较器。当参考电压为零时，则为同相过零比较器。 电路如图所示，电路如图所示， 输入输入 信号信号ui加在同相端，参考加在同相端，参考 电压电压ur 加在反相端。加在反相端。 0例例1. 若若 ui=5sint V ur =2V, UCC =12V。 试试画画出出反反相相和和同同相相比比较器的输出波形。较器的输出波形。反相比较器反相比较器同相比较器同相比较器 例例2.将不规则的输入波将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。形整形成规则的矩形波。 例例3.若若ur为为三三角角波波，而而ui为为缓缓变信号，
8、实现脉宽调制。变信号，实现脉宽调制。 反相比较器反相比较器反相过零比较器反相过零比较器 一一. 反相电压比较器反相电压比较器 简单电压比较器简单电压比较器其传输特性其传输特性 uo= f ( ui ) 02. 同相电压比较器同相电压比较器简单比较器应用中存在的问题简单比较器应用中存在的问题 . 输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘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；不够陡峭；. 抗干扰能力差。在比较门限处，输出将产生多次跳变。抗干扰能力差。在比较门限处，输出将产生多次跳变。2. 迟滞比较器迟滞比较器双稳态触发器双稳态触发器 为为了了解解决决以以上上两两个个问问题题
9、，在在比比较较器器中中引引入入正正反反馈馈，构成所谓构成所谓“迟滞比较器迟滞比较器”。 这这种种比比较较器器具具有有很很强强的的抗抗干干扰扰能能力力，同同时时由由于于正正反反馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。 一一. .反相迟滞比较器反相迟滞比较器 反相迟滞比较器电路如反相迟滞比较器电路如图所示。图所示。 R1和和R2将输出电压将输出电压uo反馈到运放的同相端，构反馈到运放的同相端，构成正反馈。为简单计，成正反馈。为简单计，R1端端所接的参考电平为地电位。所接的参考电平为地电位。下面来分析该电路的传输特性下面来分析该电路的传输特性当输出一旦
10、变为低电平，则同相端也同时跳变为当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为 当当ui很负使很负使u 以后，以后，uo将维持在低电平。将维持在低电平。 反之，反之，ui由大逐渐变小时，由于同相端电位变为由大逐渐变小时，由于同相端电位变为 因因而而ui必必须须小小到到 时时，输输出出才才由由低低电电平平跳跳变变为为高高电电平平。此时的输入电压称为此时的输入电压称为下门限电压下门限电压，记为，记为UTL。 UTL= 对应的传输特性曲线如图所示。对应的传输特性曲线如图所示。 电压的传输特性电压的传输特性 由由于于其其传传输输特特性性很很像像磁磁性性材材料料的的磁磁滞滞回回线线，所所以以称称之之为为迟迟
11、滞滞比比较较器器或或滞滞回回比比较较器。器。 迟滞比较器的上、下门限电迟滞比较器的上、下门限电压之差称之为压之差称之为回差回差，用，用U表示，即表示，即 回差回差U的大小，将决定比较器的抗干扰能力，的大小，将决定比较器的抗干扰能力， U越越大，则抗干扰能力越强。但同时使比较器的鉴别灵敏度降大，则抗干扰能力越强。但同时使比较器的鉴别灵敏度降低。因为输入电压低。因为输入电压ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出的峰峰值必须大于回差，否则，输出电平不可能转换。电平不可能转换。例例4. 若若 ui=5sint V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =12V。 试画出反相试画出反相迟滞迟滞比
12、较器的输出波形。比较器的输出波形。解解 二二. 同相迟滞比较器同相迟滞比较器电路如图所示，当电路如图所示，当ui很负很负使使u+VTH，则比较器输出低电平，继电器，则比较器输出低电平，继电器K吸合，散热风扇得电工作，使大功率器件降温。吸合，散热风扇得电工作，使大功率器件降温。VA、VTH电压变化及比较器输出电压变化及比较器输出电压电压Vout的特性如下图。这里要说清楚的是的特性如下图。这里要说清楚的是VA开始大于开始大于VTH时，风扇工作，但散时，风扇工作，但散热体有较大的热量，要经过一定时间才能把温度降到热体有较大的热量，要经过一定时间才能把温度降到80以下。以下。 从温控从温控电路可看路可
13、看出，要改出，要改变阈值温度温度TTH十分方便，只十分方便，只要相要相应地改地改变VTH值即可。即可。VTH值增大，增大，TTH增大；反之亦增大；反之亦然，然，调整十分方便。整十分方便。只要只要RT确定，确定，RT的的温度特性确定，温度特性确定，则R1、R2、RP可方便可方便求出。求出。单片集成专用电压比较器单片集成专用电压比较器1.通用低速型通用低速型(LM311/211/111)2.通用型通用型/中速型中速型(LM119)3. 高精度高精度/低失调低失调/低功耗低功耗(LM339/239/139)4. 高速高速/低功耗低功耗(MAX901903)作业：作业： 若若 ui=6sint v，ur=5v，R1 =20k， R2 =50k ， UCC =12V。 试画出传输特性，并画出输出电压波形。试画出传输特性，并画出输出电压波形。
