常见电压比较器分析比较.docx

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常见电压比较器分析比较

常见电压比较器分析比较

电压比较器通常由集成运放构成，与普通运放电路不同的是，比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。

只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。

在分析比较器时，虚断路原则仍成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。

一、零电平比较器（过零比较器）

电压比较器是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别的电路。

参考电压为零的比较器称为零电平比较器。

按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图1（a）、（b）所示

下载附件过零比较器

              图1过零比较器

            （a）反相输入；（b）同相输入

通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。

阈值电压（又称门槛电平）是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号UTH表示。

估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。

这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等（两个输入端的电流也视为零），即U+=U–。

对于图1（a）电路，U–=Ui,U+=0,UTH=0。

传输特性是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。

画传输特性的一般步骤是：

先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高（正向过程）和输入电压由最高到最低（负向过程）两种情况下，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。

二、任意电平比较器（俘零比较器）

将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压UR（设为直流电压），由于UR的大小和极性均可调整，电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。

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            图2任意电平比较器及传输特性

            （a）任意电平比较器；（b）传输特性

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              图3电平检测比较器信传输特性

              （a）电平检测比较器；（b）传输特性

电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差。

也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。

为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。

三、滞回电压比较器

滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。

这种比较器的特点是当输入信号ui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。

滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。

UR是某一固定电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。

以图4（a）所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性

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                图4滞回比较器及其传输特性

                  （a）反相输入；（b）同相输入

1，正向过程

正向过程的阈值为

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形成电压传输特性的abcd段

2，负向过程

负向过程的阈值为

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形成电压传输特性上defa段。

由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。

利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4（b）所示的同相滞回比较器的两个阈值

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两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。

由上分析可知，改变R2值可改变回差大小，调整UR可改变UTH1和UTH2，但不影响回差大小。

即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。

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    图5比较器的波形变换

    （a）输入波形；（b）输出波形

例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图6（a）、（b）所示。

根据传输特性和两个阈值（UTH1＝2V,UTH2=–2V），可画出输出电压uo的波形，如图6（c）所示。

从图（c）可见，ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。

但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。

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      图6说明滞回比较器抗干扰能力强的图

        （a）已知传输特性；（b）已知ui波形；

        （c）根据传输特性和ui波形画出的uo波形

四、窗口电压比较器

电平比较器和滞回比较器有一个共同特点，即ui单方向变化（正向过程或负向过程）时，uo只跳变一次。

只能检测一个输入信号的电平，这种比较器称为单限比较器。

双限比较器又称窗口比较器。

它的特点是输入信号单方向变化（例如ui从足够低单调升高到足够高），可使输出电压uo跳变两次，其传输特性

如图7（b）所示，它形似窗口，称为窗口比较器。

窗口比较器提供了两个阈值和两种输出稳定状态可用来判断ui是否在某两个电平之间。

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      图7窗口比较器电路及传输特性

      （a）窗口比较器；（b）传输特性