论述电压比较器原理.doc

论述电压比较器原理物理与电子工程学院 电子信息科学与技术专业 2010级 *摘要：随着集成电路产业的飞速发展电子测试技术，电子测试技术是应电子产品设计和制造的需求而产生和发展起来的、有着四十多年历史的一项应用科学技术，电子产品从质量和经济两个方面受益于测试技术的发展和应用。关键字：集成电路 运放 比较器引言：电压比较器简称比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，据此来判断输入信号的大小和极 性。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换，模数转换以及越限报警等许多场合。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。1 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。 图1 过零比较器 (a)反相输入；(b)同相输入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。 2 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。 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。3 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 图4 滞回比较器及其传输特性 (a) 反相输入；(b)同相输入 (b) 1，正向过程 (c) 正向过程的阈值为 形成电压传输特性的abcd段 负向过程的阈值为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 两个阈值的差值UTH=UTH1UTH2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。 图5 比较器的波形变换 (a) 输入波形；(b)输出波形 参考文献：【1】李永敏,数字化测