设备管理_电压比较器

1 电压比较器 运放有两个工作区 线性工作区和非线性工作区 运算电路使用的是运放的线性区 电压比较器使用的是运放的非线性区 注意 在运算电路中所使用的 虚地 概念在非线性条件下不满足 只在临界状态时才可使用 2 一 概述 1 概念及构成 通过对两输入电压的相对比较 在输出端得到高电平或低电平结果的电路器件 VREF uo与ui的函数关系uo f ui 称为电压传输特性 引起uo发生跳变得参考电压称为阈值电压 或门槛电压 记为uT 3 若UiP UiN 则VO VOL 2 基本工作原理及分析方法 运放在理想情况下 Aod Iid 0 UiP UiN 在开环状态下 完整的电压比较器电路 如果电路接成正反馈形式也可得到同样效果 若UiP UiN 则VO VOH 4 对比较器电路的分析不能像对放大电路和运算电路的方法 一般的分析方法是集中在输出跳变得瞬间所对应的ui来分析uo与ui的对应关系 这时可认为电路满足uiP uiN iP iN 0 ui uT 一般电压比较器按uT的不同和连接方式的不同可以有 单门限比较器 滞回比较器 窗口比较器 5 二 单门限比较器 只有一个阈值电压uT的比较器 传输曲线如图 若Ui UT时 VO VOH若Ui UT时 VO VOL 根据uT的取值不同可分为过零比较器和一般门限比较器 1 过零比较器 过零比较器用途非常广泛 在交流调压 电气控制系统中经常使用 根据所接输入端得不同可以有同相过零比较器和反相过零比较器 6 同相 反相过零比较器 7 2 一般门限比较器 当uT 0条件下构成的比较器 有两种电路形式 uREF为参考电压 根据比较器在临界状态条件可求得电路的阈值电压 图1 图1 8 图2 应用 电平显示器 逐次比较A D等 9 例题 利用电压比较器将正弦波变为方波 问题 若反相端不是接地 而是接参考电压VREF 输出波形会有什么样的变化 10 三 滞回比较器 施密特触发器 单门限电压比较器结构简单 灵敏度高 但抗干扰能力差 如输入电压在uT附近时会造成uo反复跳动 造成比较器工作不稳定 为解决这一问题 可将比较器设置两个阈值 只要干扰信号不超过这两个阈值比较器就不会跳变 从而提高比较器的抗干扰能力 利用这种思想设计出来的电压比较器称为滞回比较器 或称施密特触发器 1 电路构成 如图所示 电路是在单门限比较器基础上增加了正反馈电路实现的 11 2 估算阈值 按临界条件下的比较器状态来计算 在临界跳变时 根据叠加原理 有 由于uP uN 故此时uP对应的ui即为uT 而uT又与uo的初始状态有关 uo uz 故 1 反相端输入 12 电压传输特性如图所示 当uR 0时 传输特性即为如图曲线 当uR 0时 传输特性曲线将水平移动 当uZ改变时 传输特性曲线垂直移动 特点 输出端从高电平跳变到低电平对应的阈值电压与从低电平跳变到高电平对应的阈值电压不同 13 例 设输入为正弦波 画出输出的波形 14 15 16 17 2 滞回比较器 同相端输入 根据叠加原理 有 在临界跳变时 UT1 UT2 18 四 窗口比较器 单门限比较器和滞回比较器有一个共同特点就是当ui单方向变化时 uo只会有一次跳变 如果希望检测ui是否在两给定电压之间时就可以采用窗口比较器 1 电路构成 窗口比较器的特点是ui单方向变化时可以使uo产生两次跳变 其电压传输特性如图 19 该电路由两个单门限比较器接成同相 反相输入形式构成的 图中使uRH uRL D1 D2作用是防止电流回流损坏运放 电阻 稳压管为限流和电平匹配设置 2 工作原理及阈值特性 20 结论 1 在电压比较器中 集成运放一般是工作在非线性区 输出电压一般为正 负最大值 2 一般用电压传输特性来描述电压比较器中的输出 输入电压间的函数关系 3 电压传输特性的决定因素为输出电压的高低电平 阈值电压及其跳变方向 自学 集成电压比较器 21 作业 P46515 16 22 主要学习 1 了解常见非正弦波形2 方波发生电路的结构及频率的计算3 三角波及锯齿波发生电路的结构及频率的计算4 进一步理解电压比较器及其应用 8 3非正弦波发生电路 23 特点 时间的函数 幅值变化有突变点 无法用初等函数进行描述 方波 矩形波 尖顶波 锯齿波 钟形波 梯形波 阶梯波 几种常见的非正弦波 三角波 24 1 电路结构 一 方波发生器 反相输入的迟滞比较器 输出经积分电路再输入到此比较器的输入端 上下限 25 2 工作原理 1 设uo UOM 此时 输出给C充电 uc 则 u U H 一旦uc U H 就有u u 在uc U H时 u u uo立即由 UOM变成 UOM 设uC初始值uC 0 0 方波发生器 uo保持 UOM不变 26 此时 C经输出端放电 再反向充电 2 当uo UOM时 u U L uc达到U L时 uo上翻 当uo重新回到 UOM以后 电路又进入另一个周期性的变化 27 周期与频率的计算 f 1 T 此期间是分析问题时的假设 实际上用示波器观察波形时看不到这段波形 28 周期与频率的计算 T T1 T2 2T2 因正反向充电条件一样T1 T2 T2阶段uc t 的过渡过程方程为 29 UC UOM 周期与频率的计算 30 方波 非正弦波 发生器原理 1 电路中必须有开关特性的器件 可以是电压比较器 集成模拟开关 TTL与非门等 2 反馈网络 它的作用是通过输出信号的反馈 改变开关器件的状态 3 延迟环节 用RC电路的充放电来实现 4 其他辅助部分如积分电路等 在 数字电子技术基础 中也有利用这些原理实现方波发生器 31 思考题 点b是电位器RW的中点 点a和点c是b的上方和下方的某点 试定性画出点电位器可动端分别处于a b c三点时的uo uc相对应的波形图 设Rwa Rwc 此即为占空比可调的方波发生电路或称矩形波发生电路 32 二 三角波发生器 矩形波经积分电路便可产生三角波 但是此电路要求前后电路的时间常数配合好 不能让积分器饱和 三角波发生器电路1 33 三角波发生器 续 34 反相积分器 反相输入的迟滞比较器 特点 由上行的迟滞比较器和反相积分器级联构成 迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入 反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入 三角波发生器电路2 35 反相输入的迟滞比较器 反相积分器 回顾 36 1 设t 0时 uo1 UOM uc 0 0 uo 0 u1 u1 0 uo1保持 UOM 三角波发生器电路2 续 37 u1 2 t 0 t1 uo1 0 UOM uo 0 0 uo1从 UOM UOM 三角波发生器电路2 续 38 3 t t1 t2 uo1 t1 UOM uo t1 U L uo1从 UOM UOM 三角波发生器电路2 续 39 4 t t2 t3 uo1 t2 UOM uo t2 U H u