第7章-电压比较器.ppt

1,7.4.1简单电压比较器,7.4.2迟滞比较器,7.4.3窗口比较器,第七章信号的非线性处理,2,电压比较器的主要作用是进行电平检测。,第一节简单电压比较器,利用电压比较器进行电平检测波形示意图,3,功能:比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系);用途：可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作电平检测、波形产生和变换电路等。,2运放的工作状态比较器电路中的运放一般在开环或正反馈条件下工作，运放的输出电压只有正和负两种饱和值，即运放工作在非线性状态。在这种情况下，运放输入端“虚短”的结论不再适用，但“虚断”的结论仍然可用。,1电压比较器的功能,4,常用的电压比较器有：,零电平比较器(过零比较器)非零电平比较器(单限比较器)迟滞比较器（滞回比较器）窗口比较器(双限比较器),3电压比较器的类型,5,（1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输入电压称之为阈值电压或门限电平。（2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。（3）灵敏度：输出电压跳变的前后，输入电压之差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高，抗干扰能力就越差。零电平和非零电平比较器的灵敏度取决于运放从一个饱和状态转换到另一个饱和状态所需输入电压的值，而迟滞比较器的灵敏度等于两个阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。（4）响应时间：输出电压发生跳变所需的时间称之为响应时间。,4、电压比较器的性能指标,6,5电压比较器的分析方法,若U-U+则UO=-UOM；若U-U+则UO=+UOM。只有当U-=U+时，输出状态才发生跳变；反之，若输出发生跳变，必然发生在U-=U+的时刻。虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！,理想情况,实际情况,电压比较器在输出状态跳变过程中，运放可视为在线性区工作。,按理想情况分析,7,注意：,称之为同相比较器,称之为反相比较器,8,UR,UR为参考电压(阈值电压：P285定义),当uiUR时,uo=+Uom当uiUB,单限比较器和滞回比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测输入电压是否在两个给定电压VA、VB之间，而窗口比较器具有这一功能。其电路及传输特性曲线如右下图所示：,52,由图可知：当uIUB,注意:连接,下台阶,上台阶,UOA2,UOA1,53,当uIUA时：A1的输出端为高电平，A2的输出端为低电平，则二极管D1导通，D2截止，输出电压uO也是高电平。特性曲线如右图所示：,其中：UAUB,双限比较器工作原理,54,当UBuIUB,双限比较器工作原理,55,双限比较器及其传输特性动画,56,由两个简单比较器组成的窗口比较器,（a）电路图（b）传输特性,注意:连接法,57,窗口比较器应用三极管值分选电路,用双电压比较器LM393设计一个值分选电路，要求当被测三极管的250，LED不亮，表示不合格；当150250，LED亮，表示合格。已知电源电压Vcc=12V，三极管集电极电阻R2=2K。,58,1、根据题意要求，设计与计算Rb的阻值，调节W1使Rb回路总阻值等于设定值并连接好电路。2、根据Rb取值和被测晶体管值范围计算出Uc的正常范围，按照Uc的变化范围在万用表帮助下调节W2、W3到设定的上限UREF1与下限电压UREF2。3、测量被测三极管的静态直流电压并记录，判断三极管是否处于放大状态，如不是放大状态则检查电路是否连接有误或Rb取值设计不当，装入一些已知直流值的晶体三极管，验证电路工作情况。,59,单限比较器：电路只有一个阈值电压，输入电压uI逐渐增大或减小过程中，当通过UT时，输出电压uO产生跃变，从高电平UOH跃变为低电平UOL，或者从UOL跃变为UOH。滞回比较器：电路有两个阈值电压，输入电压uI从小变大过程中使输出电压uO产生跃变的阈值电压UT1，不等于从大变小过程中使输出电压uO产生跃变的阈值电压UT2，电路具有滞回特性。窗口比较器：电路也有两个阈值电压，输入电压uI从小变大或从大变小过程中使输出电压uO产生两次跃变。,总结,60,比较器在最常用的简单集成电路中排名第二，仅次于排名第一的运算放大器。在各类出版物中可以经常看到运算放大器的理论，关于运算放大器的设计和使用方法的图书也非常多，可是我们却很难找到关于比较器的理论研究，究其原因，比较器本身功能十分简单，只用于比较电压。,在开环或高增益配置中用运算放大器代替比较器是十分常见的，虽然最好是使用专门优化的比较器，但是用运算放大器代替比较器也是可的。运算放大器是一种为在负反馈条件下工作设计的电子器件，设计重点是保证这种配置的稳定性，压摆率和最大带宽等其它参数是放大器在功耗与架构之间的折衷选择；相反，比较器是为无负反馈的开环结构内工作设计的，这些器件通常不是通过内部补偿的，因此速度即传播延迟以及压摆率（上升和下降时间）在比较器上得到了最大化，总体增益通常也比较小。用运算放大器代替比较器不会使性能得到优化，而且功耗速度比将会很低。如果反过来，用比较器代替运算放大器，情况则会更坏。通常情况下比较器不能代替运算放大器，在负反馈条件下，比较器很可能会出现工作不稳定的情况。总之，可以说，比较器和运算放大器是不能互换的，低性能设计除外,小资料,小资料,61,电源电压:比较器与运算放大器工作在同样的电源电压，传统的比较器需要15V等双电源供电或高达36V的单电源供电，这些产品在工业控制中仍有需求，许多厂商也仍在提供该类产品。市场发展趋势:目前大多数应用需要比较器工作在电池电压所允许的单电源电压范围内，而且，比较器必须具有低电流、小封装，有些应用中还要求比较