滞回比较器电路设计

课程设计说明书课程名称： 电子技术课程设计 设计题目： 滞回比较器电路设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1502班 姓 名： 王佳岩 学 号： 9 指导教师： 设计时间： 2017年6月19日2017 年6月30日目 录1 . 概述 12 . Multisim单元电路设计、仿真及原理介绍12.1. 电源设计 12.2. 滞回比较器 22.3. 窗口比较器电压部分 43.2.1 窗口比较器 43.2.1 窗口比较器的限幅 53.2.1 总电路图 53. 仿真测试 64. 设计心得体会 75. 参考文献 96. 附录 101 概述压比较器可以看作是放大倍数接近无穷大的运算放大器。电压比较器的功能: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): 当+输入端电压高于-输入端时，电压比较器输出为高电平; 当+输入端电压低于-输入端时，电压比较器输出为低电平。电压比较器的作用:它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此人们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有:滞回比较器和窗口比较器。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定运算参数，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关(高低电平)量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。可用作电压比较器的芯片:所有的运算放大器。常见的有LM324 LM358 uA741 TL081234 OP07 OP27，这些都可以做成电压比较器(不加负反馈)。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合，其实它们也是一种运算放大器。2 Multisim单元电路设计、仿真及原理介绍2.1电源设计桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。或在比较器的正反馈电路中增加外部滞回电路, 正反馈的作用是确保输出在一个状态到另一个状态之间快速变化, 使比较器的输出的模糊状态时间达到可以忽略的水平, 如果在正反馈中加入滞回电路可减缓这种频繁跳变。电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。或在比较器的正反馈电路中增加外部滞回电路, 正反馈的作用是确保输出在一个状态到另一个状态之间快速变化, 使比较器的输出的模糊状态时间达到可以忽略的水平, 如果在正反馈中加入滞回电路可减缓这种频繁跳变。1.桥式整流电路电感滤波缺点：存在铁心，笨重、体积大，易引起电磁干扰，一般只适应于低电压、大电流的场合。1.桥式整流电路 流过每个二极管平均电流为： 0.5倍的负载电流平均值。（平均值是指一个周期内通过的平均电流）。每个二级管都只有在半个周期内工作。2.单相桥式整流电路输出不带电解电容滤波的，输出电压为变压器次级电压（有效值）的0.9倍。经整流后输出的直流电压，平滑程度较差（波形是脉动直流），稳定性比较差。3.单相桥式整流电路输出带电解电容滤波的，输出电压为变压器次级电压（有效值）的1.2倍。经整流滤波后输出的直流电压，平滑程度较好（波形接近一条直线），但其稳定性仍比较差。4.单相桥式整流电路输出带电解电容滤波带稳压电路的，输出电压由稳压电路决定。经过整流，滤波，稳压（稳压管在电路中起稳压作用），输出的直流电压，平滑程度好（波形是一条直线），其稳定性比较好。图一为电源部分。图2-1 电源电路2.2 滞回比较器 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。长期以来, 模拟比较器的使用一直处在它的“同伴”运算放大器的阴影之中。设计人员发表了大量针对运算放大器的应用笔记, 而关于比较器的应用笔记较少。正是由于缺少比较器的应用资料, 很多用户希望Maxim应用部能够在如何建立比较器滞回电压方面提供帮助。本文针对这一需求, 介绍在一些常用的比较器电路中建立滞回电压的方法, 并且讨论了提高噪声抑制能力和系统稳定性有关措施。关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后”, 或阻碍前一状态的变化。工程中, 常用滞回描述非对称操作, 比如, 从A到B和从B到A是互不相同。在磁现象、非可塑性形变以及比较器电路中都存在滞回。 绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为5mV到10mV。内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。或在比较器的正反馈电路中增加外部滞回电路, 正反馈的作用是确保输出在一个状态到另一个状态之间快速变化, 使比较器的输出的模糊状态时间达到可以运算放大器在开环状态下可以用作比较器, 但是一旦输入信号中有少量的噪声或干扰, 都将会在两个不同的输出状态之间产生不期望的频繁跳变。用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。或在比较器的正反馈电路中增加外部滞回电路, 正反馈的作用是确保输出在一个状态到另一个状态之间快速变化, 使比较器的输出的模糊状态时间达到可以忽略的水平, 如果在正反馈中加入滞回电路可减缓这种频繁跳变。首先, 看一下比较器的传输特性。图2-1所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性, 图2-2所示为实际比较器的传输特性。从图2-1可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(VIN)增大到2mV时才开始改变。图2-1理想比较器的传输特性图2-2滞回比较器的传输特性 滞回比较器部分如图2.2图2-3 滞回比较器在任意电平比较器中，如果将集成运放的输出电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反馈，就可以构成滞回比较器， 所示。它的门限电压随着输出电压的大小和极性而变。从图2-2可知，它的门限电压为： （2-1）而uo = UOM，根据上式可知，它有两个门限电压（比较电平），分别为上门限电压UH和下门限电压UL，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度。U=UH UL （2-2）2.3 窗口比较器电压部分 2.3.1 窗口比较器比较器有二大类,简述如下: 1.模拟比较器 将模拟量与一标准值进行比较,当高于该值时,输出高(或低)电平.反之,则输出低(或高)电平.例如,将一温度信号接于运放的同相端,反相端接一电压基准(代表某一温度),当温度高于基准值时,运放输出高电平,控制加热器关闭,反之当温度信号低于基准值时,运放输出低电平,将加热器接通.这一运放就是一个简单的比较器,因为输入与输出同相,称为同相比较器.有的模拟比较器具有迟滞回线,称为迟滞比较器,用这种比较器,有助于消除寄生在信号上的干扰. 2.数字比较器 用来比较二组二进制数是否相同,相同时输出(或低)高电平,反之,则输出相反的电平. 最简单的数字比较器是一位二进制数比较器,是一个异或门(或同或门). 窗口比较器,窗口比较器原理是什么? “窗口比较器”又叫“双限比较器”，是指在输入信号的上升沿和下降沿翻转电压不同的比较器，两个电压之间的值为窗口宽度。 窗口比较器常用两个比较器组成（双比较器），它有两个阈值电压VTHH（高阈值电压）及VTHL（低阈值电压），与VTHH及VTHL比较的电压VA输入两个比较器。图2-4窗口比较器2.3.2 窗口比较器的限幅 图2-5 窗口比较器的限幅2.3.3 总电路图图2-6 总电路图3 仿真测试调节滑动变阻器R4，改变输入信号的电压，观察输出信号的改变。图3-1仿真测试结果1当输入信号为大于5V时，输出信号为-3.图3-2仿真测试结果2当输入信号为2V到5V之间时，输出为3V不变。图3-3仿真测试结果3当输入信号为小于2V时，输出信号为-3V。符合题题。4 设计心得体会在这次的模电课程设计中，我们对模电数电有了更清晰的认识。但是在一开始看见题目的时候，还是比较头疼的，不知道如何下手，但是随着慢慢的摸索，思路慢慢的出现了。这之间变化还是蛮大的，从最开始的不愿意动手到后来的因为一个环节没搞清楚而搞一晚上，这样的大反差让我们更进一步的了解了模拟电子技术这一门深奥而实用的课程。课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中加深了我们对模拟电路和数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的模电实验只是针对某一个小的功能设计，而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，这需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计，进而一步步调试排除错误，老师提供了多种不同类型的题目，这个任务难度相对适中，难度系数也比较适合，因此我们选择了这个题目。最初拿到题目之时，觉得无从下手，而且时间也的确非常紧迫。可能是由于模电数电这两门，特别是模电这门课程学过很久了，内容有些生疏，不得不翻出以前的课本，大致的浏览一下，即使不成竹于胸，也能初步的了解。通过浏览，很多的知识因此回忆起来了。但是问题并没有得到根本性的解决。首先，我只是知道此次的课程设计任务需要的一些集成芯片，例如电压比较器、DA转换器、稳压二极管管等。但是并不知道如何把它们组合起来，组成一个系统的，模块清晰，能够很好完成功能的整体。于是我们上网搜，图书馆查阅资料，看书，问同学。终于能够从整体上来把握。思路也逐渐的清晰了起来，整体的框架在我的脑海里慢慢的显现。很快，便有了整体的方案。把这个任务分成几个比较系统的模块，分别是电压源拨快、限幅模块和窗口比较器模块。接下来分别考虑了分块电路的细节。最后如期的完成了初步的设计雏形。有了方案的指导，接下来的几天就相对比较容易搞定，需要做的就是连接好电路，尽管这是一项依葫芦画瓢的步骤，但是要求的是绝对的用心和细致，稍有错误，就很难在错综复杂的线路中检查出来，有时候就是一个小问题，却会浪费了我们很多时间，这印证了一句话“细节决定成败！”不管做的实验有多么复杂或者多么简单，我们都应该抱着一颗谨慎细致的心去完成它，遇到困难不毛躁，一个个排除，一定会得到我们想要的结果的。虽然只有短短一周的课程设计，但是我们有许多的感想，总结起来如下：我觉得在做任何事情之前都必须的有一个大的纲领，也就是一个方向和目标，好让你不会走错路和走弯路。当然，这个的前提是纲领是对的。就这里而言，也就是我们的设计方案了。不难看出，所有的东西都是围绕着这个方案在进行的，那么我们就宁愿多花些时间在方案的完备性上，也就是常言道的“磨刀不误砍柴工”。没有准确的做好这一步，后面也无从谈起。从事我们这一行的必须要有动手能力。有了方案，就必须能够准确的实施，并且能够在实施的过程中不断的去纠正它，控制它，通过实验结果的反馈来改进最初的方案，最终又能够完善最初的方案，使之成熟。如果很好的保持了这样一个良性的循环。做出来的方案又怎么会不够完美呢？而且，动手的过程需要的是细致，耐心，准确。不要把这个过程当作是一个机械的操作，而是要带着你的设计思想，在思考中行进。不怕做的慢，因为熟能生巧，多多练习即可加强熟悉程度。虽然此次并没有在这个过程中遇到很大的困难，但是实际当中，动手能力是我们急需加强的一项技能。本次课程设计还让我们认识到要有取有舍，考虑最适合而不是最优。现实中，只能是理论上的最优。而在实际的步骤中，就需要我们进行取舍，留，去掉什么，都是要求我们认真考虑的，我坚持的一个原则就是，从整体上考虑，在无法避免的情况之下，可以牺牲部分模块的完备性来保证整体的实现和优化。当然，如果能够找到一种替代的方案或者模块，是最理想不过的了。总的来说，这次的任务完成的不错。使我对模拟数电这两门课有了进一步了解。我过去没有过自己设计实验，所以锻炼了我学习的主动性。把课堂上学到书本知识灵活的应用到了实际操作当中，同时，这让我更深刻地认识到做事要细心、耐心，学会发现问题，敢于面对问题，思考如何解决问题。最主要的我想还是一个整体的思路而不是局限于一个部分。通过整体性能与部分模块的博弈而选出最佳的方案。这才是最大的收获。而从小的方面来说，通过此次的模电设计，能够很好的理解到这