电压比较器与应用.ppt

1、2021/3/28,1,3.4电压比较器与应用,2021/3/28,2,3.4.1 概述,模拟电压比较器是用来鉴别和比较两个模拟输入电压相对大小的器件。这两个模拟输入电压，可以一个是模拟输入信号，另一个是参考电压，也可以两个都是模拟输入电压。 比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系。,2021/3/28,3,比较器的输入量是模拟量，输出量是数字量，所以它兼有模拟电路和数字电路的某些属性，是模拟电路和数字电路之间联系的桥梁，是重要的接口电路。,概述,模拟量,数字量,2021/3/28,4,普通运放有时也能作比较器，只要它的输出电平被钳位在要求的逻辑电平即可。但运放电路在设计时，重点考虑的是

2、输出与输入之间的线性放大特性以及稳定性（包括频率补偿）等重要指标，而运放的响应时间一般较长。 为解决响应时间和电平匹配问题，电压比较器被设计成专用的电路，并出现了各种集成电压比较器。,3.4.1概述,2021/3/28,5,理想集成运放,运放有两个工作区：线性工作区和 非线性工作区。 （1）运算电路使用的是运放的线性区。 （2）电压比较器使用的是运放的非线性区。 如果输入信号太大，使得集成运放超过了线性放大的范围，则运放的输出电压就不再随着输入电压线性增长，此时运放达到饱和，集成运放的传输特性如图,2021/3/28,6,电压比较器电路包括差动输入级、高增益放大级和逻辑电平输出级三部分。差动输

3、入级保证比较器具有与运放可比拟的输入参数，即低的Vos、Ios和宽的共模输入电压范围等。高增益放大级保证比较器有高的分辨率和转换速率。逻辑电平输出级保证比较器可直接与各类数字逻辑电路相接口。,3.4.1概述,2021/3/28,7,比较器的技术指标主要有：分辨率的高低、比较速度的快慢、输入电压范围的宽窄，以及逻辑电平兼容性的强弱。 一个性能优良的比较器应具有高的分辨率、快的比较速度、宽的输入电压范围和强的逻辑兼容性。,3.4.1概述,2021/3/28,8,3.4.2比较器的应用,一、差动电压比较器,2021/3/28,9,差动电压比较器,2021/3/28,10,阈值电压（又称门槛电平）是使

4、比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称阈值 传输特性是比较器的输出电压与输入电压在平面直角坐标系上的关系,差动型电压比较器,2021/3/28,11,限幅电路与过电保护电路,2021/3/28,12,稳压二级管（齐纳二极管）,稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。,正向：普通二极管的特性,反向：稳压管工作在方向击穿区,2021/3/28,13,限幅电路与过电保护电路,2021/3/28,14,限幅电路与过电保护电路,2021/3/28,15,二、任意电平比较器,1.非过零

5、比较器,2021/3/28,16,二、任意电平比较器,2求和型任意电平比较器,阈值电压：,2021/3/28,17,二、任意电平比较器,2021/3/28,18,二、任意电平比较器,任意电平比较器当Vi达到比较电平时，立即翻转，用它检测信号电压时，灵敏度高，但若被测信号叠加一定的干扰信号时，可能使比较器产生振荡，造成误翻转，这就是所谓电平比较器的“振铃”现象。,2021/3/28,19,“振铃”现象,2021/3/28,20,三、滞回电平比较器,（也称“施密特触发器 ”、“滞回电平比较器”、“迟滞电平比较器”等） 克服比较器的“振铃”现象，可采用滞后比较器。 在比较器的同相端加入少量的正反馈，

6、即可构成滞后比较器。,2021/3/28,21,反相输入,同相输入,滞回电平比较器,2021/3/28,22,反相滞回电平比较器,正向过程,当 足够低时， 为高电平，VOH=+VZ,当 从足够低逐渐上升到阈值时VTH1= V+,2021/3/28,23,反相滞回电平比较器,负向过程,当 足够高时， 为低电平VOL=-VZ,从 足够高逐渐下降使由跳变为的阈值为VTH2= V+,2021/3/28,24,R1=10K，R2=15K，R3=30K，R4=3K，VR=0V，VZ=6V，根据式（3-25）和式（3-26）计算VTH1=2V, VTH2 = -2V。,2021/3/28,25,2021/3

7、/28,26,两个阈值的差值称为回差：,2021/3/28,27,滞回电压比较器,2021/3/28,28,滞后电平可用R2调节，只要V选择合适，就可消除上述“振铃”现象，从而大大提高抗干扰能力。但滞后电平V的存在，会使检测灵敏度变差，所以V不宜取得过大，通常R2 R3。,滞回电平比较器,2021/3/28,29,四、窗口比较器,窗口比较器的功能是判断输入信号电平是否在某一范围之内。 由两个任意电平比较器适当组合而构成。,2021/3/28,30,图3-43窗口电压比较器及传输特性 （a）窗口电压比较器 (b)传输特性,D1、D2作用是防止 电流回流损坏运放,电阻,为限流和电平匹配设置。,20

8、21/3/28,31,四、窗口比较器,假定参考电压VR1VR2,当Vi VR1 时，A1输出为1电平，A2输出为0电平，二极管D1导通，D2截止，晶体管T饱和导通，输出Vo为0电平。,当Vi VR2时，A1输出为0电平，A2输出为1电平，二极管D1截止，D2导通，晶体管T饱和导通，同样输出Vo为0电平。,当VR1 Vi VR2时，A1、A2的输出均为0电平，晶体管T截止，输出Vo为1电平。,2021/3/28,32,窗口比较器,VO,Vi,VR2,VR1,VL,2021/3/28,33,VO,-2V,1V,5V,Vi,2021/3/28,34,四、窗口比较器,注意 A1与A2的输出端不能直接相连，因为当A1与A2的输出电压极性相反时，将互为对方提供低阻通路而导致运放烧毁。 窗口比较器用处很多，如在产品的自动分选、质量鉴别等情况均用到它。,2021/3/28,35,3.4.2 集成电压比较器,特点： 输出的高低电平分别与数字电路的逻辑“1”和逻辑“0”电平相等，能与各种数字电路的电平兼容，有些比较器输出还可以直接驱动继电器和指示灯，且电源的选择范围较大；单电源或双电源，使用简单方便,2021/3/28,36,对集成比较器的要求,有较高的开环增益Ao，Ao越大比较器的灵敏度越高 响应速度快 有较高的CMRR和允许共模输入电压 Vos, Ios要低,2021/3/28,37,2