模拟电子技术：第22讲 电压比较器

1、一、概述,7.4 电压比较器,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。,电压比较器的功能,通常由集成运放构成，运放处于开环或正反馈的状态。,只要在运放的两个输入端之间加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用。在分析比较器时，虚断仍成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适用。,二、分类,过零比较器,1、简单比较器,非过零比较器,2、滞回比较器,3、窗口比较器,(零电平比较器),三、比较器的工作特性,（1）阈值电压UTH,使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，即U+=U-时的UI值。,阈值是输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。此时集成运放两个

2、输入端电位相等，U+=U-所对应的UI值。,（2）传输特性曲线,比较器的输出电压Uo与输入电压UI在平面直角坐标系中的关系。,（2）输出高电平UOH和输出低电平UOL,（1）阈值电压UTH,传输特性曲线的三个要素:,（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向。,画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器具体电路，分析在输入电压由足够低变到足够高(正向过程)和输入电压由足够高到足够低(负向过程)两种情况下，输出电压的变化规律，画出传输特性。,写出u-、u+的表达式，令u-u+，求解出的uI即为UTH ； 根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； 根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入

3、端分析正向过程和反向过程输出电压的跳变方向。,电压比较器传输特性的分析方法,电压比较器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。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。,一、过零比较器,简单比较器只有一个阈值UTH,简单比较器,1、同相输入过零比较器,跳变临界条件,2、反相输入过零比较器,输出端加双向稳压管,反馈回路接双向稳压管,电压传输特性,3、限幅输出比较器,二、任意电平比较器（非过零比较器）,(1) 简单任意电平比较器,电压传输特性,同相非过零比较器,阈值电压,(2) 电平检测比较器,电压传输特性,阈值电压,只要改变

4、参考电压UR的大小和极性以及电阻R1和R2的阻值，就可以改变阈值电压的大小和极性 。,反相求和电压比较器,简单比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。,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。,三、滞回比较器,滞回比较器又称施密特触发器，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UTH1和UTH2，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。,滞回比较器电路及其传输特性,为了加速输出状态的跃变，使运放经过线性区过渡的时间缩短，输出端至同相输入端引入正反馈。,当ui足够低时，uo为高电平，UOH=

5、+UZ；当ui从足够低逐渐上升到阈值UTH1时。uO由UOH跳变到低电平UOL=UZ。,1、反相滞回比较器,（1）正向过程,正向过程的阈值UTH1为,滞回比较器有两个阈值UTH1和UTH2,当ui足够高时，uo为低电平， UOL=UZ。 ui从足够高逐渐下降使uo由UOL跳变为UOH的阈值为UTH2。,（2）负向过程,负向过程的阈值UTH2为,反相滞回比较器传输特性,（3）滞回比较器应用,滞回比较器能将连续变化的周期信号变换为矩形波。,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。,2. 同相滞回比较器,UTH=UTH1UTH2称为回差。,UR是固定电压，改变UR值能改变阈值

6、UTH1和UTH2，但并不改变回差大小。,滞回比较器的传输特性和输入电压波形如图所示。根据传输特性和两个阈值(UTH12V, UTH2=2V)可画出输出电压uo的波形。ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。,滞回比较器由于有回差电压存在，大大提高了电路的抗干扰能力，回差UTH越大，抗干扰能力越强。当输入信号因干扰或其他原因发生变化时，只要变化量不超过回差UTH，比较器的输出电压就不会来回变化。,四、窗口电压比较器,简单比较器和滞回比较器当ui单方向变化(正向过程或负向过程)时，uo只跳变一次。只能检测一个输入信号的电平，这种比较器称为单限比较器。,窗口比较器是一种双限比较器。它

7、的特点是输入信号ui单方向变化可使输出电压uo跳变两次，其传输特性如图所示。,（1）简单比较器：只有一个阈值电压UTH1。,（2）滞回比较器：具有滞回特性。 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。,五、几种常用的电压比较器,（3）窗口比较器,三种比较器的传输特性曲线,如图所示电路，A均为理想运放，电容器上初始值为零。设Ul=1V，U2= l V，求t为多少秒时Uo产生跳变?,作业7-34-36、7-38,解：,求出电压比较器的阈值UTH,当 时电路发生跳变，,解上式中方程，当 时，电平跳变。,例题1：下图所示的电平检测比较器中，已知 R1=10K， R

8、2=20K, UZ=6V 检测输入信号ui是否超出1V，试确定其基准电压UREF，并根据如图所示输入信号ui波形画出输出信号uo波形；,ui/V,2,0,t,解: (1)由题意要求阈值电压为UTH=1V,其传输特性如图所示。,解得基准电压UREF=-R2/R1UTH=-2V,+6,-0.7,0,uo/V,ui/V,根据公式,当 时，,当 时，,1,在输入波形图上作一条阈值电压UTH=1V的基准线，得如图所示输出波形。,ui/V,2,UTH=1V,0,t,uo/V,+6,-0.7,0,t,输入电压与输出电压对应波形,例题2：反相滞回比较器如图所示。电路的UR=0，UZ=6V, R1=10k，R2=15k，R3=30k，R4=3k。 （1）求比较器阈值UTH ；（2）画出电路传输特性曲线； （3）若电路输入电压的波形如下图所示。对应输入信号ui，画出电路输出电压uo波形。,解：(1)反相滞回比较器 当ui足够低时，uo为高电平，UoH=+UZ输出电压发生