第1章非线性运算电路

1、10.5 电压比较器 电压比较器的功能是比较两个输入电压值的大小，比较结果以输出两个不同数值的恒定电压表示。 用集成运放构成比较器时，运放通常是开环或正反馈连接方式，工作在饱和区，虚断成立，但虚短不成立。 10.5.1 单限比较器 单限电压比较器如图10.5.1(a)所示。图中所示。图中vI从反相端输入，称为反相单限电压比较器，简称为反相比较器。 VR是参考电压，输出电压vO表示vI与VR的比较结果。 vI vO VR A (a) 电路 vp vn )(iNiPvoidvoovvAvAv?vI vO VR A (a) 电路 vp vn 注意运放输入端开路，同相端电位vp与反相端电位vn具有较大

2、差值。 ?RIEEOsatOLRICCOsatOHOVvVVVVvVVVvvO vI (c) 同相传输特性 VOH VOL o VT =VR 传输特性如图10.5.1 (c)所示。 阈值电压或门限电压VT：使输出发生跳变的输入电压值 阈值电压或门限电压VT： )(iNiPvoidvoovvAvAv? 当VR=0时，VT=0，输出电压在输入电压过零时跳变，所以称为过零比较器。 3. 3.输出电压输出电压跳变方向跳变方向：判断输入电压上升越过阈值电压时输出：判断输入电压上升越过阈值电压时输出电压的跳变方向，即可确定传输特性。 输入电压接入运放的同相端，则输入电压上升越过阈值电压输入电压接入运放的同

3、相端，则输入电压上升越过阈值电压V VT T时，输出电压产生正跳变（同相比较器）。 输入电压接入运放的反相端，则输入电压上升越过阈值电压VT T时，输出电压产生负跳变（反相比较器）。 vO vI 同相传输特性 VOH VOL o VT =VR vO vI 反相传输特性 VOH VOL o VT =VR ?0)(021IzonOLIzonOHOvVVVvVVVv集成： 图10.5.3反相过零比较器 vI vO A R D1 D2 当vI0时，运放输出电压上升至Von+VZ1时，D2正向导通、D1击穿稳压，引入负反馈，输出电压为Von+VZ1，运放不能进入正饱和； 反相过零比较器反相过零比较器 如

4、图10.5.3所示，图中增加了稳压二极管D1和D2组成的限幅电路。 在稳压管的稳定电压满足Von+VZ1VOsat+和Von+VZ20时，运放输出电压下降至-(Von+VZ2)时，D1正向导通、D2击穿稳压，引入负反馈，输出电压为-(Von+VZ2)，运放不能进入负饱和。即 输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。 电压传输特性 )(ONPvoVVAv?过零比较器应用： 波形变换 同相 vO vI VOH VOL o 解： 补充： 图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(阈值电压)VT，画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为VOH和VOL。 利用叠加原理可得 I211RE

5、F212pvvRRRVRRR?因为vPvN0，即 0I1REF2?vRVR门限电压 REF12IT)(VRRV? v门限电压(阈值电压)VT：使输出发生跳变的输入电压值。 0I211REF212?vRRRVRRR同相 VT 10.5.2 10.5.2 集成电压比较器（略）集成电压比较器（略） 为了提高比较器的响应速度，可采用专用的集成电压比较器。 图10.5.5是集成电压比较器LM193/293/393的电路原理图、管脚图和连接成反相电压比较器。图和连接成反相电压比较器。 图10.5.5 集成电压比较器LM193/293/393电路原理图、管脚图和反相电压比较器 VSS vI vO VR IN

6、+ IN- VSS VCC LM393 R 10k VSS T2 T1 T5 T3 T6 T4 T7 T8 D3 D1 D4 D2 I1 I2 T1、T2、T3和T4组成复合共射极差分放大电路，T5和T6是有源负载，I1是差放的电流源； 单门限比较器的抗干扰能力单门限比较器的抗干扰能力 若应为高电平 错误电平 简单电压比较器是当 输入信号达到某一给定 基准电平时，立即翻转， 用来检测未知电压，具 有较高的灵敏度。但是 它易受漂移、噪声及 干扰的影响，造成误动作。 抗干扰能力较差 10.5.3 10.5.3 迟滞比较器迟滞比较器(也称为双门限比较器 ) 在迟滞比较器中，运放引入正反馈。输出电压将

7、影响阈值电压，使输入电压上升和下降过程的阈值电压不同，传输特性形成滞环状 (a) 反相迟滞比较器的传输特性 vO vI VOH VOL o VT- VT+ vO vI (b) 同相迟滞比较器的传输特性 VOH VOL o VT- VT+ 箭头表示输出跳变方向 上限阈值电压和下限阈值电压的平均值定义为中心电压上限阈值电压和下限阈值电压的平均值定义为中心电压V0。 如果中心电压为0，则是过零迟滞比较器。 1反相迟滞比较器 vI vO VR vp vn A R2 R R3 R R1 R VZ DZ 正反馈 （1）输出高电平VOH和输出低电平VOL 在运放输出正饱电压VOsat+时，稳压管DZ被击穿稳

8、压，电阻R3限流保护DZ，输出高电平： ZOHOVVv?在运放输出负饱电压VOsat-时，稳压管DZ被击穿稳压，电阻R3限流保护限流保护DZ，输出低电平 ZOLOVVv?（2）阈值电压VT+和VT- ORpvRRRVRRRv211212?使vn=vp的输入电压即是阈值电压VT，即 ORTvRRRVRRRV211212?上限阈值电压: ZRTVRRRVRRRV211212?下限阈值电压: ZRTVRRRVRRRV211212?回差电压VT: ZTTTVRRRVVV2112?中心电压是上限阈值电压和下限阈值电压的平均值中心电压是上限阈值电压和下限阈值电压的平均值 RTTVRRRVVV21202? vI vO VR vp vn A R2 R R3 R R1 R VZ DZ (a) 反相迟滞比较器的传输特性反相迟滞比较器的传输特性 vO vI VOH VOL o VT- VT+ ZRTVRRRVRRRV211212?ZRTVRRRVRRRV211212?ZOHOVVv?ZOLOVVv?2同相迟滞比较器 vI vO VR vp vn A R2 R R3 R R1 R VZ DZ （1）输出高电平VOH和输出低电平VOL ZOHVV?ZOLVV?（2）阈值电压VT+和VT- OIpvRRRvRRRv211212?使vn=vp的输入电压既是阈值电压VT，即 ORTvRRVRRRV2