电压比较器原理

1、第二十四讲 电压比较器一、概述一、概述二、单限比较器二、单限比较器三、滞回比较器三、滞回比较器四、窗口比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器五、集成电压比较器一、概述一、概述1. 电压比较器的功能：电压比较器的功能：比较电压信号比较电压信号( (被测试信号与被测试信号与标准信号标准信号) )大小大小。广泛用于各种报警电路和鉴幅。广泛用于各种报警电路和鉴幅。比较器比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在测量、控制、是组成非正弦波发生电路的基本单元，在测量、控制、D/AD/A和和A/DA/D转换电路中应用广泛。转换电路中应用广泛。 输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，输入电压是连续

2、的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。只有高电平和低电平两种情况。 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。2. 电压比较器的描述方法电压比较器的描述方法 :电压传输特性电压传输特性 uOf(uI)电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平）输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL；（2）阈值电压）阈值电压UT；（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向，即是从）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向，即是从UOH跃变为跃变为UOL，还是从，还是从UOL跃变为跃变为UOH。3.3.几种常用的电压比较器几

3、种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：）窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性）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。回差电压调变化使输出电压只跃变一次。回差电压T2T1UUU4.4.集成运放在比较器中的应用（集成运放在比较器中的应用（非线性工作区非线性工作区）电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈电路特征

4、：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点集成运放工作在非线性区的特点1) 净输入电流为净输入电流为02) uP uN时，时， uOUOM uP 0 时时 uO UOM; uI 0 时时 uO UOM 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。的输入端，需加输入端限幅电路。集成运放的净输入集成运放的净输入电压最大值为电压最大值为UD1.1.过零比较器过零比较器输出限幅电路输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH UZ1 U

5、D2 UOL( UZ2 UD1)UOH UOL UZUOH UZ UOL UD 不可缺少！不可缺少！期限流作用期限流作用输出限幅电路输出限幅电路uO UZ（1）保护输入端）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：电压比较器的分析方法：（1 1）写出写出 uP、uN的表达式，令的表达式，令uP uN，求解出的，求解出的 uI即为即为UT；（2 2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向

6、。电压的跃变方向。（利用电压并联负反馈来实现利用电压并联负反馈来实现）问题：问题：过零比较器如图所示，过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？输出波形是怎样的？vIOT 2 3 4 ttvOVOHOVOL传输特性传输特性uIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ将正弦波变为矩形波将正弦波变为矩形波2.2.一般单限比较器一般单限比较器得令, 0PNI211REF212NuuuRRRURRRu（1）若要）若要UTURH时，时，uO1= uO2= UOM，D1导通，导通，D2截止；截止； uO= UZ。 当当uIURH时，时，uO2= uO

7、1= UOM，D2导通，导通，D1截止；截止； uO= UZ 。 当当URLuI URH时，时， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截止；均截止； uO= 0。前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。五、集成比较器五、集成比较器1.1.集成电压比较器的主要特点和分类：集成电压比较器的主要特点和分类：1)1)具有较高的开环差模增益；具有较高的开环差模增益；2)2)具有较快的响应速度；具有较快的响应速度；3)3)具有较高的共模抑制比和

8、允许共模输入电压较高；具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4)4)具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。分类：分类：单、双和四电压比较单、双和四电压比较通用型、高速型、低电压型和高精度型通用型、高速型、低电压型和高精度型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型2.2.集成电压比较器的基本接法集成电压比较器的基本接法1)通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器AD790(P435)引脚图引脚图+12V单单电源供电源供电，逻电，逻辑电源辑电源为为5V。5V双电双电源供电，源供电，逻辑电源逻辑电源为为5

9、V。1 15V双双电源供电，电源供电，逻辑电源逻辑电源为为5V。2)集电极开路集成电压比较器集电极开路集成电压比较器LM119金属封装的管脚图金属封装的管脚图反相输入反相输入2同相输入同相输入2电路为双限比较器，电路为双限比较器，能实现线与功能能实现线与功能图图8.2.16由由LM119构成的双限比较器及构成的双限比较器及其电压传输特性其电压传输特性3)说明说明（1）单电源供电时，负电源端）单电源供电时，负电源端-VS应接地。应接地。（2）管脚）管脚8接逻辑电源，计作接逻辑电源，计作VLOgic，其值决定于负载所需高，其值决定于负载所需高电平；为了驱动电平；为了驱动TTL电路，迎接电路，迎接+

10、5V。（3）管脚）管脚5位锁存控制端，当它位低电平时，锁存输出信号。位锁存控制端，当它位低电平时，锁存输出信号。（4）电路中电容均为耦合电容，用于滤去比较器输出产生变）电路中电容均为耦合电容，用于滤去比较器输出产生变化时电源电压的波动。图化时电源电压的波动。图B中的中的510欧姆电阻是输出高电平时欧姆电阻是输出高电平时得上拉电阻。得上拉电阻。（5）集电极开路集成电压比较器）集电极开路集成电压比较器LM119输出采用了输出采用了“线与线与”。一般比较器不可以采用，否则当两个输出电压产生冲突时，一般比较器不可以采用，否则当两个输出电压产生冲突时，会因输出回路电流国大造成器件损坏。会因输出回路电流国

11、大造成器件损坏。CCVEEV特点：特点：1. 无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；2. 可直接驱动集成数字电路；可直接驱动集成数字电路；3. 响应速度快；响应速度快；4. 可具有选通端；可具有选通端；5. 电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。某型号集成比较器的等效电路某型号集成比较器的等效电路讨论二讨论二已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示，）所示，试求解图（试求解图（b）（）（e）各电路的电压传输特性。）各电路的电压传输特性。求解过程

12、：见西提解答的求解过程：见西提解答的P251例例8.1.9；P254的例的例8.1.10讨论三讨论三 已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为们各为哪种电压比较器；输入电压为5sint (V)，画出各，画出各电路输出电压的波形。电路输出电压的波形。 你能分别组成具有图你能分别组成具有图示电压传输特性的电压示电压传输特性的电压比较器电路吗？比较器电路吗？同相输入同相输入单限比较器单限比较器反相输入反相输入滞回比较器滞回比较器窗口窗口比较器比较器清华大学 华成英 讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。图一：与图一：与P278P278的的8.148.14的的d d图相似图相似图二：与图二：与P278P278的的8.148.14的的e e图相似图相似课上讲解课上讲解R