电压比较器和555

1、6.3 电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器一、概述一、概述1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。电压比较器的功能：比较电压的大小。 广泛用于各种报警电路。广泛用于各种报警电路。 输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。果，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

2、）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）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向3. 几种常用的电压比较器几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

3、变一次。回差电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压T2T1UUU4 4、集成运放的非线性工作区、集成运放的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：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。放的输入端，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

4、为UD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 UD2 UOL( UZ2 UD1)UOH UOL UZUOH UZ UOL UD 不可缺少！不可缺少！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，的表达式，令令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

5、 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定）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输出电压电压的跃变方向。的跃变方向。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= uO1= 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。CCVEEV特点：特点：1. 无需限幅电路，根据电源电

6、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。五、集成比较器五、集成比较器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。讨论三讨论三 已知各电压比较器的电压传输特性如图

7、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：讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。求解图示各电路的电压传输特性。AuIUREFuO6.4.1 555定时器的结构和工作原理定时器的结构和工作原理71COTHTR+UCCuo5k

8、5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSD电平触发端电平触发端电压控制端复位端电平有效放电端4.516V71COTHTR+UCCuo5k5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSD001R=0时，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V导通。71COTHTR+UCCuo5k5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSDR=0时，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V饱和导通。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3时，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。2UCC/3UCC/3001171COTHTR+UCCuo5k5k5kV26

9、5843R + +A1 + +A2DQQRDSDR=0时，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V饱和导通。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3时，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。2UCC/3UCC/31001R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3时，RD=1、SD=1，Q、Q不变，uo不变，V状态不变。1171COTHTR+UCCuo5k5k5kV265843R + +A1 + +A2DQQRDSDR=0时，Q=1 、Q=0 ，uo=0，V饱和导通。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3时，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。2UC

10、C/3UCC/31100R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3时，RD=1、SD=1，Q、Q不变，uo不变，V状态不变。R=1、UTH2UCC/3、UTRUCC/3时，RD=1、SD=0，Q=0、Q=1，uo=1，V截止。6.4.2 单稳态触发器单稳态触发器2UCC/3CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoUCCuiuotttP00(a) 电路(b) 工作波形uct0输出脉冲宽度 tp。 tp1.1RC2UCC/3CRui8 47 3 6 5552 5 10.01FuoUCCuiuotttP00uct0接通UCC后瞬间，UCC通过R对C充电，当uc上升到2UCC/3时，

11、比较器A1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管V导通，C通过V放电，电路进入稳态。ui到来时，因为uiUCC/3，使A20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管V截止，UCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器A2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2UCC/3时，比较器A1输出为0，将触发器置0，电路输出uo0，V导通，C放电，电路恢复到稳定状态。uo&uiuAuo(a) 电路示意图(b) 波形图单稳态触发器uououiuAtp单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用uiuotpCR1uc8 47 3 6 5552 5 10.

12、01FuoUCCR2ucuotttP1tP20UCC/32UCC/30(a) 电路(b) 工作波形接通UCC后，UCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2UCC/3时，uo=0，V导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到UCC/3时，uo又由0变为1，V截止，UCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。6.4.3 无稳态触发器无稳态触发器CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoUCCR2ucuotttP1tP20UCC/32UCC/30第一个暂稳态的脉冲宽度 tp1，即 uc从 UCC/3 充电上升到 2UCC/3 所需的时间：t

13、p10.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度 tp2，即 uc从 2UCC/3 放电下降到 UCC/3 所需的时间：tp20.7R2C振荡周期：Ttp1tp20.7(R12R2)CC1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1UCCR2(a) 电路(b) 工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+UCCuiuott00(a) 电路(b) 工作波形+U

14、CC1uouCOUT+UT2UCC/3UCC/3控制电压调节回差（1）0iu时，RD=1、SD=0，触发器置 1，即1Q、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2UCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。6.4.4 施密特触发器施密特触发器Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+UCCuiuott00(a) 电路(b) 工作波形+UCC1uouCOUT+UT2UCC/3UCC/3控制电压调节回差（1）0iu时，RD=1、SD=0，触发器置 1，即1Q、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2UCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。（2）ui升高到 2UCC/3 时

15、，比较器 A1输出跳变为 0、A2输出为 1，触发器置0，即跳变到0Q、1Q，uo1、uo也随之跳变到 0。此后，ui继续上升到最大值，然后再降低，但在未降低到 UCC/3 以前，0o1u、0ou的状态不会改变。Rui8 46 7 555 32 5 1uo1+UCCuiuott00(a) 电路(b) 工作波形+UCC1uouCOUT+UT2UCC/3UCC/3控制电压调节回差（1）0iu时，RD=1、SD=0，触发器置 1，即1Q、0Q，uo1uo1。ui升高时，在未到达 2UCC/3 以前，uo1uo1 的状态不会改变。（2）ui升高到 2UCC/3 时，比较器 A1输出跳变为 0、A2输出为 1，触发器置0，即跳变到0Q、1Q，uo1、uo也随之跳变到 0。此后，ui继续上升到最大值，然后再降低，但在未降低到 UCC/3 以