模拟电子技术：第23讲 电压比较器

1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(1) (1) 简单比较器简单比较器(2) (2) 滞回比较器滞回比较器(3) (3) 窗口比较器窗口比较器一、电压比较器一、电压比较器第五节第五节 电压比较器电压比较器 对两个输入电压进行比较和鉴别的电路对两个输入电压进行比较和鉴别的电路由工作在非线性区的运放构成由工作在非线性区的运放构成( (开环开环或或正反馈正反馈) )输出为输出为高电平高电平或或低电平低电平1 1、分类、分类 过零比较器过零比较器非过零比较器非过零比较器 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2、功能及应用、功能及应用(1) (1) 波形变换波形变

2、换(2) (2) 整形作用整形作用(3) (3) 模数变换模数变换(4) (4) 越限报警越限报警 电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换、模数电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换、模数转换以及越限报警等许多场合。转换以及越限报警等许多场合。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学使比较器输出电压产生跃变时的输入电压使比较器输出电压产生跃变时的输入电压3 3、工作特性、工作特性(1) (1) 阈值电压阈值电压 UTH即即 U+ = U-时的时的Ui值值(2) (2) 传输特性传输特性)(ioufu Uo与与Ui在直角坐标系的关系在直角坐标系的关系 电压幅度鉴别准确、稳定、输

3、出电压反应迅速、电压幅度鉴别准确、稳定、输出电压反应迅速、抗干扰能力强抗干扰能力强 4 4、对比较器的要求、对比较器的要求 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、过零比较器（零电平比较器）：、过零比较器（零电平比较器）：参考电压为零的比较器参考电压为零的比较器二、简单比较器二、简单比较器oHoUUUU,oLoUUUU,跃变oUUU,V0THU阈值电压为：阈值电压为： 临界条件临界条件模拟信号模拟信号ui与一个固定的参考电压与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别进行比较和鉴别按输入方式不同，分为按输入方式不同，分为反相输入反相输入和和同相输入同相输入两种两种反相输入过零比较

4、器反相输入过零比较器 oLoiUUu , 0oHoiUUu , 0跃变oiUu, 0 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（c）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（1 1）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电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素：)(ioufu （b）输出高电平）输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL（a）阈值电压）阈值电压UTH 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 写出写出 U-、U+的表达式，的表达式，令令U - U + ，求解出的求解出的

5、ui即为即为UTH； 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； 根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定决定输出电压输出电压的跃变方向。的跃变方向。（2 2）电压比较器的分析方法：）电压比较器的分析方法：画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高( (正向过程正向过程) )和输入电压由最高到最低和输入电压由最高到最低( (负向过程负向过程) )两种情况下，输出电两种情况下

6、，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。压的变化规律，然后画出传输特性。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学V0THU阈值电压为：阈值电压为： oHoiUUu , 0oLoiUUu , 0跃变oiUu, 0同相输入过零比较器同相输入过零比较器 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学输出端加双向稳压管输出端加双向稳压管反馈回路接双向稳压管反馈回路接双向稳压管电压传输特性电压传输特性 (3)(3)输出限幅输出限幅ZOHUUZOLUU对称限幅对称限幅 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学限幅电路和及过压保护电路限幅电路和及过压保护电路输入保护输入保护非

7、对称限幅非对称限幅ZOHUUVUOL2 . 0 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学过零比较器及波形变换过零比较器及波形变换(a)电路图；电路图；(b)传输特性；传输特性；(c)输入正弦波；输入正弦波；(d)uo输出方波；输出方波；(e)经经RC微分电路的输出波形；微分电路的输出波形；(f)经二级管限幅后的正脉冲经二级管限幅后的正脉冲 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2、任意电平比较器（非过零比较器）、任意电平比较器（非过零比较器） (1) (1) 简单的任意电平比较器简单的任意电平比较器 电压传输特性电压传输特性 oHoRiUUUu,跃变oRiUUu,

8、oLoRiUUUu,RTHUU 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2) (2) 电平检测比较器电平检测比较器 电压传输特性电压传输特性 21RUURUuRi求出阈值电压：求出阈值电压： RTHURRU21 只要改变参考电压只要改变参考电压U UR R的的大小和极性大小和极性，以及，以及电阻电阻R R1 1和和R R2 2的阻值的阻值，就可以改变阈值，就可以改变阈值电压的大小和极性电压的大小和极性 。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学n运放开环运放开环n一个阈值一个阈值n结构简单结构简单n灵敏度高灵敏度高n抗干扰能力差抗干扰能力差3 3、简单比较器的特点：

9、、简单比较器的特点：如果输入信号因干扰在阈值如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在附近变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生跳变，可能使输出状态产生误动作。误动作。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、滞回比较器（施密特触发器）三、滞回比较器（施密特触发器）UR是某一固定电压，改变是某一固定电压，改变UR值能改变阈值。值能改变阈值。 当输入信号当输入信号u ui i逐渐增大或逐渐减小时，有两个不相等逐渐增大或逐渐减小时，有两个不相等的阈值，其传输特性具有的阈值，其传输特性具有“滞回滞回”曲线的形状。曲线的形状。

10、 滞回比较器也有滞回比较器也有反相输入反相输入和和同相输入同相输入两种方式。两种方式。运放引入运放引入正反馈，正反馈，目的是目的是加速加速输出状态的跃变，输出状态的跃变，使运放经过线性区过渡的时间缩短使运放经过线性区过渡的时间缩短 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学当当u ui i足够低时，足够低时，u uo o为高电平，为高电平，U UoHoH=+U=+UZ Z；当；当u ui i从足够低逐渐上升从足够低逐渐上升到阈值到阈值U UTH1TH1时。时。u uo o由由U UoHoH跳变到低电跳变到低电平平U UoLoL= =U UZ Z 1. 1. 反相滞回比较器反相滞回比较

11、器（1 1）正向过程）正向过程 3223232RRURURRRRUUUUoHRoHRR322332231RRURURRRURURUZRoHRTH 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学当当u ui i足够高时，足够高时，u uo o为低电平。为低电平。U UoLoL= =U UZ Z。u ui i从足够高逐渐下降使从足够高逐渐下降使u uo o由由U UoLoL跳跳变为变为UoUoH H的阈值为的阈值为U UTH2TH2 1. 1. 反相滞回比较器反相滞回比较器（2 2）负向过程）负向过程 3223232RRURURRRRUUUUoLRoLRR322332232RRURURRRU

12、RURUZRoHRTH 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（3 3）应用）应用滞回比较器能将连续变化的周期信号变换为矩形波滞回比较器能将连续变化的周期信号变换为矩形波 比较器的波形变换比较器的波形变换 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 2. 同相滞回比较器同相滞回比较器oLRTHURRURRU32321)1 (oHRTHURRURRU32322)1 (UUTHTH=U=UTH1TH1U UTH2TH2称为称为回差回差 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 滞回比较器由于有回差电压存在，大大提高了电路的滞回比较器由于有回差电压存在，大大提

13、高了电路的抗干扰能力，抗干扰能力，回差回差UUTH TH 越大，抗干扰能力越强越大，抗干扰能力越强。因为输。因为输入信号因受干扰或其他原因发生变化时，只要变化量不超入信号因受干扰或其他原因发生变化时，只要变化量不超过回差过回差UUTHTH，这种比较器的输出电压就不会来回变化。，这种比较器的输出电压就不会来回变化。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、窗口电压比较器四、窗口电压比较器n特点特点：输入信号单方向变化：输入信号单方向变化( (例如例如uiui从足够低单调从足够低单调升高到足够高升高到足够高) )，可使输出电压，可使输出电压uouo跳变两次，其传跳变两次，其传输特性形似窗口，称为窗口比较器。输特性形似窗口，称为窗口比较器。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（1 1）简单比较器简单比较器：开环；一个阈值；单限：开环；一个阈值；单限（2 2）滞回比较器滞回比较器：闭环；两个阈值；单限；具有滞回特性：闭环；两个阈