集成运放组成的电压比较器

1、功能及应用：主要用来判断输入信号电位之间的相对大小，它至少有两个输 入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号U,另一个则接基准电压V定门限电压(或称阀值)的U。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的 矩形波，应用于模一数转换，波形产生及变换，及越限警等。运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一 般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，U数量级，为了拓宽其线性 范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越 小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有 必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1，

2、请注意横、纵坐标标度的不&广 一=1俨从途中可化称。.以P若U发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性区 1时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存 在。若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。若用正反馈使Aodt，则可缩短状态的转换时间。分类：单限比较器迟滞比较器(Schmitt)双限比较器(窗口比较器)单限比较器U与U分别接运放两输入端的开环串接比较器，见图8.2.2口 DS B3开环剧妄比较器AU U Uo=+Uom口 DS B3开环剧妄比较器AU U Uo=+UomA U； -uk冬当 Uoc0 时，即& Uo=+Uom当

3、Uoc0 时，即珞 Uo=-Uom的广P冬可见北若把运放的同相端1与反相端互换，则与图8.2.2（b）类同迟滞比较器（正反馈比较器）其特点抗干扰能力较强。在单限比较器种，如果U受到干扰，在阀值附近回出 现U+AU （干扰信号多出现在阀值电压上，下波动以致出现条纹误翻转，而迟 滞比较器利用其传输特性的回差电压，输入的干扰信号不能使状态误翻转。1.两种迟滞比较器的传输特性 见图8.2.4（m）同相型（b）反相型图S.2.4 /希比较器传输恃性动画演示迟滞比较器在单调区间内只能变化一次；对于反相：Ui从小变到大时，Uo 一直为高电平，只有当Ui到达上门限电压 时，Uo翻转为低电平，之后随着Ui不断增

4、大，Uo始终为低；在Ui减小时，必 须减到下门限电压时，Uo才会翻转为高电平对于同相：Ui从小变到大时，Uo 一直为低电平，只有当Ui到达上门限电压时， Uo翻转为高电平，之后随着Ui不断增大，Uo始终为高；在Ui减小时，必须减 到下门限电压时，Uo才会翻转为低电平A同相型：q接运放同相端反相型：气接运放反相端均由二根传输特性(1), (2)合成，同相型.当U从低值IN、，Uo从UQLtU ；当。从高值IWU时，Uo从U IU。反相型则类同：OLOHiTLOH OLA 、，U为二个阀值，AU (回差)=、一|廿|二：U |或|u M|U |根据输出是否有箝位电路而定。OH._OL , OH ,

5、、 OL2.二种基型迟滞比较器(1)反相型迟滞比较器 见图8.2.5图8.2.5相退滞比较器Ui=U-Uo被箝位在土 Ui=U-假设U在足够低时，UU+, Uo=U =+U (始终稳定)iioff Z此时A当q从低值1 若UiNU+时，Uo从+UZ ! -UZ口，命一%三如此时 5%A当q从高值I至qw叫，Uo从-UZ t +UZ2R usA门限宽度AUt=Uth-U广乾+ %当U =0时，&邑R U无论从足够低或足够高单调增加或单调减少，Uo仅翻转一次，即过了阀值 后就维持在一种稳态。因为当过阀值电压后，Uo从低变为高或从高变为低了， 正反馈到Ur (Uth)端，使该阀值电压变高或变低了。只

6、要门限宽度AU=U -U 幅度大于U在阀值电压波动的幅度，Uo就不会翻转了，所以比单限比较器抗干 扰能力强多了。(2)同相迟滞比较器 见图8.2.63. 2.6同睥袖:屋注XXXXXX： U 和注XXXXXX： U 和Ur的位置应该互换一下u =u-1涉 U 足够低，使 U U-=Ur，Uo=U L=-UZ 若要使Uo从-UZ上升到+UZ，必须使U1 t，Z Ur 的 UUh ZZ1(初始稳态)以致使U+NU 二U才行，而此时对应R口 = u &一 -u7一 2U_=US当q从低值1，使乾*与理=夫鱼1冬+马鱼即艮 &此时Uo从-Uz t +UzA当q从高值I，使”度时所对应的Ui=UtlU

7、= Un 站 + U7 薄 U =US曷 F _即站 站 此时Uo从+Uz I -UzU = 7Jt, *十 珞 =U. 站+均 Rif _同上面反相型类同，Ui单调升或单调降，Uo只改变一次状态，过了阀值后只维 持在一种稳态上。我的理解：首先求出阀值电压；阀值电压是在放大器处在线性区域时求得的，不 过在正反馈中，线性区域很窄。在该区域，才可以用到虚断和虚短的概念。(在正反馈状态下，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的 电压才可近似等于0，才能用到虚断和虚短的)Vp=Vn=UrVr二R1*Ui/(R1+R2)+ R2*Uo/(R1+R2)( 1)而门限电压是对于输入电压来说的，

8、当输入电压大于或小于这个Uth时，输出就 会有跳变。所以当Ui= Uth时，这时的输入电压就是门限电压：而由(1)式可求出，Uth二Ui二Ur(R1+R2)/R1 - R2Uo/R1，(Uo=+-Uz)双限比较器(窗口比较器)其特点是U单调升或单调降，Uo均有两次突变，与单限比较器和迟滞比较器有 区别，因此它可以判别U是否在两个电平之间。它实际上由二个单限开环比较 器组成，D1，D2作用为隔断，Uo1，Uo2连接通路，避免Uo1，Uo2极性相反时，友光二极管/务T+15V投管友光二极管/务T+15V投管A采用上面窗口比较器可以区分三极管B是否在需要范围内，比如记为合格范 围为50B100,其它B100均要取出，则可用发光二极管亮表示一 种越限极警，不亮记为可通过即B合格。A改接一下上述输入输出回路即方便可得分析上面的等效三极管电路，e端接15v, b端通过下拉电阻接地，从而b端电 压为(15-0.7)v，c端同样接下拉电阻接地，只要c端的Ui电压比b端电压低， 就能保证集电结的反偏RH要区分3=50，100找出时应得Url及URH/ 11122 = 0.0145 1430 = 50/? = 100