几种电压比较器的说明和比较.doc

集成运放组成得电压比较器

1、 功能及应用:主要用来判断输入信号电位之间得相对大小、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Ui、另一个则接基准电压VR 定门限电压(或称阀值)得UT。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平得矩形波、应用于模－数转换、波形产生及变换、及越限警等。
2、 运放得工作状态:开环与正反馈应用:运放在线性运用时、由于开环增益一般在105以上、所以其对应得输入得线性范围很小、Ui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得线性范围越小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高得正反馈应用。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、请注意横、纵坐标标度得不同

(1) 从途中可化称
(2) 若Ui发出变化、使Uo从负波饱与值突变到正饱与值、只在经过极窄得线性区
    时、才遵循在线性工作时才特有得“虚短”、其它时刻“虚短”不复存在。
(3) 若横坐标采用与纵坐标相同得标尺、则线性部分特性与纵轴合拢。
(4) 若用正反馈使Aod↑、则可缩短状态得转换时间。
3、 分类:
(1) 单限比较器
(2) 迟滞比较器(Schmitt)
(3) 双限比较器(窗口比较器)
二、 单限比较器
1、 Ui与UR分别接运放两输入端得开环串接比较器、见图8.2.2

ΔUi>UR Uo=+Uom
ΔUi<UR Uo=-Uom
ΔUi=UR Uo发生翻转(或称突变)
UT=UR 谶纬门限电压或阀值、若UR=0称为过零比较器
Δ当Ui与UR互换位置、此时Uo以Ui=UR为对称轴与交换量对称。
2、 Ui与UR并联在运放同一输入端时得开环并接比较器 见图8.2.3

Δ在同相端可作Therenin等效

当Uoc>0时、即 Uo=+Uom
当Uoc<0时、即 Uo=-Uom
可见
Δ若把运放得同相端与反相端互换、则与图8.2.2(b)类同
三、 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Ui受到干扰、在阀值附近回出现Ui+ΔUi(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得回差电压、输入得干扰信号不能使状态误翻转。
1、 两种迟滞比较器得传输特性 见图8.2.4

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

Δ同相型:Ui接运放同相端
反相型:Ui接运放反相端
Δ均由二根传输特性(1)、(2)合成、同相型、 当Ui从低值↑≥UTH、Uo从UOL↑UOH;当Ui从高值↓≤UTL时、Uo从UOH↓UOL。    反相型则类同。
Δ UTH、UTL为二个阀值、ΔUT(回差)＝UTH－UTL
Δ |UOH|=|UOL|或|UOH|≠|UOL|根据输出就是否有箝位电路而定。
2、 二种基型迟滞比较器
(1) 反相型迟滞比较器 见图8.2.5

Ui=U－、Uo被箝位在±UZ、避免运放计入过饱与。
假设Ui在足够低时、Ui<U+、Uo=Uoff=+UZ (始终稳定)
此时
Δ当Ui从低值↑ 若Ui≥U+时、Uo从+UZ↓ -UZ
此时
Δ当Ui从高值↓至Ui≤、Uo从-UZ↑+UZ
Δ门限宽度ΔUT=UTH-UTL=
Δ当UR=0时、
ΔUi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。只要门限宽度ΔUT=UTH-UTL
幅度大于UI  在阀值电压波动得幅度、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 8.2.6

注××××××:Ui  与Ur 得位置应该互换一下
UTL=U－
设Ui足够低、使U+  < U－=UR、Uo=UoL=-UZ (初始稳态)
若要使Uo从-UZ上升到+UZ、必须使Ui↑、以致使U+≥U－=UR才行、而此时对应UR得Ui=UTH
Δ当Ui从低值↑、使
即 此时Uo从-UZ↑+UZ
Δ当Ui从高值↓、使时所对应得Ui=UTL

即 此时Uo从+UZ↓-UZ

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。
我得理解:首先求出阀值电压;阀值电压就是在放大器处在线性区域时求得得、不过在正反馈中、线性区域很窄。在该区域、才可以用到虚断与虚短得概念。
(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得电压才可近似等于0、才能用到虚断与虚短得)
Vp=Vn=Ur
Vr=R1*Ui/(R1+R2)+ R2*Uo/(R1+R2)      (1)
而门限电压就是对于输入电压来说得、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、这时得输入电压就就是门限电压:
而由(1)式可求出、Uth=Ui=Ur(R1+R2)/R1 – R2Uo/R1、(Uo=+-Uz)
四、 双限比较器 (窗口比较器)
其特点就是Ui单调升或单调降、Uo均有两次突变、与单限比较器与迟滞比较器有区别、因此它可以判别Ui就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、互为对方提供低阻通路而造成运放损坏。

ΔUi<URL(<URH) 
ΔUi>URH(>URL) 
ΔURL<Ui<URH 
Δ采用上面窗口比较器可以区分三极管β就是否在需要范围内、比如记为合格范围为 50<β100、其它β<50或β>100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β合格。
Δ改接一下上述输入输出回路即方便可得

分析上面得等效三极管电路、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端得Ui电压比b端电压低、就能保证集电结得反偏
要区分β=50、100 找出时应得URL及URH

对应图 8.2.7(b) 传输特性可画出β与Uo得关系
即