电压比较器ppt课件
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模电课件电压比较器
减小失调电压与失调电流
失调电压与失调电流是电压比较器的重要参数，减小失调电压与失调电 流可以提高比较器的性能。
通过优化工艺和版图设计，可以减小失调电压与失调电流。例如，采用 对称的结构设计、优化器件尺寸和比例等措施，都可以减小失调电压与 失调电流。
在实际应用中，可以通过校准和补偿技术，对失调电压与失调电流进行 补偿，提高比较器的性能。
在传感器信号处理中的应用
模拟-数字转换
01
电压比较器在传感器信号处理中用于模拟-数字转换，将模拟信
号转换为数字信号，便于计算机处理和传输。
阈值感器的输出信号是否超过预设阈值，从
而触发相应的动作或报警。
数据采集与处理
03
电压比较器在传感器数据采集系统中用于比较和筛选数据，确
未来电压比较器的研究和发展需要关 注环保和可持续发展，推广绿色电子 技术，减少对环境的影响。
THANKS
感谢观看
较大的失调电压和失调电流会影响电压比较器的精度和性能。
响应时间与带宽
响应时间
带宽与响应时间的关系
电压比较器对输入信号的响应速度， 即输出电压从一种状态跳变到另一种 状态所需的时间。
带宽越宽，响应时间越短；带宽越窄， 响应时间越长。
带宽
描述了电压比较器的频率响应特性， 即电压比较器能够处理的最高频率信 号。
03
电压比较器的电路实现
差分输入的电压比较器
差分输入电压比较器是一种常见的电压比较器，其特点是输入信号为差分信号， 可以有效地抑制共模干扰。
差分输入电压比较器通常由运算放大器组成，其工作原理是将差分信号输入到运 放的反相输入端和同相输入端，通过运放的放大作用，将差分信号转换为单端信 号，并进行比较。
《电压比较器 》课件
电压比较器通常由运算放大器（OpAmp）或差分放大器构成，其工作原 理基于运算放大器的非线性特性。
电压比较器的应用场景
电压比较器在各种电子设备和系 统中广泛应用，如模拟-数字转 换器、自动控制系统、传感器接
口等。
在电源管理中，电压比较器用于 检测电源电压是否正常，从而保 护电路免受过压或欠压的损害。
电压比较器的电源电路设计
电源电压范围
电源电路应能够提供稳定的电源 电压，以满足电压比较器的正常
工作需求。
电源噪声抑制
为了减小电源噪声对比较器性能的 影响，电源电路应具有噪声抑制功 能。
电源效率
为了降低能耗和提高系统稳定性， 电源电路应具有较高的电源效率。
04
电压比较器的应用实例
电压比较器在信号处理中的应用
电压比较器的线性工作范围问题
总结词
线性工作范围是电压比较器的重要性能指标，如果超出其线性范围，电压比较器的输出可 能失真或不稳定。
详细描述
电压比较器的线性工作范围受到其内部电路设计和制造工艺的限制。当输入信号的幅度超 过一定范围时，电压比较器的输出可能不再是理想的阶跃信号，而是出现失真或振荡现象 。
未来电压比较器的发展方向
研究新型的电压比较器结构和设计方 法，以提高性能和降低成本。
加强电压比较器的智能化和自适应控 制研究，以提高其适应性和应用范围 。
探索电压比较器与其他电子器件的集 成和优化，以实现更小尺寸和更高可 靠性的系统。
拓展电压比较器的应用领域，如物联 网、人工智能、新能源等新兴领域， 以满足不断增长的市场需求。
阈值检测
在自动控制系统中，电压比较器用于检测系统参数是否超过预设 阈值，从而触发相应的控制动作。
调节系统
电压比较器与应用PPT课件
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V
R1
R
V R2 i
-
R4
Байду номын сангаас
V
o
+ R3
VZ
VTH1(1R R2 3)VRR R2 3VOL
VTH2 (1R R23)VRR R23VOH
❖ 两个阈值的差值称为回差：
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VTHVTH1VTH 2
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滞回电压比较器
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滞回电平比较器
❖滞后电平可用R2调节，只要ΔV选择 合适，就可消除上述“振铃”现象， 从而大大提高抗干扰能力。但滞后 电平ΔV的存在，会使检测灵敏度变 差，所以ΔV不宜取得过大，通常 R2<< R3。
V
R1
i
V
R2
R
-
R4
V
o
+ R3
VZ
+VZ
-VZ
Vi
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Vi R1 VR R2
-
R4
Vo
+ R3
V Z
R1=10K，R2=15K，R3=30K，R4=3K，VR=0V， VZ=6V，根据式（3-25）和式（3-26）计算 VTH1=2V, VTH2 = -2V。
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四、窗口比较器
❖窗口比较器的功能是判断输入 信号电平是否在某一范围之内。
❖由两个任意电平比较器适当组 合而构成。
当i
R1
从足够低逐渐上升到阈值时VTH1=
Vo
-
R4
V
+VZ
三章电压比较器弛张振荡器及模拟开关ppt课件
图3.2.3 双运放方波–三角波振荡器
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关 图3.2.4 双运放方波–三角波振荡器输出波形
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
1.uo1和uo2
1)uo1 由图可见，uo1的高电平UoH=UCC，低电平UoL=-UEE， 所以其峰峰值为
UoLpp 2UCC
(3.2.9)
uo2为三角波。当uo1为高电平时，C充电，充电电
流
iC
UoH R
(α为电位器RW的分压比)，uo2随时间线性
下降。再看A1，其反相端接地，当U+过零时， A1输出
状态翻转，而U+等于uo1和uo2的叠加，即
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
U
R1 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
图3.1.10 A1、A2传输特性
uo1 5ui 51.6sin t 8sin t(V ) 波形如图3.1.9(c) 所示。
U TH
10K 10K 10K
U
CC
6V
UTL 6V 波形如图3.1.9(d) 所示。
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
3.2 弛张振荡器
弛张振荡器即方波–三角波产生器。对于方波信号 发生器，其状态有时维持不变，而有时则发生突跳。 为区别于正弦振荡器，人们将这种有张有弛的信号发 生器称之为弛张振荡器。
U TH
Ur1
R1
R1 R2
U oH
R1
R1 R2
U
CC
(3.1.3)
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
而后，ui再增大，uo将维持在低电平。注意此时比 较器的参考电压Ur也将发生变化，即
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关 图3.2.4 双运放方波–三角波振荡器输出波形
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
1.uo1和uo2
1)uo1 由图可见，uo1的高电平UoH=UCC，低电平UoL=-UEE， 所以其峰峰值为
UoLpp 2UCC
(3.2.9)
uo2为三角波。当uo1为高电平时，C充电，充电电
流
iC
UoH R
(α为电位器RW的分压比)，uo2随时间线性
下降。再看A1，其反相端接地，当U+过零时， A1输出
状态翻转，而U+等于uo1和uo2的叠加，即
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
U
R1 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
图3.1.10 A1、A2传输特性
uo1 5ui 51.6sin t 8sin t(V ) 波形如图3.1.9(c) 所示。
U TH
10K 10K 10K
U
CC
6V
UTL 6V 波形如图3.1.9(d) 所示。
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
3.2 弛张振荡器
弛张振荡器即方波–三角波产生器。对于方波信号 发生器，其状态有时维持不变，而有时则发生突跳。 为区别于正弦振荡器，人们将这种有张有弛的信号发 生器称之为弛张振荡器。
U TH
Ur1
R1
R1 R2
U oH
R1
R1 R2
U
CC
(3.1.3)
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
而后，ui再增大，uo将维持在低电平。注意此时比 较器的参考电压Ur也将发生变化，即
电压比较器ppt课件
按照结构分
由集成运放构成 集成电压比较器 有通用型、高速型、低功耗 型、低电压型和高精度型等。 自学
工作速度慢、带宽 窄且输出与其它电 路的兼容性差。
8.2.1 单限电压比较器
1. 过零电压比较器
输出只有高电平和低电平两种值。 比较器的输出电平发生跳变所对应的输入电压值称为门限电压。
输入信号从反相端加入，当输入从小增大过门限电压时，输出 从高电平跃变为低电平，称之为反相输入单限比较器。
R2 20 令uN = 0，可得 U T U REF 2 V 4 V R1 10
由于信号从反相端输入，故 当 uI < 4V 时， uO =UOH=6V 当uI > 4V 时， uO =UOL= 6V 因此可作出电压传输特性如图所示
8.2.2 迟滞比较器
也称施密特触发器。抗干扰能力强
由于是反相输入迟滞比较器， 因此可画出电压传输特性和 相应输出波形如图所示。
例8.2.2
图中，UREF =3V， UZ =6V， R1 =40k， R2 =10k， R =8k，试画出电压传输特性和输出电压波形。
解： 由图可得
UTH U TL 40 3 V 10 6 V 3.6V 40 10 40 10
按照功能特点分单限电压比较器迟滞电压比较器窗口电压比较器按照结构分由集成运放构成集成电压比较器有通用型高速型低功耗型低电压型和高精度自学工作速度慢带宽窄且输出与其它电路的兼容性电压比较器概述821输出只有高电平和低电平两种值
8.2 电压比较器
概述 8.2.1 单限电压比较器
8.2.2 迟滞比较器 *8.2.3 窗口比较器 *8.2.4 集成电压比较器
U TH
U REF R1 U Z R2 UP R1 R2 R1 R2
02-电压比较电路课件
–
+
ui
–
R2
– +
+
uo +Uo(sat)
+
uo
–
ui >UR，uo=+ Uo (sat) ui <UR，uo= –Uo (sat)
+
uo
–
O –Uo(sat)
uo +Uo(sat)
O –Uo(sat)
UR ui
UR ui
15.05 电压比较器
ui
输入信号接在反相端
UR
R1
u+i –
+
UR
–
R2
UR=0 ui
ui
O
t
uo +Uo(sat)
O
t
–Uo(sat)
利用电压比较器将正弦波变为方波
uo +Uo(sat)
UZ
UR
O
ui
–UZ
–Uo(sat)
电压传输特性
设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降，则 ui < UR，uo = UZ ui >UR，uo = –UZ
15.05 电压比较器
2. 过零电压比较器
R1
u+i –
+
UR
–
R2
– +
+
+
uo
–
uo
+Uo(sat)
O –Uo(sat)
15.05 电压比较器
电压比较器的功能： 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时
输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由 此来判断输入信号的大小和极性 电压比较器的用途：
+
ui
–
R2
– +
+
uo +Uo(sat)
+
uo
–
ui >UR，uo=+ Uo (sat) ui <UR，uo= –Uo (sat)
+
uo
–
O –Uo(sat)
uo +Uo(sat)
O –Uo(sat)
UR ui
UR ui
15.05 电压比较器
ui
输入信号接在反相端
UR
R1
u+i –
+
UR
–
R2
UR=0 ui
ui
O
t
uo +Uo(sat)
O
t
–Uo(sat)
利用电压比较器将正弦波变为方波
uo +Uo(sat)
UZ
UR
O
ui
–UZ
–Uo(sat)
电压传输特性
设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降，则 ui < UR，uo = UZ ui >UR，uo = –UZ
15.05 电压比较器
2. 过零电压比较器
R1
u+i –
+
UR
–
R2
– +
+
+
uo
–
uo
+Uo(sat)
O –Uo(sat)
15.05 电压比较器
电压比较器的功能： 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时
输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由 此来判断输入信号的大小和极性 电压比较器的用途：
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U
U
R1 R1 R2
U oL
因而ui必须小到 U 时，输出才由低电平跳变为高电平。
此时的输入电压称为下门限电压，记为UTL。 UTL= U
对应的传输特性曲线如图所示。
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由于其传输特性很像磁 性材料的磁滞回线，所以称
uo
UoH
之为迟滞比较器或滞回比较
∆U
器。
UTL
ur ui
当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。
9
2. 同相电压比较器 电路如图所示， 输入 信号ui加在同相端，参考 电压ur 加在反相端。
当 ui < ur ， uo=UOL ui > ur ， uo=UOH
其传输特性 uo= f ( ui )
ui
+ A
uo
-
ur
uo
UoH
0 0 ur ui
此时，两输入端“虚短路”的概念不再适用。
6
1 电压比较器
电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较， 并根据比较结果输出高、低两个电平。
电压比较器有专用的集成芯片可供使用，也可用集成 运放组成，这里只讨论后者。
由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的 运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。
0
迟滞比较器的上、下门限电
U
U f
R1
R1 R2
U
oH
+
R2
Uf R1
-
当ui由负逐渐增大到ui =U+′时，输出将由高电平
跳变为低电平。对于反相电路uo从高跳到低所对应的ui
电压称为上门限电压，记为UTH。可见，UTH = U+′
当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为
U
U f
R1 R1 R2
此时，两输入端“虚短路”的概念不再适用。
8
1.1 简单电压比较器
一. 反相电压比较器 电路如图所示， 输入信号ui加 在反相端，参考电压ur 加在同相端。
ui
-
A
其传输特性 uo= f ( ui )
uo
uo
+
UoH
ur 当 ui < ur ， uo=UOH
ui > ur ， uo=UOL
00
UoL
UoL
0 0 ur ui
UoL
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2. 迟滞比较器––双稳态触发器
简单比较器应用中存在的问题 ①. 输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘 不够陡峭； ②. 抗干扰能力差。在比较门限处，输出将产生多次跳变。
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为了解决以上两个问题，在比较器中引入正反馈， 构成所谓“迟滞比较器”。
这种比较器具有很强的抗干扰能力，同时由于正反 馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。
一.反相迟滞比较器
反相迟滞比较器电路如 图所示。 R1和R2将输出电压
ui R'
A
+
uo
uo反馈到运放的同相端，构 成正反馈。为简单计，R1端 所接的参考电平为地电位。
+
R2
Uf R1
-
下面来分析该电路的传输特性
15
当ui很负使u－< u+时， uo为高电平UoH
ui R'
A
+
uo
此时，同相端电位u+为
11
[例2].将不规则的输入波 [例3].若ur为三角波，而ui为缓 形整形成规则的矩形波。 变信号，实现脉宽调制。
反相过零比较器
反相比较器
12
简单电压比较器
一. 反相电压比较器
2. 同相电压比较器
ui
-
A
uo
+
ui
+ A
uo
-
ur
ur
其传输特性 uo= f ( ui )
uo
UoH
uo
UoH
0
ur ui
这就要求运放：
Aud
实际运放的Aud不为无穷大。在UT附近存在着一个比 较的不灵敏区。在该区域内输出既非UoH，也非UoL，故 无法对输入电平大小进行判别。
显然，Aud越大，则这个不灵敏区就越小，称比较器 的鉴别灵敏度越高。
4
3.转换速度 作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比 较器输出状态发生转换所需要的时间。
UoL
当参考电压为零时，则为同相过零比较器。
10
[例1]. 若 ui=5sinωt V
ui (V)
ur =2V, UCC =12V。
5
试画出反相同相比
2 0
t
较器的输出波形。
UCC
ui
-
uo
+
-UCC
ur
UCC
ui
+
uo
-
-UCC
ur
uo (V)
12
0
t
-12
uo (V)
反相比较器
12
t
-12
同相比较器
电压比较器
1
电压比较器
电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较， 并根据比较结果输出高、低两个电平。
比较器在信号变换、检测和波形产生电路中有广泛应用。 此 外 由 于 高 电 平 相 当 于 逻 辑 “ 1” ， 低 电 平 相 当 逻 辑 “0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路。 电压比较器有专用的集成芯片可供使用，也可用集成 运放组成，这里只讨论后者。 由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的 运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。
2
电压比较器的电路符号
UCC
u- -
A u+ +
-UCC
电压比较器的基本特性 1. 输出 高电平(UoH)和低电平(UoL) 用运放构成的比较器，其输出的高电平UoH和低电平 UoL可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压(-UCC)。
3
2. 鉴别灵敏度
理想的电压比较器，在高、 低 电 平 转 换 的 门 限 UT 处 具 有 阶跃的传输特性。
U oL
由于 U U ，因而 ui > U 以后，uo将维持在低电平。
16
电压的传输特性
ui R'
A
+
uo
uo
UoH
UTH
R1 R1 R2
U oH
+
R2
Uf R1
-
UTL 0
UTL
R1 R1 R2
U oL
UoL
u UTH
i
反之，ui由大逐渐变小时，由于同相端电位变为
uo
UoH
转换时间
t1
t2
t
UoL
通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。 为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。
5
理想集成运放非线性应用时的特点
非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。
- u- i-
u+
i+
A
+
uo
非线性应用特点： i i 0 u u uo UCC UoL u u uo UCC UoH
电压比较器的基本特性
1. 输出 高电平(UoH)和低电平(UoL)
2. 鉴别灵敏度 3.转换速度
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理想集成运放非线性应用时的特点
非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。
- u- i-
u+
i+
A
+
uo
非线性应用特点： i i 0 u u uo UCC UoL u u uo UCC UoH