电压比较器原理及使用
比较器工作原理及应用
比较器工作原理及应用比较器通常由一个差分放大器和一个阈值电平产生器组成。
差分放大器接收两个输入信号：一个是待比较的信号，另一个是阈值电平。
差分放大器会将比较信号与阈值电平相减，输出一个差值。
如果差值为正值，则比较信号较大；如果差值为负值，则比较信号较小；如果差值为零，则说明两个信号相等。
根据差值的正负性，比较器会输出对应的逻辑电平。
比较器有许多不同的类型，其中最常见的类型是电压比较器、窗口比较器和比例比较器。
1.电压比较器：电压比较器是最基本的比较器类型，用于将两个输入电压进行比较，并将比较结果表示为高电平或低电平输出。
电压比较器通常用于比较模拟信号的大小，并将其转化为数字信号。
2.窗口比较器：窗口比较器是一种特殊的比较器，它可以比较一个输入信号是否在一个预定的范围内。
窗口比较器有两个阈值，用于定义一个上限和一个下限。
如果输入信号超出了这个范围，则比较器会输出一个逻辑电平表示超出范围。
3.比例比较器：比例比较器是一种特殊的比较器，用于比较两个输入信号的比例关系。
比例比较器通常用于模拟信号的比较，如音频信号的比较。
比较器在现代电子系统中有广泛的应用。
以下是一些比较器的应用领域：1.模数转换器：比较器常用于模数转换器（ADC）中，将模拟信号转换为数字信号。
模数转换器使用比较器来比较输入信号与参考电压的大小，并将比较结果表示为数字编码。
2.电压参考源：比较器可以用于生成稳定的参考电压。
通过比较输入信号与参考电压，比较器可以产生一个恒定的电压输出，用作系统中其他电路的参考电压。
3.触发器：比较器可以用于产生触发器信号，用于控制系统中的时钟和触发信号。
比较器可以比较输入信号与阈值电平，并在输入信号超过或低于阈值时产生一个触发信号。
4.门电路：比较器也可以用于实现门电路，如与门、或门和非门等。
比较器可以比较输入信号的大小，并产生一个逻辑电平作为输出。
总之，比较器是一种基本的电子设备，用于比较信号大小，并将结果表示为逻辑电平。
运放电压比较器电路
运放电压比较器电路1. 引言运放电压比较器电路是一种常见的电路，用于将输入信号与一个参考电压进行比较，并输出高或低电平。
本文将介绍运放电压比较器电路的工作原理、常见的电路实现方式以及应用领域。
2. 工作原理运放电压比较器电路主要由运放、参考电压和反馈电阻等组成。
运放是一个高增益的电压放大器，它的输出电压取决于输入电压和其内部反馈电阻的连接方式。
当输入电压大于参考电压时，运放输出高电平；当输入电压小于参考电压时，运放输出低电平。
运放电压比较器电路的工作原理可以简单描述如下：1.将输入信号与参考电压接入运放的非反馈输入端；2.运放比较输入信号与参考电压的大小，输出相应的高或低电平。
3. 电路实现方式运放电压比较器电路可以有多种实现方式，下面介绍两种常见的实现方式。
3.1 非反相比较器非反相比较器是最简单的运放电压比较器电路。
它的电路图如下：+Vcc|Rf|Vin --|---|--- output| |Vref -| || |GND在非反相比较器中，输入信号Vin与参考电压Vref分别通过电阻Rf接入运放的非反馈输入端和反馈输入端。
当Vin大于Vref时，运放输出高电平；当Vin小于Vref时，运放输出低电平。
3.2 反相比较器反相比较器是另一种常见的运放电压比较器电路。
它的电路图如下：+Vcc|Rf|Vin --|---|--- output|||___Vref -||GND在反相比较器中，输入信号Vin被接入运放的非反馈输入端，而参考电压Vref通过一个电阻Rf连接到运放的反馈输入端。
当Vin大于Vref时，运放输出低电平；当Vin小于Vref时，运放输出高电平。
4. 应用领域运放电压比较器电路广泛应用于许多领域。
以下是一些常见的应用领域：4.1 自动控制系统运放电压比较器电路可用于自动控制系统中，用于检测输入信号是否满足一定的条件并触发相应的控制动作。
例如，可以根据输入信号的大小控制某个设备的启停、调节亮度等。
模拟电子技术基础知识比较器的工作原理与应用
模拟电子技术基础知识比较器的工作原理与应用比较器是一种常见的模拟电子元件，广泛应用于各种电路中。
它的主要功能是对两个或多个电压进行比较，并输出相应的逻辑信号。
在本文中，我们将介绍比较器的工作原理、常见类型以及应用场景。
一、比较器的工作原理比较器的工作原理基于输入电压与参考电压之间的比较。
它通常由运放、晶体管或其他电子元件构成。
比较器的输入端连接待比较的电压信号，而参考电压则连接到比较器的参考输入端。
当输入电压与参考电压之间存在差异时，比较器会根据差异的大小发出相应的输出信号，通常为高电平或低电平。
具体来说，比较器内部包含一个放大电路，用于放大输入电压和参考电压，使其能够进行比较。
放大后的信号经过一个比较器输出级，产生相应的输出信号。
比较器的输出通常为开关型信号，即只有两种状态，高电平或低电平。
当输入电压大于参考电压时，输出为高电平；反之，输出为低电平。
二、比较器的常见类型1. 差分比较器：差分比较器是最基本的比较器类型之一，它通过比较两个输入电压的差异来产生输出信号。
差分比较器的输出结果与输入电压之间的差异有关，通常使用运放作为比较器的核心元件。
2. 阻塞比较器：阻塞比较器采用阻塞放大器作为其核心元件。
通过引入正反馈，阻塞比较器可以实现较高的增益和更精确的比较效果。
它在一些需要高精度比较的应用中得到广泛应用。
3. 节能比较器：节能比较器是一种能够实现低功耗工作的比较器。
它通常通过引入器件的截止状态来降低功耗，并在需要时重新使器件工作。
三、比较器的应用场景1. 模拟信号处理：比较器可以用于模拟信号的判断与处理。
例如，在温度控制系统中，通过比较当前温度与设定温度的差异，控制系统可以进行相应的调节和控制。
2. 数字信号处理：比较器也可以用于数字信号的处理。
例如，在数字通信系统中，比较器可以用于判断接收到的信号是1还是0，并将其转换为相应的数字信号。
3. 触发器与计时器：比较器还可以用于触发器和计时器的设计。
电压比较器的原理
电压比较器的原理
电压比较器是一种电子器件，用于比较两个电压的大小，并根据比较结果输出不同的电平信号。
其原理如下：
1. 输入端比较：电压比较器通常有两个输入端，分别为非反馈输入端和反馈输入端。
非反馈输入端一般作为比较器的参考电压输入端，而反馈输入端则接收待比较的电压。
2. 比较电压大小：非反馈输入端的电压被称为参考电压（Vref），而反馈输入端接收待比较的电压（Vin），比较电压大小的方式有多种。
常见的比较方式包括压差比较和阈值比较。
- 压差比较：当参考电压高于待比较电压时，输出高电平；当参考电压低于待比较电压时，输出低电平。
- 阈值比较：确定一个阈值（Threshold），当待比较电压高于阈值时，输出高电平；当待比较电压低于阈值时，输出低电平。
3. 输出信号：根据比较结果，电压比较器输出不同的电平信号。
通常输出端有两种状态：高电平（通常为正电压）和低电平（通常为零电压）。
- 当比较结果为参考电压高于待比较电压时，输出高电平。
- 当比较结果为参考电压低于待比较电压时，输出低电平。
4. 应用：电压比较器常用于模拟电路中，用于判断电压的大小关系并输出相应的判断结果。
它可以用于电压级别转换、触发器、开关控制等应用场景。
电压比较器是什么 电压比较器的工作原理
电压比较器是什么电压比较器的工作原理
电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。
电压比较器主要有单项比较器、迟滞比较器和双限比较器（窗口比较器）。
双限比较器有两个转折电压，当输入电压向单一方向变化时输出电压跃变两次。
其传输特性如下：
poYBAGC5xguAVxqCAAFkSPu-vVY230.png
单限比较器和滞回比较器区别
单限比较器比滞回比较器抗干扰能力强，而滞回比较器比单限比较器灵敏度高。
单限电压比较器：运放是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。
而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果
同相输入大于反相，则输出高电平，否则。
滞回比较器又称迟滞比较器：有两个门限电压。
输入单方向变化时，输出只跳变。
输入由大变小时，对应小的门限电压;输入由小变大时，对应大的门限电压。
在两个门限电压之间，输出保持原来
的输出。
上拉电阻会影响比较器输出的高电平的数值，尤其是“OC门“输出格式的比较器），从而影响门
限电压，需要考虑。
主要是影响上门限，可以把它归入正反馈。
电压比较器简单理解为：运放工作于非线性工作状态，假如基准电压在负端输入，输入的电压在正端输入的话，比较电压高于基准电压，运放就输出高电平（接近于运放的工作电源电压），输入的电压在正端输入的话，比较电压低于基准电压，运放就输出低电平。
（接近于地），基准电压加在正端，比较电压加在负端也可以的，输出刚好相反。
总之，就是正端电压高，就输出高电平，负端电压高，就输出低电平。
如何正确使用比较器实现电压比较
如何正确使用比较器实现电压比较比较器是一种常用的电子元件，可用于比较电压大小，并将结果以数字信号的形式输出。
在电路设计和控制系统中，正确使用比较器可以实现电压比较的功能，为我们提供准确的判断和控制依据。
本文将介绍如何正确使用比较器实现电压比较，并提供一些实际应用的案例。
1. 比较器基本原理比较器是一种可将输入电压与参考电压进行比较，并输出高低电平信号的电子元件。
一般而言，比较器有一个非反馈输入端和一个反馈输入端，通过比较两个输入端的电压大小，输出端将产生相应的电平信号。
当非反馈输入电压大于反馈输入电压时，输出端产生高电平信号；当反馈输入电压大于非反馈输入电压时，输出端产生低电平信号。
2. 使用比较器实现电压比较要正确使用比较器实现电压比较，需注意以下几个关键要点：2.1 选取合适的比较器在选择比较器时，需根据应用的具体要求来确定哪种类型的比较器最适合。
常见的比较器有开关型比较器和放大型比较器两种。
开关型比较器速度快，但精度相对较低，适用于一些简单的比较应用；放大型比较器精度高，但速度较慢，适用于较为复杂的比较和控制任务。
2.2 设置参考电压比较器需要一个参考电压来进行电压比较。
我们可以通过外部电阻分压，或使用内置的参考电压源来设置合适的参考电压。
根据应用需要，选择合适的参考电压值，并正确连接至比较器的反馈输入端。
2.3 连接输入信号将需要进行比较的电压信号连接至比较器的非反馈输入端。
注意，输入信号的电压范围应在比较器的工作电压范围之内，避免损坏比较器。
2.4 设置输出电平根据应用的需要，合理设置比较器的输出电平。
一般可通过连接一个电阻和电源，将输出引脚连接至所需的电平，用于后续的判断和控制。
3. 比较器实际应用案例比较器在实际应用中有着广泛的用途，以下是两个常见的比较器应用案例：3.1 温度控制系统比较器可用于温度控制系统中的温度检测和控制。
通过将传感器测得的温度信号与预设的温度阈值进行比较，当温度超过或低于设定值时，比较器输出相应的控制信号，触发温度控制装置进行相应的操作，以实现温度的控制和调节。
电压比较器原理
电压比较器原理
电压比较器是一种用于比较两个不同电压之间的差异，也叫比较器。
电压比较器可以有许多不同的形式，其原理也有所不同，可以被用于各种不同的应用场合。
电压比较器的基本原理是将两个电压作为输入，测量其差值，然后根据差值产生一个相应的输出。
常见的比较器形式有运放、和称电路、脉宽调制器、示波器等。
以运放形式的电压比较器为例，其核心组成部分就是运放放大器，运放放大器可以将输入电压放大，并输出一个放大后，与输入电压差值的结果。
其工作原理是，当输入电压大于参考电压时，运放放大器输出的电压变高，反之，如果输入电压小于参考电压，运放放大器就输出的电压变低。
另一种常见的电压比较器是和称电路。
它根据比较电压匹配的原理，利用和称电路变换器，将输入电压转换为和称参考电压。
在相当于电路放大器的出，当输入电压小于或等于参考值时，输出电压保持不变，而当输入电压大于参考值时，输出电压会发生变化。
此外，还有一些其他形式的电压比较器，如脉宽调制器，它可以检测出输入信号的脉宽，通过参考信号的脉宽，将输出电压的高低变化转换为被检测的脉宽与参考信号脉宽之间的差异；示波器，它可以将输入波形的电压变化转换为图形，根据图形分析输出与参考电压之间的不同，以比较不同的输入电压。
总而言之，电压比较器是一种确定参考电压和比较电压之间差异的重要工具，它拥有许多优势，可以通过多种不同方式满足多样的应用场景。
比较器的基本原理及应用
+
+
uo
ui
UR
uo
ui
0
+Uom
-Uom
UR
当ui < UR时 , uo = +Uom 当ui >UR时 , uo = -Uom
二、 若ui从反相端输入
uo
ui
0
+UOM
-UOM
+
+
uo
ui
三、过零比较器: (UR =0时)
+
+
uo
ui
uo
ui
0
+UOM
-UOM
ui
uo
t
t
10V
5V
0
0
2V
－
+
+
uo
R
R2
R1
ui
－
+
+
uo
R
R2
R1
ui
3、上行迟滞比较器
没加参考电压的 上行迟滞比较器
加上参考电压后的 上行迟滞比较器
设R1 =R2，则有：
当vI＞VH时，vO1为高电平，D3导通；vO2为低电平, D4截止，vO= vO1。
当vI＜ VL时，vO2为高 电平，D4导通；vO1为低 电平，D3截止，vO= vO2
1. 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大。 3. 输出电阻仍可以认为是0。
若有负反馈，则运放工作在线性区； 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。
处于非线性状态运放的特点：
常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器和具有滞回特性的施密特触发器。这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验十电压比较器的安装与测试一．实验目的1．了解电压比较器的工作原理。
2．安装和测试四种典型的比较器电路：过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。
二．预习要求1．预习过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器的工作原理。
2．预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。
三．实验原理电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。
比较的结果用输出电压的高和低来表示。
电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。
由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。
下面讨论几种常见的比较器电路。
基本过零比较器（零电平比较器）过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较，+15V以决定输出电压的极性。
电路如图1所示：u i 2 7放大器接成开环形式，信号u i从反向端输入，同µA7416u o相端接地。
当输入信号u i< 0时，输出电压u o为正极限34值U OM；由于理想运放的电压增益A u→∞，故当输-15V入信号由小到大，达到u i = 0 时，即u -= u + 的时刻，输出电压u o 由正极限值U OM 翻转到负极限值-U OM。
图 1 反向输入过零比较器当u i >0时输出u o为负极限值-U OM。
因此，输出翻转的临界条件是u + = u - = 0。
即：+U OM u i< 0u o = （1）-U OM u i >0其传输特性如图2（a）所示。
所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压u i是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。
u i u i(a）理想运放（增益A→∞）（b）实际运放（增益A≠∞）图2 基本过零比较器的传输特性对于实际运算放大器，由于其增益不是无u i限大，输入失调电压U OS不等于零，因此，输出状态的转换不是突然的，其传输特性如图2 t （b）所示，存在线性区。
由以上工作原理可知，比较器中运放的反u向输入端和同相输入端的电压不一定相等。
+U假设输入信号u i为正弦波，在u i过零时，比较器的输出就跳变一次，因此，u o为正、负相间的方波电压，如图 3 所示。
为了使输出电压有确定的数值并改善大信-U号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上图3 比较器的输入与输出波形限幅器。
如图4(a)所示。
图中：R=1kΩ，D Z1、D Z2采用5229，U Z1 = U Z2 = 4.3V。
+15Vu oi(a) 接上限幅器的比较器（b）电压传输特性图4在图4（b）中：U Z = U Z2 + U D1，-U Z = U Z2 + U D1。
此时：+U Z u i< 0u o = （2）U Z u i >03．任意电平比较器1）差动型任意电平比较器电路如图5（a ）所示，输入信号u i 加到反向 +15V输入端，在同相输入端加一个参考电压U REF ，当 u i 2 7输入电压u i 小于参考电压U REF 时，输出为+U OM ， µA741 6 u o 当输入电压u i 大于参考电压U REF 时，输出为-U OM 。
U REF 3 4 该电路的传输特性如图5（b ）所示。
-15V即： （a ）电路+U OM u i < U REFuo = （3） -U OM u i > U REF 与零电平比较器一样，可以根据比较器输出 电压的极性来判断输入信号是大于U REF ，还是小 于U REF 。
对于差动型任意电平比较器来说，其比 i 较电平U C 就等于基准电压U REF 。
2）求和型任意电平比较器 电路如图6（a ）所示，这种电路可以判定输入信号是否达到或超过某个基准电平。
在图6 （b ）电压传输特性 （a ）电路中，输入信号u i 和基准信号U REF 通过 图5 反向输入差动型任意电平比较器 电阻R 1和R 2作用在运放的反向输入端。
用戴维南定理将它们转化成等效电压源： 2112'R R R U R u u R E F i i +⋅+⋅=和内阻： R ′=R 1 // R 2 , 其等效电路如图6（b ）所示。
+15VU u 'i R ' 2 7u o µA741 6 u o 3 4 i -15V（a ）电路图 （b ） 等效电路 （c ）电压传输特性图6（其中R 1、R 2分别取2k Ω）由于u + = 0，根据输出翻转的临界条件u + = u - = 0，故由u 'i = 0，可求得比较电平： R E F C U R R U 21-= (4)因此，比较器的输出电压为：+U OM u i < U Cu o = （5）-U OM u i > U C电压传输特性如图6 （c ）所示。
3．窗口比较器 如果要判别输入信号电压u i 是否进入某一定 范围，则可以用图7（a ）所示的窗口比较器来进 行判别。
该窗口比较器是由一个反向输入差动任 u i o 意电平比较器和另一个同相输入差动任意电平比 较器适当地组合而成。
假定U REF1> U REF2，则当u i < U REF1时，A 1输 出为+U OM ，A 2输出为-U OM ，D 1导通，D 2截止， 输出电压u o = +U OM ；当U REF2 > u i > U REF1时，A 1 -15V和A 2的输出都是-U O M ，D 1、D 2都截止，输出电压 （a ）窗口比较器电路 uo = 0；当u i > U REF2时，A 1输出为-U OM ，A 2输出 为+U OM ，D 1截止，D 2导通，输出电压u o = +U OM ； 其电压传输特性如图7（b ）所示。
由图中传输特性可知，当输入电压u i 处于U REF1 u i 和U REF2之间时，输出为0，而当输入电压的值处于 U REF1和U REF2之外时，输出为+U OM 。
注意：在图7 （b ）电压传输特性 电路中，运算放大器的输出端不能直接相连，因为 图7 (D 1、D 2用IN4148，R=1k Ω) 当两个运放输出电压的极性相反时，将互为对方提供低阻抗通路而导致运算放大器烧毁。
4．滞回比较器（施密特触发器） +15V在任意电平比较器中，如果将集成运放的输 u i 出电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反 u o 馈，就可以构成滞回比较器，如图8 (a) 所示。
它的门限电压随着输出电压的大小和极性而变。
U 从图8（b ）中可知，它的门限电压为： REF REF o C U R R R U u u U ++-==++211)( (a) 滞回比较器2121R R R U R u REF o +⋅+⋅= 而u o = ±U OM ，根据上式可知，它有两个门 限电压（比较电平），分别为上门限电压U H 和下 门限电压U L ，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽 度。
即： △U=U H – U L （6） 当集成运放的输出为+U OM 时，通过正反馈支 路加到同相输入端的电压为： (b) 电压传输特性 图8（R 1=2k Ω，R 2 =10k Ω，U REF =1.5V ）OM U R R R 211+则同相输入端的合成电压为：R E F OM U R R R U R R R U 212211+++=+ = U H （上门限电压） （7）当u i 由小到大，达到或大于上门限电压U H 的时刻，输出电压u o 才从+U OM 跃变到-U OM ，并保持不变。
此时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为：OM U R R R 211+-此时同相输入端的合成电压为：REF OM U R R R U R R R U 212211+++-=+ = U L （下门限电压） （8）当u i 从大变小，在u i 达到或稍小于U L 的时刻，输出电压u o 又从-U OM 跃变到+U O M ，并保持不变。
根据（7）和（8）式，可求得迟滞宽度为：OM L H U R R R U U U 2112+=-=∆ (9)由上式可知，迟滞宽度与参考电压U REF 无关，改变R 1或R 2的值，就可以改变门限电压或迟滞宽度△U 的大小。
若U REF = 0 ，图8 就成为零电平施密特触发器，其上门限电压U H 为：OM H U R R R U 211+= (10)下门限电压U L 为：OM L U R R R U 211+-= (11)迟滞宽度△U 仍然由（9）式决定，与U REF 无关。
四．实验设备五．实验内容1．零电平检测器的设计与测试用μA741设计一个接有限幅器的反相输入零电平检测器。
输入频率f ＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正、负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
2．任意电平比较器的设计与测试1）用μA741设计一个接有限幅器的反相输入差动型任意电平比较器。
U REF1=1.5V，输入频率f ＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
2）用μA741设计一个接有限幅器的反相输入求和型任意电平比较器。
U REF1 =1.5V，输入频率f＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
+15V3．窗口比较器的设计与测试用μA741设计一个窗口比较器（参考图9电路，图中：R=1kΩ，R1=10kΩ，R2=4kΩ，R3=1kΩ，D1、D2为IN4148）。
U REF1=5V，U u o U REF2 =1V，输入频率f＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间U的方波。
利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
4．滞回比较器的设计与测试用μA741设计一个任意电平反相施密特图9 窗口比较器实验电路触发器，要求u op-p=±U Z。
输入频率f＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
六．实验报告要求1．画出每个标有元件值的实验电路图。
2．画出所观测到的输入、输出波形和电压传输特性曲线。
并计算出每个实验内容的比较电平。
3．计算出滞回比较器的上门限电压U H和下门限电压U L。