比较器,电路转换
电压比较器工作原理
电压比较器工作原理电压比较器是一种常见的电子元件，用于比较两个电压信号的大小，并输出相应的信号。
它在电子电路设计中起着重要的作用，广泛应用于各种电子设备中。
电压比较器的工作原理可以用几个关键步骤来描述。
首先，电压比较器有两个输入端，分别是非反相输入端（+IN）和反相输入端（-IN）。
这两个输入端接收来自外部的电压信号。
电压比较器还有一个输出端，用于输出比较结果。
输出端通常是一个开关，可以产生高电平或低电平两种状态。
接下来，电压比较器的核心是一个差分放大器。
差分放大器由一个差动对输入级和一个共射输出级组成。
差动对输入级由两个晶体管组成，一个连接到非反相输入端，另一个连接到反相输入端。
这两个晶体管分别对应着输入信号的正负极性。
当输入信号的电压大于非反相输入端的电压时，与非反相输入端相连的晶体管进入导通状态，而与反相输入端相连的晶体管则处于截止状态。
这样，差动对输入级会将信号放大并输出到共射输出级。
反之，当输入信号的电压小于非反相输入端的电压时，与非反相输入端相连的晶体管处于截止状态，而与反相输入端相连的晶体管则进入导通状态。
这样，差动对输入级不会将信号放大，并且不会输出到共射输出级。
共射输出级会根据差动对输入级的输出信号来控制输出端的状态。
当差动对输入级输出高电平时，输出端会产生高电平；当差动对输入级输出低电平时，输出端会产生低电平。
通过以上的步骤，电压比较器可以实现对两个输入信号进行比较，并输出相应的结果。
它可以用来判断两个电压信号的大小关系，从而在电子电路中实现不同的控制功能。
电压比较器具有许多应用。
例如，在模拟电路中，它可以用来实现电压的阈值检测、电压的切换和电压的保护等功能。
在数字电路中，它可以用来实现数字信号的转换和逻辑运算等功能。
电压比较器是一种重要的电子元件，它通过比较两个电压信号的大小来实现不同的控制功能。
它的工作原理基于差分放大器和共射输出级的组合，通过输入信号的正负极性来判断输出端的状态。
几种运算放大器(比较器)及经典电路的简单分析
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大.为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛"，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。
遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=—Rf＊Vi……最后学生往往得出这样一个印象:记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。
今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断"，不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上.而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1u A，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路.在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
电路中的运算放大器与比较器的原理与应用
电路中的运算放大器与比较器的原理与应用在电子领域中，运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）与比较器（Comparator）是两个非常重要的电子元件。
它们在电路设计与应用中起着至关重要的作用。
一、运算放大器的原理与应用运算放大器是一种具有差分放大功能的电子放大器。
它通常由多个晶体管以及与之相连的电阻、电容等元件组成。
运算放大器的输出信号是其输入信号的放大倍数。
1. 基本原理运算放大器的基本电路结构由一个差分放大器和一个输出级组成。
它有两个输入端，称为非反相输入端（+）和反相输入端（-），以及一个输出端。
其基本工作模式是将输入信号放大，并输出一个与输入信号有相关性的信号。
2. 应用领域运算放大器在电路设计中有广泛的应用，包括：（1）信号放大：将弱信号放大至适当的电平，以便进行后续处理；（2）滤波器设计：根据不同的频率要求，设计低通、高通、带通等类型的滤波器；（3）振荡器设计：用于产生高频信号的振荡器电路设计；（4）比例控制与调节：用于控制系统，在反馈环路中起到稳定系统的作用。
二、比较器的原理与应用比较器是一种电子元件，用于将两个输入进行比较，并输出一个相应的逻辑电平。
它通常由运算放大器、基准电压和一个阈值元件组成。
1. 基本原理比较器的基本原理是将两个输入信号进行比较，并输出一个高、低逻辑电平。
当一个输入信号高于另一个输入信号时，输出为高电平，反之输出为低电平。
2. 应用领域比较器在电子领域中应用广泛，包括：（1）开关控制：将比较器的输出连接到开关控制电路中，根据两个输入信号的大小关系来控制开关的开关与闭合；（2）模拟电压转数字信号：将模拟电压通过比较器进行比较，并将结果输出为数字信号，用于数字电路的处理；（3）电压检测与监测：将比较器连接到电压检测电路中，用于监测输入电压是否超过设定值。
总结起来，运算放大器和比较器是电子领域中非常常见的电子元件，它们在电路设计与应用中功不可没。
【multisim】正弦波-三角波-方波转换电路
【multisim】正弦波-三角波-方波转换电路要实现从正弦波到三角波再到方波的转换电路，可以使用集成运算放
大器（Op-Amp）和滞回器电路。
以下是实现该转换电路的步骤：
1. 正弦波至三角波的转换：将正弦波输入到一个比较器电路中。
比较
器电路由一个集成运算放大器和两个电阻组成。
其中一个电阻连接到
一个固定电压源，另一个电阻连接到一个可调电压源，可调电压源的
输出与正弦波输入相连。
比较器电路会将正弦波与一个参考电压进行
比较，并根据比较结果输出高电平或低电平。
通过调节可调电压源的
电压，可以改变比较器的输出电平，从而实现正弦波至三角波的转换。
2. 三角波至方波的转换：之前得到的三角波接入一个滞回器电路中。
滞回器电路也由一个集成运算放大器和两个电阻组成。
其中一个电阻
连接到固定电压源，另一个电阻连接到滞回器电路的输出端。
滞回器
电路会将三角波的波峰和波谷进行限幅，输出一个具有较高/低电平的
方波信号。
需要注意的是，电阻值的选择以及比较器和滞回器电路的参数设置，
都会影响转换电路的性能和效果。
可根据具体需求进行调整。
08比较器与接口电路
第8章 比较器与接口电路8.1 概述接口电路是联系芯片内部与外部信号的桥梁。
广义的接口电路是指模拟信号与数字信号的转换电路，如比较器，这是一种典型的大信号非线性电路，通常对两个输入信号的幅度进行比较，输出为高或低电平，以区别输入两种信号的相互关系及状态。
比较器的输出指明了电路所处具体工作状态的差异，因此可作为电路系统的控制信号，广泛应用于ADC等数模混合电路系统之中。
比较器共模范围，决定了电路能在不同的共模点下连续分辨出输入电压的差值，而比较器的阈值或门限决定了比较的精度，通常定义为使输出电压发生跳变的输入电压值，估算阈值主要应抓住输入信号使输出信号发生跳变的临界条件。
比较器的分辨率则决定了过渡区范围。
比较器传输延迟时间表示输入达到阈值后，输出状态改变的快慢程度此外，表征电路的瞬态响速度。
最后，噪声也是比较器的重要参数。
在相互比较的两种信号，原则上都可以高速变换，输出需高速输入的响应。
理想比较器的小信号带宽和大信号负载驱动能力均为无穷大，不存在速度的限制。
而实际比较器由于有限的带宽的驱动电流等因素的限制，响应速度受到限制。
因此速度性能的设计是比较器电路结构设计的关键因素之一。
通常，电路输出可直接接入同一类型负载电路的输入，之间无需接口。
对于不同类型的电路，由于信号电平范围和驱动能力等方面存在明显差异，因此无法直接连接，需要一个接口电路完成电平匹配。
因此，狭义的接口电路主要负责不同类型数字信号之间的联系或转换，包括负载驱动、端口保护，输入输出端口控制、逻辑信号电平转换等。
本章重点讨论电压比较器电路的基本原理，以及各类电路结构的特点，分析电路设计的关键因素，并介绍比较器的主要应用。
同时简要介绍数字接口电路的基本结构。
8.2 比较器结构与功能类型在实际应用系统中，对于相互比较的两个输入信号，其中之一通常是保持常数不变的基准信号V ref，另一个则是待比较的输入信号。
对于理想比较器，增益为A=ΔV o/ΔV i=V dd/0→∞，则输出状态在V i=V ref处发生跳变，过度区域ΔV i=0，没有精度损失。
如何设计简单的比较器电路
如何设计简单的比较器电路比较器电路是一种用于将两个电压信号进行比较，并产生输出信号的电路。
在电子领域中，比较器电路被广泛应用于模拟信号处理、数字电路和自动控制系统等领域。
本文将介绍如何设计一种简单的比较器电路。
比较器电路的基本原理是将两个输入电压进行大小比较，并输出相应的电平信号。
比较器电路通常由一个差动放大器和一个输出级组成。
差动放大器负责将输入信号放大，而输出级则根据放大后的结果产生输出信号。
简单的比较器电路可以通过使用运算放大器来实现。
运算放大器是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。
在比较器电路中，将运算放大器的非反相输入端连接到一个参考电压源，将反相输入端连接到一个待比较的信号源。
当待比较信号的电压高于参考电压时，运算放大器输出高电平；反之，输出低电平。
设计简单的比较器电路需要考虑以下几个要点：1. 选择合适的运算放大器：根据实际需求选择适合的运算放大器。
常用的运算放大器有LM741、TL082等。
需要考虑供电电压范围、增益、带宽等参数。
2. 设置参考电压：参考电压确定了比较器的阈值。
可以使用电位器或分压电路来设置参考电压，使其可以根据需要进行调节。
3. 输入信号处理：待比较信号需要经过一定的预处理，以适应比较器的输入范围。
例如，使用电阻分压将待比较信号的幅值缩小，以确保输入电压不会超过运算放大器的工作范围。
4. 输出信号驱动：比较器的输出信号通常需要驱动其他电路或设备。
在设计中，需要确定输出信号的逻辑电平（高电平或低电平），并选择合适的输出级来实现电平转换和放大。
5. 考虑噪声和漂移：比较器电路在实际应用中需要考虑噪声和漂移的影响。
可以通过添加滤波电路和使用稳定性较好的元件来减小这些影响。
总结起来，设计简单的比较器电路需要选择合适的运算放大器、设置参考电压、预处理输入信号、考虑输出信号驱动和处理噪声漂移等因素。
合理地设计比较器电路可以使其在各种应用场合中正常工作，并满足特定的电压比较需求。
比较器的工作原理及应用
比较器的工作原理及应用1. 引言比较器是一种用来比较两个数值的电子元件，常用于电子工程和自动控制系统中。
它可以将输入信号与参考信号进行比较，然后输出一个相应的逻辑信号，用来表示两个信号之间的关系。
本文将介绍比较器的工作原理和应用场景。
2. 比较器的工作原理比较器的工作原理基于电压的比较。
通常，比较器有一个或多个输入端口和一个输出端口。
比较器根据输入端口的电压值与参考电压进行比较，并生成一个逻辑信号输出。
具体来说，比较器有以下几个基本的工作模式：2.1. 差分输入模式差分输入模式是比较器最常用的工作模式之一。
在这种模式下，比较器的两个输入端口分别连接两个输入信号，通常称为非反相输入和反相输入。
比较器将对这两个输入信号进行比较，并将结果输出。
2.2. 单输入模式在单输入模式下，比较器的一个输入端口连接输入信号，另一个输入端口连接参考电压。
比较器将输入信号与参考电压进行比较，并输出相应的逻辑信号。
2.3. 阈值模式阈值模式是一种特殊的比较器工作模式。
在这种模式下，比较器将输入信号与一个或多个预设的阈值进行比较，并输出一个逻辑信号。
3. 比较器的应用场景由于比较器具有高速、精确和稳定的特性，它在许多领域中都有广泛的应用。
以下是比较器常见的应用场景：3.1. 模拟信号处理比较器常用于模拟信号的处理。
例如，在音频处理领域，音频比较器可以用来判断音频信号的强度和频率，从而实现音频信号的增强或滤波。
3.2. 传感器接口比较器可以用于传感器接口电路。
当传感器输出的电压超过或低于一定的阈值时，比较器可以检测到并触发相应的动作，例如报警、自动控制等。
3.3. 电压监测比较器可以用于电源检测和电池管理系统中。
通过比较输入信号与预设的阈值，比较器可以判断电压是否处于安全范围，并触发相应的保护措施。
3.4. 数字信号处理比较器在数字信号处理中也有广泛的应用。
例如，比较器可以用于比较两个数字信号的大小，从而实现电子比较器、数字滤波器等。
比较器典型电路
比较器典型电路
比较器是一种常见的电路，它可以将两个电压进行比较，并输出一个高电平或低电平的信号。
比较器的典型电路包括基本比较器、窗口比较器和差分比较器。
基本比较器是最简单的比较器电路，它由一个比较器和一个参考电压组成。
当输入电压高于参考电压时，比较器输出高电平信号；当输入电压低于参考电压时，比较器输出低电平信号。
基本比较器的应用范围广泛，例如在电源管理、传感器信号处理和电路保护等领域都有应用。
窗口比较器是一种特殊的比较器电路，它可以将输入电压与两个参考电压进行比较。
当输入电压在两个参考电压之间时，窗口比较器输出高电平信号；当输入电压超出两个参考电压范围时，窗口比较器输出低电平信号。
窗口比较器常用于电压监测和控制系统中，例如电池管理系统和电源控制系统。
差分比较器是一种高精度的比较器电路，它可以将两个输入电压进行比较，并输出一个高电平或低电平的信号。
差分比较器的输入电压可以是正电压、负电压或零电压，因此它可以用于测量电压差、电流差和电阻差等。
差分比较器的应用范围广泛，例如在模拟信号处理、传感器信号处理和自动控制系统等领域都有应用。
比较器是一种常见的电路，它可以将两个电压进行比较，并输出一
个高电平或低电平的信号。
比较器的典型电路包括基本比较器、窗口比较器和差分比较器，它们分别适用于不同的应用场景。
在实际应用中，我们可以根据具体的需求选择合适的比较器电路，以实现更加精确和可靠的电路控制和信号处理。
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当vI增大到vI ≥VTH时， vo=-Vz V+=VTL
当vI从VTH逐渐减小，减小到vI ≤VTL时， vo=+Vz V+=VTH
VT VTH -VTL
R1 R1 R2
Vz Vz
回差电压
VR
R2
+
R1
A
vO
-
vI R3
±VZ
迟滞比较器
b. 同相迟滞比较器
vC = 0, vO = +VZ,
所以VP
=
R2VZ R1 + R2
电容C充电， vc 开始升高；
(2)当vc=VN≥VP时，vo=-VZ，
所以：VP
=
-
R2VZ R1 + R2
电容C放电， vc 开始下降。
(3)当vc=VN≤Vp时， vo=+VZ ，重复(1)。
问题：vc波形？
方波发生电路输出波形
过零比较器应用
反相过零比较器
同相过零比较器
同相比较 器波形图? 传输特性?
反相过零比较器波形图
vi R1
VD=0.7VΒιβλιοθήκη R1 viVD=0.7V
限幅比较器
+
R2 vo
_
同相端与
反相端间 的电压? 输出幅度?
+
同相端与
R2
vo 反相端间
_
VD =.2V
的电压? VZ 输出幅度?
2. 迟滞比较器
a. 反相输入迟滞比较器
ΔVT
VTH -VTL
2
R1 R2
Vz
迟滞比较器
VR
R2
VTH
+
R1
A
vO
-
vI R3
±VZ
VTL
输入输出波形
迟滞比较器应用
VTH VTL
过零比 较结果
迟滞比 较结果
提高简 单电压 比较器 的抗干 扰能力
电压比较器应用
正弦波变换为矩形波
有干扰正弦波变换为方波
波形整形和变换
3. 窗口比较器
设R1 =R2，则有：
方波发生电路波形周期计算
T
2 = t2 - t1
-Δ t
vc=(-VZ -
R2 R1+R2
VZ
)(1-e
Rf
C
)
+
R2 R1+R2
VZ
其中：Δ t = t - t1，且t1≤t ≤t2
矩形波
方波
T1 T
占空比 = T1 T
5V
0
TTL波
矩形波发生电路的基本工作原理
方波经积分变为三角波, 矩形波积分变为锯齿波
1. 方波产生电路
方波发生电路是由 起延
迟滞比较电路和RC
迟和 反馈
定时电路构成的， 作用
电路如图所示。
限流 限幅
迟滞比较器，其开关作用
方波发生电路工作原理
(1)电源刚接通时, 设：
vI VRL vo2 0 D2导通 vo1 0 D1 截止 vo Vz
VRL vI VRH vo1 0 D1截止 vo2 0 D2截止 vo 0
比较器总结
• 运放工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输 出电压只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。
• 用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函 数关系。
临界状态下有:
vI v v
v+
R2VR R1vO R1 R2
VR
R2
+
R1
A
vO
-
vI R3
±VZ
vO VZ
V
VTH=
R2VR R2
R1VZ R1
vO VZ
V
VTL=
R2VR R2
R1VZ R1
迟滞比较器传输特性
当vI <VTL时，vo=+Vz V+=VTH
当vI从VTL逐渐增大，
电压比较器中运放的工作特点
(1) 工作在开环或正反馈状态 (2) 大多数情况下工作在非线性区域, 输出与输入
不成线性关系,只有在临界情况下才能使用虚 短,虚断概念。 (3) 输出高电平或者低电平,呈现为开关状态
V+ > V– 时, V o 为高 V+ < V– 时, V o 为低
比较器的分析方法
(1)求出阈值: 输出从一个电平跳变到另一个电平 时（这时运放的两个输入端之间可视为虚短虚 断）所对应的输入电压值。
(2) 分析输入与输出的关系,画出传输特性
1. 简单电压比较器
过零比较器：
过零电压比较器是典型的幅度比 较电路，它的电路图和传输特性 曲线如图所示。
简单电压比较器
电压幅度比较器：
将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值 VREF 上 , 就得到电压幅度比较器。
9.3 非正弦信号产生电路
电压比较器
简单电压比较器 迟滞比较器 窗口比较器 三态比较器
非正弦信号产生电路
方波产生电路
方波-三角波产生电路
9.3.1 电压比较器
简单电压比较器 迟滞比较器 窗口比较器 三态比较器
电压比较器功能
功 能 : 比较两个电压的大小 比较结果以输出高或低电平来表示 用集成运放和电阻、二极管等构成 集成电压比较器
• 电压传输特性的关键要素
– 输出电压的高电平VOH和低电平VOL – 门限电压
• 令vP＝vN所求出的vI就是门限电压
– 输出电压的跳变方向
• vI等于门限电压时输出电压发生跳变 • 跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式
• 9.8.1 • 9.8.5 • 9.8.6
作业
9.3.2 非正弦信号产生电路
当VH ＞vI＞ VL时， vO1为低电平， D3截止； vO2为低电平，D4截止； vO为0V；
传输特性
VRH
VRL vI
4. 三态比较器
R1
-
R2
A1
D1
R5
+
vo1
R3
-
vo2 D2
R4
A2 +
vO
vO
VOH
±VZ
VRL
vI
VRH
VOL
vI VRH vo1 0 D1导通 vo2 0 D2截止 vo Vz
方波周期Ｔ用过渡过程
公式可以方便地求出：
T
2Rf C
ln(1
2R2 R1
)
其中：
t1
t2
Rf C
vc
t t1
R2 R1 R2
VZ
vc t -VZ VZ
t
[ ]-
过渡过程公式： vc (t) = vc ( ∞) + vc (0) - vc ( ∞) e τ
t
[ ]-
= vc (0) - vc ( ∞) (1- e τ ) + vc (0)
VL
=
(VCC - 2VD )R2 R1 + R2
A1
1
= 2 (VCC - 2VD )
VH = VL + 2VD
A2
当vI＞VH时，vO1为高电平，D3导通； vO2为低电平, D4截止； vO≈ vO1 = VOH。
窗口比较器
当vI＜ VL时， vO2为高电平，D4导通； vO1为低电平，D3截止； vO≈ vO2 = VOH 。
临界状态下有:
v-=vR v-=v+=vR
v
vR
R1 R1 R2
vo
R2 R1 R2
vI
vI
R2
+
R1
A
vO
-
VR R3
±VZ
vI
(1
R1 R2
)VR
-
R1 R2
vo
vO VZ
vI
VTH
(1
R1 R2
)VR
R1 R2
VZ
vO VZ
vI
VTL
(1
R1 R2
)VR
R1 R2
VZ
回差电压：