简单电压比较器_迟滞比较器_窗口比较器ppt课件
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《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
最新电压比较器应用lM393剖析(共14张PPT)精品课件
一些已知直流 值的晶体三极管，验证电路工作
情况。
第十页，共十四页。Fra bibliotek四、实验(shíyàn)设备与器件
1、 12V 直流电源
2、 函数信号发生器 3、 双踪示波器
4、 数字万用表
5、 交流(jiāoliú)毫伏表
6、 LM393双电压比较器集成电路 7、电位器 8、发光二极管
9、电阻器等
第十一页，共十四页。
(a) 过零比较器
(b) 电压(diànyā)传输特性
图10－2 过零比较器
第四页，共十四页。
2、迟滞比较器
图10－3为具有迟滞特性的过零比较器
如图10－3所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到
同相输入端，若uo改变状态，∑点也随着改变电位，使过零 点离开原来位置。当uo为正（记作U+） ，则当ui＞U∑后 ，uo即由正变负
第五页，共十四页。
3、窗口（双限）比较器
简单的比较器仅能鉴别输入电压ui比参考电压UR高或低的
情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如图10－4
所示，它能指示出ui值是否处于和之间。如UR-＜Ui＜UR+ ，窗口比较器的输出电压Uo等于(děngyú)运放的正饱 和输出电压(+Uomax)，如果Ui＜ UR-或Ui ＞UR+ ，则 输出电压Uo等于运放的负饱和输出电压(－Uomax)。
第八页，共十四页。
3、窗口(chuāngkǒu)比较器应用
——三极管 值分选电路
参照下面参考电路，用双电压比较器LM393设计一个 值分选电路，要求(yāoqiú)当被 测三极管的 < 150 或 > 250， LED不亮，表示不合格；当150 250，LED 亮，表示
情况。
第十页，共十四页。Fra bibliotek四、实验(shíyàn)设备与器件
1、 12V 直流电源
2、 函数信号发生器 3、 双踪示波器
4、 数字万用表
5、 交流(jiāoliú)毫伏表
6、 LM393双电压比较器集成电路 7、电位器 8、发光二极管
9、电阻器等
第十一页，共十四页。
(a) 过零比较器
(b) 电压(diànyā)传输特性
图10－2 过零比较器
第四页，共十四页。
2、迟滞比较器
图10－3为具有迟滞特性的过零比较器
如图10－3所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到
同相输入端，若uo改变状态，∑点也随着改变电位，使过零 点离开原来位置。当uo为正（记作U+） ，则当ui＞U∑后 ，uo即由正变负
第五页，共十四页。
3、窗口（双限）比较器
简单的比较器仅能鉴别输入电压ui比参考电压UR高或低的
情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如图10－4
所示，它能指示出ui值是否处于和之间。如UR-＜Ui＜UR+ ，窗口比较器的输出电压Uo等于(děngyú)运放的正饱 和输出电压(+Uomax)，如果Ui＜ UR-或Ui ＞UR+ ，则 输出电压Uo等于运放的负饱和输出电压(－Uomax)。
第八页，共十四页。
3、窗口(chuāngkǒu)比较器应用
——三极管 值分选电路
参照下面参考电路，用双电压比较器LM393设计一个 值分选电路，要求(yāoqiú)当被 测三极管的 < 150 或 > 250， LED不亮，表示不合格；当150 250，LED 亮，表示
单限比较器、迟滞比较器、双限比较器(窗口比较器)_图文(精)
lm339应用电路图集lm339应用电路图:LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器,该电压比较器的特点是: 失调电压小,典型值为 2mV;电源电压范围宽,单电源为 2-36V,双电源电压为±1V-±18V;对比较信号源的内阻限制较宽;共模范围很大,为 0~(Ucc-1.5VVo;差动输入电压范围较大,大到可以等于电源电压;输出端电位可灵活方便地选用。
LM339集成块采用 C-14型封装,图 1为外型及管脚排列图。
由于 LM339使用灵活,应用广泛,所以世界上各大 IC 生产厂、公司竟相推出自己的四比较器,如IR2339、ANI339、SF339等,它们的参数基本一致,可互换使用。
LM339类似于增益不可调的运算放大器。
每个比较器有两个输入端和一个输出端。
两个输入端一个称为同相输入端, 用“+”表示, 另一个称为反相输入端, 用“-”表示。
用作比较两个电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平,它可选择 LM339输入共模范围的任何一点,另一端加一个待比较的信号电压。
当“+”端电压高于“-”端时, 输出管截止, 相当于输出端开路。
当“-”端电压高于“+”端时,输出管饱和,相当于输出端接低电位。
两个输入端电压差别大于 10mV 就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态,因此,把 LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。
LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管, 在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻(称为上拉电阻,选 3-15K。
选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。
因为当输出晶体三极管截止时, 它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。
另外,各比较器的输出端允许连接在一起使用。
单限比较器电路图 3为某仪器中过热检测保护电路。
它用单电源供电,1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压,它的值取决于 R1于 R2。
UR=R2/(R1+R2*UCC。
第7章2 (71) 简单电压比较器 迟滞比较器 窗口比较器
t
+(UZ+ UD)
t
-(UZ+ UD)
22
1.迟滞比较器 下行 迟滞比较器(下行 迟滞比较器 下行)
（反相滞回比较器 ）
ui
R
U+
R1
－+ +
R2
∞
uo
1、因为有正反馈，所以输出饱 、因为有正反馈， 和。 2、当uo正饱和时 o =+UOM) ： 、 正饱和时(u
R1 U+ = Uom = U + H R +R
3. rO=0。 。
5
例：限幅器
RF
R：限流电 ： 阻。一般 取100 。
ui t
ui
R1
– +
∞
A +
R DZ
uo uo
UZ
DZ双向 稳压管
t
-UZ
6
运放处于线性状态， 运放处于线性状态，但 外围电路有非线性元件—— 外围电路有非线性元件 稳压二极管。 稳压二极管。
*另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。 另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。
12
4、电压比较器的性能指标 、
（1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输入电 ）阈值电压： 压称之为阈值电压或门限电平。 压称之为阈值电压或门限电平。 （2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。 ）输出电平：输出电压的高电平和低电平。 （3）灵敏度：输出电压跳变的前后，输入电压之 ）灵敏度：输出电压跳变的前后， 差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高， 差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高， 抗干扰能力就越差。 抗干扰能力就越差。零电平和非零电平比较器的灵敏 度取决于运放从一个饱和状态转换到另一个饱和状态 所需输入电压的值， 所需输入电压的值，而迟滞比较器的灵敏度等于两个 阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。 阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。 （4）响应时间：输出电压发生跳变所需的时间称 ）响应时间： 之为响应时间。 13 之为响应时间。
电压比较器课件
详细描述
基于BiCMOS工艺的电压比较器设计结合了双极晶体管和CMOS晶体管的优点，利用双极晶体管的高电流传输特性和CMOS晶体管的高开关速度，实现高速度、低功耗、高精度的电压比较功能。这种设计广泛应用于高速比较器、模数转换器等电子系统中。
05
CHAPTER
电压比较器的测试与验证
为保证测试结果的准确性，测试环境应保持安静、无干扰，且温度、湿度等参数应满足测试要求。
VS
功耗是电压比较器在工作过程中消耗的能量。
详细描述
功耗是指电压比较器在工作过程中所消耗的能量，通常以毫瓦（mW）或瓦（W）为单位表示。功耗的大小反映了比较器的效率和工作稳定性。在选择电压比较器时，应考虑功耗与性能之间的平衡。
总结词
04
CHAPTER
电压比较器的设计与实现
基于运放的电压比较器设计通常采用运算放大器作为核心元件，通过负反馈和正反馈电路实现电压比较功能。
基于运放的电压比较器设计利用运算放大器的电压放大和电流放大特性，通过负反馈和正反馈电路调整输入和输出电压，实现电压比较功能。这种设计具有高精度、低噪声、低失真等优点，广泛应用于模拟电路和数字电路中。
总结词
详细描述
总结词
基于BiCMOS工艺的电压比较器设计结合了双极晶体管和CMOS晶体管的优点，具有高速度、低功耗、高精度等特性。
总结词
电压比较器由差分放大器构成，当两个输入电压之间存在一定电压差时，差分放大器会输出相应的电压信号。当输入电压满足一定条件时，输出信号会通过反相器等逻辑门电路转换为相应的逻辑信号。
详细描述
02
CHAPTER
电压比较器的应用
在数字电路中，电压比较器用于比较两个电压的大小，并根据比较结果输出相应的逻辑状态（高电平或低电平）。
基于BiCMOS工艺的电压比较器设计结合了双极晶体管和CMOS晶体管的优点，利用双极晶体管的高电流传输特性和CMOS晶体管的高开关速度，实现高速度、低功耗、高精度的电压比较功能。这种设计广泛应用于高速比较器、模数转换器等电子系统中。
05
CHAPTER
电压比较器的测试与验证
为保证测试结果的准确性，测试环境应保持安静、无干扰，且温度、湿度等参数应满足测试要求。
VS
功耗是电压比较器在工作过程中消耗的能量。
详细描述
功耗是指电压比较器在工作过程中所消耗的能量，通常以毫瓦（mW）或瓦（W）为单位表示。功耗的大小反映了比较器的效率和工作稳定性。在选择电压比较器时，应考虑功耗与性能之间的平衡。
总结词
04
CHAPTER
电压比较器的设计与实现
基于运放的电压比较器设计通常采用运算放大器作为核心元件，通过负反馈和正反馈电路实现电压比较功能。
基于运放的电压比较器设计利用运算放大器的电压放大和电流放大特性，通过负反馈和正反馈电路调整输入和输出电压，实现电压比较功能。这种设计具有高精度、低噪声、低失真等优点，广泛应用于模拟电路和数字电路中。
总结词
详细描述
总结词
基于BiCMOS工艺的电压比较器设计结合了双极晶体管和CMOS晶体管的优点，具有高速度、低功耗、高精度等特性。
总结词
电压比较器由差分放大器构成，当两个输入电压之间存在一定电压差时，差分放大器会输出相应的电压信号。当输入电压满足一定条件时，输出信号会通过反相器等逻辑门电路转换为相应的逻辑信号。
详细描述
02
CHAPTER
电压比较器的应用
在数字电路中，电压比较器用于比较两个电压的大小，并根据比较结果输出相应的逻辑状态（高电平或低电平）。
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
简单电压比较器迟滞比较器窗口比较器PPT课件
Uom
当uo= +UOM
R
2u
R +R i
1
2
+
R 1
令
U 0
R + R om
1 第32页2/共71页
ui=U+L
R1 R2
Uom
32
迟滞
比较器
上下门限电压
R
－
+
+
uo
ui
R1
R2
U+H
R1 R2
Uom
U+L
R1 R2
Uom
传输特性曲线
uo
Uom
U+L
0
U+H
ui
-Uom
33
第33页/共71页
加上参考电压后的迟滞比较器(上行) ：
t t
5
*另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。
反向D比Z 例
运算电路
RF
ui R1 –
+A +
当稳压管RRF1不u通i ，U运Z 放时工，作双在向
线性状态。
uo
uo
RF R1
ui
当 向稳压RRF1管u的i 作U用Z 下时，，在双
uo UZ 或 uo UZ
6
第6页/共71页
UZ
RF
处于非线性状态运放的特点：
1. 虚短路不成立。 2. ri仍可以认为很大。 3. rO=0。
4
第4页/共71页
例：限幅器
RF
ui R1 –
A+ +
DZ双向 稳压管
R：限流电 阻。一般
取100 。 ui
R uo
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单限比较器的优缺点：
uI
单限比较器的优点是电路结
门限电平
构简单，灵敏度高。但是，主要 缺点是抗干扰能力差。如果输入 0
电压因受干扰或噪声的影响，单
t
限比较器的输出端电压将会在高、uO 低两种电平之间频繁地反复跳变， 使电路不能稳定工作。波形示意 0
+(UZ+ UD)
t
图如右所示：
电压比较器的主要作用是进行电平检测。
uI
参考电压
uR
0
t
uO
0
t
利用电压比较器进行电平检测波形示意图
精选ppt
10
1．电压比较器的功能
功能: 比较两个电压的大小(用输出电压的高或低 电平，表示两个输入电压的大小关系);
用途：可用作模拟电路和数字电路的接口，还 可以用作电平检测、波形产生和变换电路等。
精选ppt
2
概述
运放的非线性应用
1. 电路中的运放处于非线性状态。
比如：运放开环应用
+
ui
A + uo
uo ui
运放开环、有正反馈时，处于非线性状态
精选ppt
3
2. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线 性元件（二极管、三极管、稳压管等）。
负反馈
ui R1
RF2 D RF1
D截止 ui>0时：
度取决于运放从一个饱和状态转换到另一个饱和状态
所需输入电压的值，而迟滞比较器的灵敏度等于两个
阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。
（4）响应时间：输出电压发生跳变所需的时间称
之为响应时间。
精选ppt
13
5．电压比较器的分析方法
按理想情况分析
若U-＞U+ 则UO=-UOM； 若U-＜U+ 则UO=+UOM。
uo
RF1 R1
ui
A+
uo
ui<0时： D导通
uo
RF1//RF2 R1
ui
uo
传输特性
0
精选ppt
ui
4
3. 电路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非 线性元件（二极管、三极管）。
由于处于线性与非线性状态的运放的 分析方法不同，所以分析电路前，首先确 定运放是否工作在线性区。
确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。
uo
+UOM
+UOM
0 -UOM
U+-U-
称之为同相比较器
0 -UOM
U--U+
称之为反相比较器
精选ppt
15
一、非零电平比较器
若ui 从同相端输入 （同相电压比较器）
ui
+
UR
+ uo
当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom
uo
+Uom
UR为参考电压
0
ui
-UOM
ui
+
uo
+
uo
+UZ
UZ
精选ppt
0
-UZ
ui 忽略了正
向压降UF
20
※ 作用：a）使Uo∠0时的输出更接近0；b）DZ有存储 效应，D的跳变速度快，使输出接近矩形波。
D
为了限制集成运放 的差模输入电压，保护 其输入级，可加二极管 限幅电路 。
精选ppt
21
7.4.2 迟滞比较器（滞回比较器、滞环比较器、 施密特触发器）
7.4 集成运放的非线性应用
概述 7.4.1 简单电压比较器 7.4.2 迟滞比较器 7.4.3 窗口比较器
精选ppt
1
*复习
u- _ Ao uo
ui
+
u+ +
uo UOMuomax +UOM ui
-UOM
线性放大区
Ao越大，运放的线性范围越小，输入大于 ,则输出uo要么为
+UOM，要么为-UOM。
2．运放的工作状态 比较器电路中的运放一般在开环或正反馈条件
下工作，运放的输出电压只有正和负两种饱和值，
即运放工作在非线性状态。在这种情况下，运放输
入端“虚短”的结论不再适用，但“虚断”的结论
仍然可用。
精选ppt
11
3．电压比较器的类型
常用的电压比较器有：
零电平比较器(过零比较器) 非零电平比较器(单限比较器) 迟滞比较器（滞回比较器） 窗口比较器(双限比较器)
精选ppt
7
UZ
RF
ui R1 –
uo
A+
+
传输特性
uo
+UZ
0
ui
+UZ
精选ppt
8
UZ
ui
RF
ui R1 – u
+A +
o
uo
由于稳压管被反向击 穿时，将引入一个深 度负反馈，此时集成 运放工作在线性区， 且其反相输入端“虚 地” 。
过零附近运放 仍处于线性区
精选ppt
t t
9
7.4.1 简单电压比较器
(阈值电压：
P285定义)
精选ppt
0
-Uom
UR ui
16
电压 比较器
若ui从反相端输入 （反相电压比较器）
UR ui
+
当ui < UR时 , uo = +Uom
+ uo 当ui > UR时 , uo = -Uom
uo
+Uom
0
-Uom
ui
UR
精选ppt
17
电压 比较器
二、零电平比较器: 当UR =0时 uo
简单比较器
精选ppt
12
4、电压比较器的性能指标
（1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输入电
压称之为阈值电压或门限电平。
（2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。
（3）灵敏度：输出电压跳变的前后，输入电压之
差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高，
抗干扰能力就越差。零电平和非零电平比较器的灵敏
外围电路有非线性元件—— -UZ
稳压二极管。
精选ppt
6
*另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。
反向D比Z 例
运算电路
当
RF R1
ui
UZ
时，双向
稳压管不通，运放工作在
RF
线性状态。
ui
R1 –
+A +
uo 当
uo
RF R1
ui
RF R1
ui
UZ
时，在双
向稳压管的作用下，
uoU Z或uo U Z
ui
+
+ uo
uo ui
精选ppt
-UOM uo
+UOM
0
ui
-UOM
18
电压
比较器
例题：利用电压比较器 将正弦波变为方波。
ui
ui
+
t
+ uo
UR=0
uo
uo
+Uom
+UOM
t
0 -UOM
ui -Uom
精选ppt
19
电压
比较器 用稳压管稳定输出电压
uo
ui
+
+ uo
+UOM
只有当U-=U+时，输出状 态才发生跳变；反之，若输出
理想 情况
uo
+UOM
实际 情况
Ui=U--U+
发生跳变，必然发生在U-=U+
的时刻。
-UOM
虚断（运放输入端电流=0）
电压比较器在输出状态
注意：此时不能用虚短！
跳变过程中，运放可视为在
精选pp线t 性区工作。
14
注意：
U+ U_
+
+ uo
uo
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。
处于非线性状态运放的特点：
1. 虚短路不成立。
2. ri仍可以认为很大精。选ppt 3. rO=0。
5
例：限幅器
RF
R：限流电 阻。一般
取100 。 ui
ui
R1 – R
A+
uo
t
+
DZ
uo
DZ双向 稳压管
UZ
t
运放处于线性状态，但