电压比较器5
电压比较器
电压比较器
电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。
电压比较器的功能：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)：
当”＋”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；
当”＋”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平；
电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。
利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。
简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。
改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。
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，否则输出低电平。
电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。
一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。
可用作电压比较器的芯片：所有的运算放大器。
常见的有LM324 LM358 uA741 TL081\2\3\4 OP07 OP27，这些都可以做成电压比较器（不加负反馈）。
LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合，其实它们也是一种运算放大器。
LM339的引脚图如下：
LM339。
电压比较器的工作原理
电压比较器的工作原理电压比较器的工作原理主要基于比较输入电压与参考电压的大小。
一般情况下，电压比较器有两个输入端，一个是非反相输入端（+），一个是反相输入端（-），以及一个输出端。
当非反相输入端的电压高于反相输入端的电压时，输出端会输出高电平信号；反之，则输出低电平信号。
这种工作原理使得电压比较器可以用于检测电压的大小关系，并输出相应的控制信号。
电压比较器的工作原理可以通过一个简单的比较器电路来理解。
比较器电路一般由一个运算放大器和一些反馈电阻构成。
当输入电压加在非反相输入端时，反馈电阻会将输出电压回馈到反相输入端，从而使得非反相输入端的电压与反相输入端的电压进行比较。
当输入电压高于参考电压时，输出电压会趋向于正饱和电压；反之，输出电压会趋向于负饱和电压。
这种反馈机制使得比较器可以实现高精度和高速的电压比较功能。
除了基本的电压比较功能，电压比较器还具有一些特殊的工作特性。
例如，电压比较器的输出可以是开漏输出或者推挽输出，这取决于电路设计中使用的输出级。
开漏输出的电压比较器可以实现电平转换和电流驱动功能，适用于需要控制外部负载的场合；而推挽输出的电压比较器则可以直接驱动负载，具有更高的输出功率和速度。
此外，电压比较器还可以实现滞回特性，即在输入电压超过一定阈值时，输出状态发生瞬时变化，这可以有效抑制输入信号的噪声干扰，提高电路的稳定性和可靠性。
滞回特性使得电压比较器在开关控制和触发器等电路中得到广泛应用，例如在模拟电压比较器中，可以实现开关控制和触发器等功能。
总之，电压比较器是一种重要的电子元件，其工作原理和特性对于电子工程师来说至关重要。
通过理解电压比较器的工作原理，我们可以更好地应用它来设计和实现各种电子电路，提高电路的性能和可靠性。
希望本文能够帮助读者更好地理解电压比较器，并在实际应用中发挥其作用。
电压比较器与应用
03
使用模拟电路实现
通过模拟电路的方式实现 电压比较器，可以获得较 好的性能和精度。
使用数字电路实现
通过数字电路的方式实现 电压比较器，可以简化电 路设计并提高可靠性。
使用集成芯片实现
使用集成芯片实现电压比 较器，可以方便地实现复 杂的电路功能，并降低成 本。
电压比较器的优化策略
优化阈值电压
通过优化阈值电压，可以 提高比较器的精度和响应 速度。
电压比较器与应用
目 录
• 电压比较器简介 • 电压比较器的应用 • 电压比较器的性能参数 • 电压比较器的设计与实现 • 电压比较器的常见问题与解决方案 • 电压比较器的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
电压比较器简介
电压比较器的定义
总结词
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 输出相应的电信号。
输入阻抗
指电压比较器对输入信号的阻抗大小。
输入失调电压
指输入端为零时，输出端不为零的电压值。
输入失调电压的温度系数
指输入失调电压随温度变化的程度。
输出电压范围
01
输出电压范围
指电压比较器的输出电压可达到 的范围。
03
输出驱动能力
指电压比较器能够驱动的负载电 流大小。
02
输出阻抗
指电压比较器输出端的阻抗大小 。
详细描述
电压比较器由运算放大器（Op-Amp）或类似结构的电路组成。当输入电压高于 参考电压时，比较器的输出端与正电源（VCC）接通，输出高电平；当输入电压 低于参考电压时，比较器的输出端与负电源（VSS）接通，输出低电平。
电压比较器的分类
总结词
根据工作原理和应用需求，电压比较器可分为模拟比较器和数字比较器两大类。
电压比较器
电压比较器电压比较器，三端元件（两输入端，一输出端），输入为模拟信号，输出为数字信号。
一、基本电路和相关定义1、电压（电平）比较器的身份定义电压比较器是一种用来比较两个或两个以上模拟电平，并给出比较结果（可用数字量的1、0来表示）的功能部件。
可作为模拟电路和数字电路之间接口的一种电路，即模拟－数字转换器。
所有运算放大器，均处于负反馈的闭环状态之下。
一旦处于开环，因其无穷大电压放大倍数之故，势必使其输出级处于“饱和”或“截止”的两个极端状态，而不再具备放大器的特征。
但在某些应用场合，恰恰需要利用放大器开环时输出级所表现出的这种极端状态，如将两个或两个以上模拟量输入量进行比较，将两者（或两者以上）的大小分别用高电平（逻辑1）和低电平（逻辑0）表示，以完成将电平差转换为数字表的转换。
其输入、输出已不存在线性关系。
如果有一种器件，是专业从事输入电压比较而输出开关量信号的，该器件就叫做电压比较器。
因而该类器件既不归属于线性（模拟）电路类别，也不归属于数字电路类别。
从输入看，尚具备线性电路特点；从输出看，已为典型的数字电路特点。
其身份尴尬：非线性模拟电路（又是一个矛盾性定义，既为模拟，又何来非线性？）。
比较器有模拟和数字电路的两重特性，是集成了二者之长吗？与二者相比，各有什么特点？它们能否相互替代呢？12+-ININO UTVREFO UT+-INVREFO UT321321RPN1N2RPa 、反相器b 、运放电路c 、比较器电路图1-1 比较器和数字电路、运放电路1）反相器以数字电路中的TTL 产品中的反相器为例。
反相器是如何识别输入信号的高、低电平呢？肯定有一个潜在的比较基准。
器件典型供电Vcc 为+5V ，当输入电压低于1.5V （30%Vcc 以下，比较基准之一）时，为输入低电平信号，此时输出端为高电平状态；当输入电压高于3.5V （60%Vcc 以上，比较基准之二）时，为高电平信号输入，此时输出端为代电平状态；当输入信号在低于3.5V 高于1.5V 的范围之内，会引起识别混乱或无法识别，从而不能确定输出状态（因此这一输入电压范围也被称为非法信号）。
5-电压比较器与振荡电路
_
A=3 + +
同 相 放 大 器 uo
因为： j A 在 f0 处
0
jF 0 ,
满足相位条件：
jA + jF 0
振幅条件： AF=1
C
输出正弦波频率：
A=3
1 F 3
1 f0 பைடு நூலகம்pRC
Rf A 1+ R1
Rf 2 R1
例题:R=1k，C=0.1F， R1=10k。Rf为多大时才 能起振？振荡频率f0=？ 起振条件： 1 AF=1， F
Uf Z2 F U o Z1 + Z 2
Uf
R2
C2
Uf 1 U O (1 + R1 + C 2 ) + j (w R1C 2 1 ) w R 2 C1 R 2 C1
1 当 w R1C2 w R2C1
时，相移为0。
RC串并联网络的频率特性曲线
RC桥式振荡器的工作原理：
文 氏 桥 选 频 电 路 R Rf uo R C R1
3. 几种常用的电压比较器
（1）单门限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压 单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压 U UT1 UT2
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
4、运放工作在非线性状态基本分析方法
五、集成比较器
某型号集成比较器的等效电路
⑧ ③
+ VCC
⑦ ③
③ ⑦ ②
+
①
⑦
② ④
VEE
《电压比较器的应用》课件
在绘制完版图后，检查版图是否符合设计规则， 确保版图的正确性和可制造性。
电压比较器的仿真与测试
建立仿真模型
根据电路设计和版图布局，建立电压比较器的仿真模 型。
进行仿真测试
使用仿真软件对电压比较器进行仿真测试，观察电路 的性能指标是否满足设计要求。
进行实际测试
在实际环境中，搭建测试平台对电压比较器进行实际 测试，验证其性能和可靠性。
研究方向二
研究电压比较器的数字化控制技术，实现智能化 和自适应调节。通过引入数字信号处理技术，对 电压比较器的输出信号进行数字化处理，提高其 抗干扰能力和稳定性。
研究方向四
研究电压比较器的可靠性技术，以提高其在复杂 环境下的稳定性和可靠性。通过加强器件可靠性 设计、优化电路布局和布线等措施，提高电压比 较器的抗干扰能力和稳定性。
选择合适的比较器芯片
根据输入信号范围、精度要求和功耗等因素，选择合适的比较器芯 片。
设计比较器电路
根据比较器芯片的规格书，设计比较器电路，包括输入级、放大器 和输出级等部分。
电压比较器的版图设计
设计版图布局
根据电路设计，合理规划版图布局，确保电路元 件之间的连接关系正确、紧凑。
绘制版图
使用EDA工具，按照电路元件的连接关系，逐一 绘制每个元件的版图。
详细描述
功耗是指电压比较器在工作过程中所消耗 的能源量，通常以功率或能量消耗来表示 。功耗的大小直接影响到比较器的发热、 效率以及电源的负载能力。在节能减排和 绿色环保的背景下，功耗已经成为评价电 子设备性能的重要指标之一。
04
电压比较器的设计与实现
电压比较器的电路设计
确定输入信号范围
根据应用需求，确定电压比较器的输入信号范围，以便选择合适 的比较器芯片或自行设计电路。
什么是电压比较器的输入偏置电流
什么是电压比较器的输入偏置电流电压比较器是一种重要的电子元件，在电路设计和信号处理中起着至关重要的作用。
而其中的输入偏置电流更是电压比较器的一个重要参数，本文将围绕着“什么是电压比较器的输入偏置电流”展开论述。
1. 电压比较器的基本原理电压比较器是一种电路，用于将两个输入电压进行比较，并输出表示结果的电压信号。
它的基本原理是将两个输入电压与一个参考电压进行比较，通过输出反映出两个输入电压的相对大小。
2. 输入偏置电流的定义输入偏置电流，也称为输入失衡电流，是指电压比较器在工作过程中输入端所引入的非平衡电流。
它的存在会影响电压比较器的精确性和灵敏度。
3. 输入偏置电流的来源输入偏置电流主要来自电压比较器内部的放大器电路。
放大器电路中的晶体管和其他元件会引入电流不平衡，从而形成输入偏置电流。
4. 输入偏置电流的性质输入偏置电流可以通过数学表达式来表示，一般为纳安（nA）级别。
它的大小与电压比较器的设计和工艺有关，也与温度和供电电压等因素相关。
5. 输入偏置电流的影响输入偏置电流存在的主要影响是引起输入电压的失衡。
当输入电压相差较小时，输入偏置电流可以引起系统的误判，导致比较结果不准确。
此外，输入偏置电流还可能在一些特定应用中引起漏电流和功耗等问题。
6. 减小输入偏置电流的方法为了减小输入偏置电流对电路性能的影响，可以采取一些措施。
例如，可以在输入端接入补偿电流或使用零漂器件来抵消输入偏置电流；也可以通过选择或设计合适的电压比较器来降低输入偏置电流。
7. 输入偏置电流的应用电压比较器的输入偏置电流在实际应用中具有重要的意义。
它常用于模拟电路、数字电路、功率放大器、自动控制系统等领域。
对输入偏置电流的准确理解和合理应用，可以提高电路的精确性和可靠性。
8. 总结综上所述，电压比较器的输入偏置电流是一个重要的参数，在电路设计和信号处理中起着重要作用。
本文从基本原理、定义、来源、性质、影响、减小方法和应用等方面进行了论述。
电压比较器内部电路原理
电压比较器内部电路原理电压比较器是电子电路中常见的一种组件，它能够将两个输入电压进行比较，并输出一个二进制信号。
电压比较器的内部电路原理主要包括差分放大器、参考电压源、输出级、反馈网络、电源供电、温度补偿、保护电路和频率响应优化等方面。
1.差分放大器差分放大器是电压比较器的重要组成部分，它能够将两个输入信号进行差分放大，使得输出的电压能够达到所需的幅度。
差分放大器通常采用运算放大器（Op-Amp）来实现，其特点是具有很高的增益和很低的误差。
2.参考电压源参考电压源是电压比较器的另一个关键部分，它能够产生一个稳定的参考电压，用于与输入信号进行比较。
参考电压源通常由一个稳压器（regulator）和一个大电阻（resistor）组成，通过调节电阻的阻值可以调整参考电压的大小。
3.输出级输出级是电压比较器的第三个重要部分，它能够将差分放大器输出的信号进行整形（shaping）和放大（amplifying），使得输出的信号能够满足所需的幅度和波形。
输出级通常采用功率放大器（power amplifier）或者电压跟随器（voltage follower）来实现。
4.反馈网络反馈网络是电压比较器的一个关键部分，它能够将输出信号的一部分反馈到差分放大器的输入端，以调节放大器的增益和输出信号的幅度。
反馈网络通常由电阻、电容等元件组成，可以改善电路的性能和稳定性。
5.电源供电电源供电是电压比较器的另一个基本部分，它能够为电路提供稳定的工作电压。
电源供电的设计需要考虑电源的稳定性、效率、噪声等方面，以确保电路的正常工作。
6.温度补偿温度补偿是电压比较器的一个重要部分，它能够通过调节电路元件的参数来抵消环境温度对电路性能的影响，以保持电路性能的稳定。
温度补偿的方法可以通过使用温度系数补偿器（TC补偿器）或者热敏电阻（thermistor）等元件来实现。
7.保护电路保护电路是电压比较器的一个辅助部分，它能够为电路提供保护措施，避免电路受到过压、过流等异常情况的影响。
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四.实例分析
二.过流保护电路
R5 10k R6 10k
R4
1000k
2 3
R7
1000K
7
4
U3
6 LM324
R2
38K
3 2
R3
12K
4
7
U4
6
Sout
LM393
2 GND
U2
7815 1 VI
VO 3 15V
R1
0.01 ohm
RL1
接负载
G2R-14-AC24
Q1
Sin
S8050
四.实例分析
Uout 注意：不存在Uin+=Uin-
的状态。因为这是一种 不稳定的状态。
三.电压比较器的应用电路
R3
Vin
Vin+
7
Vin-
6
R2
12
3
单门限电压比较器
如果
U1:A R1
10k
Vin>Vcc*R2/(R2+R3) Vout=H
1
Vout 如果
Vin<Vcc*R2/(R2+R3)
Vout=L
LM339
一.光电对管检测电路 U2:光电对管 RV2:可调电阻（调节阈值电压） （1）U2的光未被遮挡:光敏三极管饱和导通， LM393同相输入端电压Vin+接近于VCC。 （2）U2的光被遮挡:光敏三极管截止，LM393同相 输入端电压Vin+接近于0V。 （3）调节RV2，可以使U2的光未被遮挡时LM393输 出高电平， U2的光被遮挡时，LM393输出低电平。
R1:检流电阻，检测电流的大小。为了减小 该电阻对电路的影响，该电阻的阻值应尽 可能的小。
LM324:差分比例放大。将R1上的电压放大 100倍。
LM393:单门限电压比较。此处设置阈值电 压为1.2V。当流过R1上的电流大于1.2A时， R1上的电压大于0.012V，LM324输出电压 大于1.2V，LM393输出高电平。
电压比较器
——电压比较器的应用
一.电压比较器概述
电压比较器是一种特殊的运算放大器，用于实现 模拟信号（电压）大小的比较。
作用： 电压比较 波形产生与整形 AD/DA 模拟电路与数字电路的接口
注意：集电极开路（漏极开路）输出的电压比较 器，使用的时候一定要加上拉电阻。
一.电压比较器概述
电压比较器一般工作在开环饱和状态。 运算放大器可以用作电压比较器，但性能
（带宽、响应速度、延迟等）不如专用的 电压比较器芯片。 常用的电压比较器： 1.常用的运算放大器均可用做电压比较器 2.专用电压比较器 LM339、LM393等
二、电压比较器的基本特性
Uin+
7
Uin-
6
12
3
U1:A R1
10k 1
LM339
如果Uin+>UinUout→VCC (高电平H)
如果Uin+<UinUout → 0 (低电平L)
号转化为同频率
U2
的双极性矩形波。
7
Vin
3
2
6
Vout 常用于测量正弦
波的频率相位等
4
OP07
-VCC
三.电压比较器的应用电路
四.实例分析
5V
R6
200R
4
OPTOCOUPLER-NPN
R7
36K
50%
U4:A
8
3
RV2 2
1
R8
8K2
CONTER
4
1k
LM393
四.实例分析
三.电压比较器的应用电路
双门限电压比较器
U1:A R1
如果
12
10k
Vref1
6
1
Vout
Vref1<Vin<Vref2
7
3
Vout=H
LM339
Vin
如果
U1:B
Vin<Vref1或Vin>Vref2
12
4
2
Vref2
5
Vout=L
3
LM339
三.电压比较器的应用电路
过零比较器
+VCC
作用：将交流信
四.实例分析
S8050:三极管。当Sout输入高电平时，三极 管导通，继电器动作，切断电路。 Sout输入 低电平时，三极管截止，继电器动作，接 通电路。
Sout不宜直接与Sin相接，否则可能会引起振 荡。
谢谢！！