单限比较器、迟滞比较器、双限比较器(窗口比较器)
窗口比较器,窗口比较器原理是什么？
窗口比较器,窗口比较器原理是什么？比较器有二大类,简述如下:1.模拟比较器将模拟量与一标准值进行比较,当高于该值时,输出高(或低)电平.反之,则输出低(或高)电平.例如,将一温度信号接于运放的同相端,反相端接一电压基准(代表某一温度),当温度高于基准值时,运放输出高电平,控制加热器关闭,反之当温度信号低于基准值时,运放输出低电平,将加热器接通.这一运放就是一个简单的比较器,因为输入与输出同相,称为同相比较器..有的模拟比较器具有迟滞回线,称为迟滞比较器,用这种比较器,有助于消除寄生在信号上的干扰.2.数字比较器用来比较二组二进制数是否相同,相同时输出(或低)高电平,反之,则输出相反的电平.最简单的数字比较器是一位二进制数比较器,是一个异或门(或同或门).窗口比较器,窗口比较器原理是什么?“窗口比较器”又叫“双限比较器”，是指在输入信号的上升沿和下降沿翻转电压不同的比较器，两个电压之间的值为窗口宽度。
窗口比较器常用两个比较器组成（双比较器），它有两个阈值电压VTHH（高阈值电压）及VTHL（低阈值电压），与VTHH及VTH L比较的电压VA输入两个比较器。
若VTHL≤VA≤VTHH，Vout输出高电平；若VA＜VTHL，VA＞VTHH，则Vout输出低电平，如图10所示。
图10是一个冰箱报警器电路。
冰箱正常工作温度设为0～5℃，（0℃到5℃是一个“窗口”），在此温度范围时比较器输出高电平（表示温度正常）；若冰箱温度低于0V或高于5℃，则比较器输出低电平，此低电平信号电压输入微控制器（μC）作报警信号。
温度传感器采用NTC热敏电阻RT，已知RT在0℃时阻值为333. 1kΩ；5℃时阻值为258.3kΩ，则按1.5V工作电压及流过R1、RT的电流约1.5 uA，可求出R1的值。
R1的值确定后，可计算出0℃时的VA值为0.5V（按图10中R1=665kΩ时），5℃时的VA值为0. 42V，则VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。
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。
单限-滞回-窗口比较
单限比较器一、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。
(a) 电路图(b) 电压传输特性图过零电压比较器二、一般单限比较器将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值V REF上，就得到电压比较器，可方便地改变阈值。
电路如图所示。
调节VREF(a) 电路图(b)电压传输特性图固定电压比较器比较器的基本特点工作在开环或正反馈状态。
开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。
非线性，因是大幅度工作，输出和输入不成线性关系。
滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图(a)所示电路。
(a) 电路图 (b) 传输特性图 滞回比较器电路图当输入电压v I 从零逐渐增大，且T I V v ≤时，+=om O V v ，T V 称为上限阀值（触发）电平。
++++=om 21221REF 1T V R R R R R V R V 当输入电压T I V v ≥时，-=om O V v 。
此时触发电平变为T V '， T 'V 称为下限阀值（触发）电平。
-+++='om 21221REF 1T V R R R R R V R V 当I v 逐渐减小，且 TI V v '=以前，O v 始终等于V om -，因此出现了如图(b)所示的滞回特性曲线。
回差电压∆V ：()-+-+='-=∆om om 212 T T V V R R R V V V 窗口比较器窗口比较器的电路如图所示。
电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。
设R 1 =R 2，则有DL H D CC 212D CC L 2=)2-(21)2-(=V V V V V R R R V V V +=+窗口比较器的电压传输特性如图所示。
当v I V H 时，v O1为高电平，D 3导通；v o2为低电平，D 4截止，v O = v O1。
电压比较器
讨论三
已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它 们各为哪种电压比较器；输入电压为5sinωt(V)，画出各 电路输出电压的波形。
反相输入 滞回比较器
窗口 比较器
同相输入 单限比较器
你能分别组成具有图
示电压传输特性的电压 比较器电路吗？
讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。
uI
A
UREF
uo
两只特性相同而又制 作在一起的稳压管
输出限幅电路
uO＝± UZ
1) 集成运放的净输入电压和净 输入电流均近似为零，保护了 输入级； 2) 集成运放没有工作到非线性 区，加速集成运放状态的转换
电压比较器的分析方法：
1、写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN，求解出的 uI即为UT； 2、根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；
U OM U OM U OM U OM
当uI>URH时，uO1= － uO2= UOM，D1导通， D2截止； uO= UZ。
当uI<URH时，uO2= － uO1= UOM，D2导通， D1截止； uO= UZ 。
当URL<uI< URH时， uO1= uO2= －UOM，D1、 D2均截止； uO= 0。
UH
t
UL
ui
R
－
+
uo
ui
+
Uom
t
R1
R2
-Uom
例：R1=10k，R2=20k ，的波形。
ui 10V
5V
t
0
ui R
UR R1
－
+
+
R2
uo
Uom uo
UL
模电第7.7 正反馈应用一------电压比较器
RF R2 u U REF uO R2 RF R2 RF
uO
+UZ UT+ UT-
O
- UZ
uI
比较器有两个不同的门限电平， 故传输特性呈滞回形状。
因为电容充电和放电时常数均等于 RC ，所以 T1=T2，占空比D=T2/T=50%。 振荡频率f0。根据三要素法，电容电压uC(t)为
(4)
uC (t ) UC () [UC () UC (0)]e
t
(4-21)
趋向值：U（ U oH U CC C ） 初始值：U（ ） U TL C 0 时常值： RC 转换值：当t T1时，uC (T1 ) U TH
uI uR
电压比较器
uO
传输特性
(4-3)
4.几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：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
开环应用 开环应用
（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。
UOM uo= uoL → “0 ”
•使输出产生跃变的输入电压Ur称为阈值电压。
• 电压比较器是集成运放的另一类基本应用电路 。
(4-2)
2. 电压比较器功能：对uI鉴幅和比较
广泛用于报警、电平检测、自控、 A/D转换等电路中。 3. 比较器的电压传输特性 及其三要素 uO＝f(ui) 电压传输特性的三个要素： ① 输出高电平UOH和低电平UOL ② 阈值电压Ur ③ ui过Ur时uO的跃变方向
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。
电压比较器、正弦波振荡电路、非正弦波发生电路
电压比较器
一、单限比较器 电路只有一个阈值电压， 电路只有一个阈值电压，输入电压逐渐增大或减小过程 当通过阈值电压变，从高电平 跃变为低电平或从低电瓶跃变为高电平。 跃变为低电平或从低电瓶跃变为高电平。 1.过零比较器 过零比较器 其阈值电压等于零。 其阈值电压等于零。
电压比较器
反相过零电压比较器
电压比较器
在实用电路中为了满足负载的需要， 在实用电路中为了满足负载的需要，常在集成运放的 输出端加稳压管限幅电路。 输出端加稳压管限幅电路。
电压比较器的输出限幅电路
电压比较器
2.一般单限比较器 一般单限比较器
电压比较器
二、滞回比较器 电路有两个阈值电压， 电路有两个阈值电压，输入电压从小变大过程中使输 出电压产生跃变时的阈值电压不等于从大变小过程中 使输出电压产生跃变的阈值电压，电路具有滞回特性。 使输出电压产生跃变的阈值电压，电路具有滞回特性。
电压比较器
加了参考电压的滞回比较器
电压比较器
三、窗口（双限）比较器 窗口（双限）
电压比较器
小结： 小结： 1）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输 ）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区， 出电压只有高电平和低电平两种可能的情况； 出电压只有高电平和低电平两种可能的情况； 2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的 ） 函数关系； 函数关系； 3）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平， ）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平， 阈值电压和输出电压的跃变方向。 阈值电压和输出电压的跃变方向。输出电压的高低电 平决定于限幅电路； 所求出的U 平决定于限幅电路；令UP=UN所求出的 I就是阈值电 压；UI等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于同 相输入端还是反相输入端。 相输入端还是反相输入端。
LM339电压比较器的常用方法介绍
四电压比较器LM339的常用方法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：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）V o；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）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。
l、单限比较器电路图1a给出了一个基本单限比较器。
输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。
当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。
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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-1.5V）Vo；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。
同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。
当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。
当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，Uo输出为零电位，使保护电路动作，调节R1
的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。
迟滞比较器
图2a给出了一个基本单限比较器。
输入信号Uin，即待比较电压，它加到
同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。
当输入电压Uin>Ur
时，输出为高电平UOH。
图2b为其传输特性。
迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。
前面介绍的单限比较器，如
果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动
（起伏）。
在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。
图4a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的
比较器。
图4b为迟滞比较器的传输特性。
不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的。
但随之而来的是分辨率降低。
因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。
迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。
除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。
如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。
图5为其原理图。
图6为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。
电网电压正常时，
1/4LM339的U42.8V，U5=2.8V，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器BG1是导通的。
当电网电压大于242V时，U4>2.8V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。
由于制造了一定的回差（迟滞），在过电
压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4U3，电磁炉才又开始工作。
这正是我们所期望的。
双限比较器（窗口比较器）
图7电路由两个LM339组成一个窗口比较器。
当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时（UR1UinUR2），输出为高电位（UO=UOH）。
当Uin不在门限电位范围之间时，（Uin>UR2或UinUR1）输出为低电位（UO=UOL），窗口电压
ΔU=UR2-UR1。
它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。
用LM339组成振荡器
图8为有1/4LM339组成的音频方波振荡器的电路。
改变C1可改变输出方波的频率。
本电路中，当C1=0.1uF时。
f=53Hz；当C1=0.01uF时，f=530Hz；当C1=0.001uF时，f=5300Hz。
LM339还可以组成高压数字逻辑门电路，并可直接与TTL、CMOS电路接口。