几种电压比较器的说明和比较
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集成运放组成的电压比较器
1. 功能及应用:主要用来判断输入信号电位之间的相对大小,它至少有两个输入端及一个输出端,通常用一个输入端接被比较信号U i,另一个则接基准电压V R定门限电压(或称阀值)的U T。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的矩形波,应用于模-数转换,波形产生及变换,及越限警等。
2. 运放的工作状态:开环和正反馈应用:运放在线性运用时,由于开环增益一般在105以上,所以其对应的输入的线性范围很小,U i数量级,为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈,降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1,请注意横、纵坐标标度的不同
(1) 从途中可化称
发出变化,使Uo从负波饱和值突变到正饱和值,只在经过极窄的线(2) 若U
i
性区
时,才遵循在线性工作时才特有的“虚短”,其它时刻“虚短”不复存在。
(3) 若横坐标采用与纵坐标相同的标尺,则线性部分特性与纵轴合拢。
(4) 若用正反馈使Aod↑,则可缩短状态的转换时间。
3. 分类:
(1) 单限比较器
(2) 迟滞比较器(Schmitt)
(3) 双限比较器(窗口比较器)
二. 单限比较器
1. U
i 与U
R
分别接运放两输入端的开环串接比较器,见图8.2.2
ΔU
i >U
R
Uo=+Uom
ΔU
i
R
Uo=-Uom
ΔU
i =U
R
Uo发生翻转(或称突变)
U T =U
R
谶纬门限电压或阀值,若UR=0称为过零比较器
Δ当U
i 与U
R
互换位置,此时Uo以U
i
=U
R
为对称轴与交换量对称。
2.U
i 与U
R
并联在运放同一输入端时的开环并接比较器见图8.2.3
Δ在同相端可作Therenin等效
当Uoc>0时,即 Uo=+Uom
当Uoc<0时,即 Uo=-Uom
可见
Δ若把运放的同相端与反相端互换,则与图8.2.2(b)类同
三.迟滞比较器(正反馈比较器)
其特点抗干扰能力较强。在单限比较器种,如果U
i
受到干扰,在阀值附近回出
现U
i +ΔU
i
(干扰信号多出现在阀值电压上,下波动,以致出现条纹误翻转,而迟
滞比较器利用其传输特性的回差电压,输入的干扰信号不能使状态误翻转。
1. 两种迟滞比较器的传输特性见图8.
2.4
动画演示
迟滞比较器在单调区间内只能变化一次;
对于反相:Ui 从小变到大时,Uo 一直为高电平,只有当Ui 到达上门限电压时,Uo 翻转为低电平,之后随着Ui 不断增大,Uo 始终为低;在Ui 减小时,必须减到下门限电压时,Uo 才会翻转为高电平
对于同相:Ui 从小变到大时,Uo 一直为低电平,只有当Ui 到达上门限电压时,Uo 翻转为高电平,之后随着Ui 不断增大,Uo 始终为高;在Ui 减小时,必须减到下门限电压时,Uo 才会翻转为低电平
Δ同相型:U i 接运放同相端 反相型:U i 接运放反相端
Δ均由二根传输特性(1),(2)合成,同相型. 当U i 从低值↑≥U TH ,Uo 从U OL ↑U OH ;当U i 从高值↓≤U TL 时,Uo 从U OH ↓U OL 。 反相型则类同。 Δ U TH ,U TL 为二个阀值,ΔU T (回差)=U TH -U TL
Δ |U OH |=|U OL |或|U OH |≠|U OL |根据输出是否有箝位电路而定。 2. 二种基型迟滞比较器
(1) 反相型迟滞比较器 见图8.2.5
U i=U-,Uo被箝位在±UZ,避免运放计入过饱和。
假设U i在足够低时,U i
此时
Δ当U i从低值↑若U i≥U+时,Uo从+U Z↓ -U Z
此时
Δ当U i从高值↓至U i≤,Uo从-U Z↑+U Z
Δ门限宽度ΔU T=U TH-U TL=
Δ当U R=0时,
ΔU
无论从足够低或足够高单调增加或单调减少,Uo仅翻转一次,即过了阀值i
后就维持在一种稳态。因为当过阀值电压后,Uo从低变为高或从高变为低了,
正反馈到Ur(Uth)端,使该阀值电压变高或变低了。只要门限宽度ΔU
T =U
TH
-U
TL
幅度大于U
I
在阀值电压波动的幅度,Uo就不会翻转了,所以比单限比较器抗干扰能力强多了。
(2) 同相迟滞比较器见图 8.2.6
注××××××:U
i
和Ur 的位置应该互换一下
U
TL
=U-
设U
i 足够低,使U
+
< U
-
=U R,Uo=U oL=-U Z(初始稳态)
若要使Uo从-U
Z 上升到+U
Z
,必须使U
i
↑,以致使U+≥U-=U R才行,而此时对应
U R的U i=U TH
Δ当U i从低值↑,使
即此时Uo从-U Z↑+U Z Δ当U i从高值↓,使时所对应的U i=U TL