第八章波形发生和信号转换3.ppt

§8.2 电压比较器 一、概述 若 UiP UiN ，则VO = VOL * * 运放有两个工作区：线性工作区和非线性工作区。 运算电路使用的是运放的线性区 电压比较器使用的是运放的非线性区 注意：在运算电路中所使用的“虚地”概念在非线性条件下不满足；只在临界状态时才可使用。 1、概念及构成 通过对两输入电压的相对比较，在输出端得到高电平或低电平结果的电路器件。 vo vi 0 +Uom -Uom uT uo与ui的函数关系uo=f(ui)称为电压传输特性。 引起uo发生跳变得参考电压称为阈值电压（或门槛电压），记为uT。 +Uom -Uom uT vo vi 0 阈值电压 2. 基本工作原理及分析方法 运放在理想情况下： Aod＝∞，Iid＝0，UiP=UiN 在开环状态下： 完整的电压比较器电路： 如果电路接成正反馈形式也可得到同样效果。 若 UiP UiN ，则VO = VOH 对比较器电路的分析不能像对放大电路和运算电路的方法。一般的分析方法是集中在输出跳变得瞬间所对应的ui来分析uo与ui的对应关系。这时可认为电路满足uiP=uiN，iP=iN=0，ui=uT。 一般电压比较器按uT的不同和连接方式的不同可以有： 单门限比较器 滞回比较器 窗口比较器 二、单门限比较器 只有一个阈值电压uT的比较器，传输曲线如图。 +UoH -UoL VT vo vi 0 若 Ui UT 时，VO = VOH 若 Ui UT 时，VO = VOL 根据uT的取值不同可分为过零比较器和一般门限比较器。 1、过零比较器 过零比较器用途非常广泛，在交流调压、电气控制系统中经常使用。根据所接输入端得不同可以有同相过零比较器和反相过零比较器。 uo ui 0 +UOM -UOM 同相、反相过零比较器: uo ui 0 +UOM -UOM ui uo uT=0 uo ui uT=0 2、一般门限比较器 当uT≠0条件下构成的比较器，有两种电路形式。 uREF为参考电压，根据比较器在临界状态条件可求得电路的阈值电压。 图1： 图1 图2： 图2 uT 应用：电平显示器、逐次比较A/D等。 +UoH -UoL VT vo vi 0 + + uo ui t ui t uo +Uom -Uom 例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。 问题：若反相端不是接地，而是接参考电压VREF，输出波形会有什么样的变化？ 三、滞回比较器（施密特触发器） 单门限电压比较器结构简单，灵敏度高。但抗干扰能力差，如输入电压在uT附近时会造成uo反复跳动，造成比较器工作不稳定。 为解决这一问题，可将比较器设置两个阈值，只要干扰信号不超过这两个阈值比较器就不会跳变，从而提高比较器的抗干扰能力。利用这种思想设计出来的电压比较器称为滞回比较器。或称施密特触发器。 1、电路构成 如图所示，电路是在单门限比较器基础上增加了正反馈电路实现的。 2、估算阈值 按临界条件下的比较器状态来计算。 在临界跳变时 根据叠加原理，有 由于uP=uN，故此时uP对应的ui即为uT，而uT又与uo的初始状态有关，uo=±uz，故 1）反相端输入 uo ui 0 +Uz -Uz UT1 UT2 电压传输特性如图所示。 当uR=0时，传输特性即为如图曲线； 当uR≠0时，传输特性曲线将水平移动； 当uZ改变时，传输特性曲线垂直移动。 特点：输出端从高电平跳变到低电平对应的阈值电压与从低电平跳变到高电平对应的阈值电压不同！ t ui U+H U+L t uo Uom -Uom 例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。 － + + uo R R2 R1 ui U+ 2）滞回比较器(同相端输入) 根据叠加原理，有 在临界跳变时 UT1 UT2 uo ui 0 UZ -UZ 四、窗口比较器 单门限比较器和滞回比较器有一个共同特点就是当ui单方向变化时，uo只会有一次跳变。如果希望检测ui是否在两给定电压之间时就可以采用窗口比较器。 1、电路构成 uO uI URL URH UOH 窗口比较器的特点是ui单方向变化时可以使uo产生两次跳变。其电压传输特性如图。 该电路由两个单门限比较器接成同相、反相输入形式构成的。 图中使uRHuRL，D1、D2作用是防止电流回流损坏运放，电阻、稳压管为限流和电平匹配设置。 2、工作原理及阈值特性