【精品】电压比较器原理分析

电压比较器原理分析 第一章绪论 电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本 单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。本文主要讲述各种电压比较器及其对 应的应用电路，讲述各种电压比较器的特点及其电压传输特性，同时阐述电压比较器的 组成特点和分析方法。 电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，那么什么是电 压比较器呢下面我给大家介绍一下，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相 比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较 器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图1 图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入 电压UI加在反相的输入端。 第二章电压比较器原理图 电压比较器可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散 信号。因此，可用电压比较器作为模拟电路和数字电路的接口电路。集成电压比较器虽 然比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小，但其响应速度快，传输延迟 时间短，而且一般不需要加限幅电路就可以直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字 电路；有些芯片带负载能力强，还可以直接驱动继电器和指示灯。 按一个器件上所含有电压比较器的个数，可分为单、双和四电压比较器；按功能， 可分为通用性高速型低功耗型低电压型和高精度型电压比较器；按输出方式，可分为 普通集电极（或漏极）开路输出或互补输出三种情况。集电极（或漏极）开路输出电压 必须在输出端接一个电阻至电源，若一个为高电平，则另一个必为低电平。 此外，还有的集成电压比较器带有选通断，用来控制电路是处于工作状态，还是处 于禁止状态。所谓工作状态，是指点乱编电压传输特性工作；所谓禁止状态，是指电路 不按电压传输特性工作，从输出端看进去相当于开路，即处于高阻状态。 下面是对具体电压比较器的功能电路分析（A）电路图1传输特性当UKUR时，运 放输出高电平，稳压管DZ反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压 UZ,即 uo uz 当UIUR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压 降 UD,即 U0UD 因此，以UR为界，当输入电压UI变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低 电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图3 1（B）为（A） 图比较器的传输特性。 常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压比 较器，窗口（双限）电压比较器。LM339常用来构成各种电压比较器 集成电压比较器简介 作用可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信 号。 应用作为模拟电路和数字电路的接口电路。 特点比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快, 传输延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数 字电路；有些芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯。 第三章电压比较器工作原理及应用 电压比较器（以下简称比较器）是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动 控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电 压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、 工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 3.1什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较的， 这里不介绍），并判断岀其中哪一个电压高，如图1所示。图1（A）是比较器，它有两个 输入端同相输入端（“ ” 端及反相输入端端），有一个输出端VOUT（输出电平信号）。另外有电源V及地（这 是个单电源比较器），同相端输入电压VA,反相端输入VBo VA和VB的变化如图1（B） 所示。在时间 0〜T1 吋，VAVB；在 T1T2 时，VBVA；在 T2T3 吋，VAVB。 在这种情况下，VOUT的输出如图1所示VAVB时，VOUT输出高电平（饱和输出）； VBVA时，VOUT输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 图1 如果把VA输入到反相端,VB输入到同相端,VA及VB的电压变化仍然如图1B 所示，则VOUT输出如图1D所示。与图1C比较，其输出电平倒了一下。输出电平 变化与VA、VB的输入端有关。 图2是双电源正负电源供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图1B那 样，它的输出特性如图2B所示。VBVA时，VOUT输出饱和负电压。 图2 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3A所示。此VB称 为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V地电平，如图3所示，它一 般用作过零检测。 3.2电压比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的-种应用 电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4A由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压 后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调 电压，则其输出电压VOUT与VA、VB及4个电阻的关系式为 VOUT1RF/R1 R3/R2R3VA-RF/R1VB。若 R1R2 , R3RF , 则 VOUTRF/R1VA-VB, RF/R1为放大器的增益。当RlR20相当于Rl、R2短路， R3RF相当于R3、RF开路时，VOUTo增益成为无穷大，其电路图就形成图 4B的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状 态时，其增益并非无穷大，而VOUT输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能 是无穷大。 从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放 大器电路。 同相放大器电路如图5所示。如果图5中RF, rio时，它就变成与图3B 一样的比较器电路了。图5中的VIN相当于图3B中的VA。 3.3比较器与运放的差别 运放可以做比较器电路，但性能较好的比较器比通用运放的开环增益更高，输入失 调电压更小，共模输入电压范围更大，压摆率较高（使比较器响应速度更快）。另外，比 较器的输出级常用集电极开路结构，如图6所示，它外部需要接个上拉电阻或者直接 驱动不同电源电压的负载，应用上更加灵活。但也有一些比较器为互补输出，无需上拉 电阻。 这里顺便要指出的是，比较器电路本身也有技术指标要求，如精度、响应速度、 传播延迟时间、灵敏度等，大部分参数与运放的参数相同。在要求不高时可采用通用运 放来作比较器电路。如在A/D变换器电路中要求采用精密比较器电路。 由于比较器与运放的内部结构基本相同，其大部分参数（电特性参数）与运放的参数 项基本样（如输入失调