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电压比较器归纳

7.2 电压比较器归纳

电压传输特性：电压比较器的输出电压uO与输入电压uI的函数关系uO=f(uI)一般用曲线来描述，称为电压传输特性。

阈值电压：使uO从UOH跃变UOL为，或者UOL从跃变为UOH的输入电压称为阈值电压，或转折电压，记作UT。

为了正确画出电压传输特性，必须求出以下三个要素：

● 输出电压高电平UOH和低电平UOL的数值；

● 阈值电压的数值UT；

● 当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向，即是UOH从跃变为UOL，还是UOL从跃变为UOH。

集成运放的非线性工作区

◆电路特点：在电压比较器电路中，集成运放不是处于开环状态（即没有引入反馈），就是只引入了正反馈。

◆输出电压：达到正的最大值或负的最大值。

◆净输入电流为零，即iP=iN=0。

单限比较器：电路只有一个阈值电压，输入电压uI逐渐增大或减小过程中，当通过UT时，输出电压uO产生跃变，从高电平UOH跃变为低电平UOL，或者从UOL跃变为UOH。

滞回比较器：电路有两个阈值电压，输入电压uI从小变大过程中使输出电压uO产生跃变的阈值电压UT1，不等于从大变小过程中使输出电压uO产生跃变的阈值电压UT2，电路具有滞回特性。

窗口比较器：电路有两个阈值电压，输入电压uI从小变大或从大变小过程中使输出电压uO产生两次跃变。

单限比较器

◆过零比较器：其阈值电压UT=0V。电路如图(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+UOM或-UOM。当输入电压uI<0V时，UO=+UOM；当输入电压uI>0V时，UO=-UOM。电压传输特性如图(b)所示。

◆非零比较器：如下图(a)所示为一般单限比较器：

当uI<UT时，uN<uP，所以u/o=+UOM，uo=UOH=+UZ；

当uI>UT时，uN>uP，所以u/o=-UOM，uo=UOL=-UZ。

综上所述，分析电压传输特性三个要素的方法是：

★通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器的输出低电平UOL和输出高电平UOH；

★写出集成运放同相输入端、反相输入端电位uN和uP的表达式，令uN=uP，解得输入电压就是阈值电压；

★uo在uI过UT时的跃变方向决定于uI作用于集成运放的哪个输入端。

※当uI从反相输入端输入时，uI<UT，uo=UOH；uI>UT，uo=UOL。

※当uI从同相输入端输入时，uI<UT，uo=UOL；uI>UT，uo=UOH。

滞回比较器

滞回比较器：有滞回特性，具有抗干扰能。从反相输入端输入的滞回比较器电路如下图（a）所示，电路中引入了正反馈。

◆当uI<-UT，uN<uP，因而uo=+UZ，所以uP=+UT。u我眼中的网络世界I>+UT，uo=-UZ。

◆当uI>+UT，uN>uP，因而uo=-UZ，所以uP=-UT。uI<-UT，uo=+UZ。

可见，uo从+UZ跃变为-UZ和uo桁架从-UZ跃变为+UZ的阈值电压是不同的，电压传输特性如图（b）所示。

窗口比较器

外加参考电压URH>URL，电阻R1，R2和稳压管DZ构成限幅电路。

工作原理：

★当输入电压uI>URH时，uI>URL，所以集成运放A1的输出uO1=+UOM，A2的输出uO2=-UOM。使得二极管D1蛋白质工程导通D2截止，电流通路如图所标注，稳压管DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。

★当输入电压uI<URL时，uI<URH，所以集成运放A1的输出uO1=-UOM，A2的输出uO2=+UOM。使得二极管D2导通D1截止，电流通路如图所标注，稳压管D阈值电压Z工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。

★URL<uI<URH时，uO1=uO2=-UOM，所以D1和D2均截止，稳压管截止，uO=0。

通过以上三种电压比较器的分析，可得出如下结论：

☆在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。

☆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。

☆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。输出电压的高、低电平决定于限幅电路；令uN=uP，所求的uIflashmtv就是阈值电压；uIpis等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端。

集成电压比较器

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。

分类：

★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，可分为通用型、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）开路输出电路必须在输出端接一个电阻至电源。互补输出电路有两个输出端，若一个为高电平，则另一个必为低电平。

工作状态：指电路按电压传输特性工作。

禁止状态：指电路不再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。

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