集成電壓比較器

一、電壓比較器的作用電壓比較器的作用是：對(duì)兩個(gè)輸入端的輸入電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果，在輸出端輸出高或者低兩個(gè)電平的電壓，即輸出電壓VO

只有兩個(gè)狀態(tài)，高電平狀態(tài)或者低電平狀態(tài)。例如、電路如圖所示voAVREF∞vIvI為待比較的輸入信號(hào)電壓VREF

為輸入?yún)⒖茧妷悍治觯簐I與VREF

在輸入端進(jìn)行比較當(dāng)時(shí)第1頁(yè)/共16頁(yè)voAVREF∞vI當(dāng)時(shí)vo

為高電平，輸出電壓Vomax。當(dāng)時(shí)vo

為低電平，輸出電壓Vomin。傳輸特性曲線如圖所示vIvoVOmaxVOminVREF0由傳輸特性曲線可以看出：當(dāng)時(shí)vo

的狀態(tài)將發(fā)生突變。當(dāng)時(shí)我們稱VREF

為門限電壓或閾值電壓。第2頁(yè)/共16頁(yè)Vomax與Vomin是集成運(yùn)放輸出的兩個(gè)極限電壓，其值取決于正、負(fù)電源電壓VCC

與|VEE|一般比電源電壓低1~2V。上述電路的集成運(yùn)放為理想的，如果在實(shí)際應(yīng)用中，電壓比較器的傳輸特性曲線將偏離理想的傳輸特性曲線，如圖所示：vIvoVOmaxVOminVREF0當(dāng)Avd

為有限值時(shí)，VREF

仍為電壓比較器的門限電壓，此時(shí)，VI

必須偏離VREF

一定數(shù)值后，才能達(dá)到vo

的高電平值或低電平值。第3頁(yè)/共16頁(yè)vIvoVOmaxVOminVREF0根據(jù)特性曲線得：當(dāng)達(dá)到高電平Vomax時(shí)，當(dāng)達(dá)到低電平Vomin時(shí)，第4頁(yè)/共16頁(yè)二、具有不同比較特性的電壓比較器電路1、單限電比較器電路如圖所示voAR1∞vIDz1Dz2RR根據(jù)電路可知：VREF=V+=0待測(cè)信號(hào)從反相端輸入，故稱為反相過(guò)零電壓比較器或稱為過(guò)零檢測(cè)器。R1

為限流電阻。穩(wěn)壓二極管Dz1、Dz2

組成電平變換電路。根據(jù)穩(wěn)壓變換電路可知：第5頁(yè)/共16頁(yè)例如、Vz1=6V、Vz2=6V、V(on)1=0.7V、V(on)2=0.7V則波形變換vIt0voAR1∞vIDz1Dz2RRvot0VOHVOL第6頁(yè)/共16頁(yè)進(jìn)一步討論，vI≠VREF

時(shí)的單限比較器。電路如圖所示voAR1∞vIDz1Dz2R1R=R1//R2R2VREFi1ii2根據(jù)電路可知：當(dāng)時(shí)輸出電平才開始轉(zhuǎn)換，即解得：稱為此電路的門限電壓第7頁(yè)/共16頁(yè)2、遲滯比較器例如、在單限電壓比較器中，若輸入正弦電壓接近門限電壓附近時(shí)，如果輸入正弦電壓上疊加噪聲和干擾，則有可能在閾值附近多次轉(zhuǎn)換，造成輸出端出現(xiàn)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換，因此，為了提高電壓比較器的抗干擾能力，需要一個(gè)帶有遲滯性的電壓比較器。遲滯特性如圖所示vIvoVOHVOLVIHVIL它有兩個(gè)門限電壓，即一個(gè)是由高電平變換低電平的門限電壓用VIH表示，另一個(gè)是由低電平變換高電平的門限電壓用VIL表示。第8頁(yè)/共16頁(yè)vIvoVOHVOLVIHVILVIH稱為上門限電壓VIL稱為下門限電壓兩者的差值稱為門限寬度或遲滯寬度。電路如圖所示voAR1∞vIDz1Dz2RR2

R3VREF與單限比較器不同的是引入一個(gè)正反饋。當(dāng)時(shí)比較器處于變換狀態(tài)，因此VI

所對(duì)應(yīng)的門限電壓為：第9頁(yè)/共16頁(yè)voAR1∞vIDz1Dz2RR2

R3VREF已知所以第10頁(yè)/共16頁(yè)當(dāng)vo

由VIH

變換為VOL

時(shí)當(dāng)

vo

由VIL

變換為VOH

時(shí)遲滯寬度為調(diào)節(jié)R1

和R2

可改變?chǔ)。第11頁(yè)/共16頁(yè)在實(shí)際應(yīng)用中，利用遲滯特性可以有效地克服噪聲和干擾的影響。例如，在過(guò)零檢測(cè)器，若輸入正弦電壓上疊加噪聲和干擾，則由于零值附近零檢測(cè)器輸出端就會(huì)引起錯(cuò)誤的階躍如圖6-4-5所示。采用遲滯比較器和干擾的大小處在遲滯寬度內(nèi),就不會(huì)引起錯(cuò)誤的階躍。在某些集成比較器的內(nèi)部電路中已引入正反饋,產(chǎn)生上述遲滯特性不必再加外部正反饋電路。圖6-4-5過(guò)零檢測(cè)器中的錯(cuò)誤階躍第12頁(yè)/共16頁(yè)在某些集成比較器的內(nèi)部電路中已引入正反饋,產(chǎn)生上述遲滯特性不必再加外部正反饋電路。遲滯比較器常用來(lái)組成波形整形,波形產(chǎn)生等電路。圖6-4-6(a)為方波產(chǎn)生電路。圖中R和C為定時(shí)元件。比較器的兩個(gè)門限電壓分別為VIH=VOHR2/(R1+R2)VIL=VOLR2/(R1+R2)第13頁(yè)/共16頁(yè)假設(shè)t=0時(shí)

vo=VOH，且C上起始電壓為零，這時(shí)，VOH通過(guò)R向C充電，C上電壓（vc）按指數(shù)規(guī)律上升，直到其值等于VIH時(shí)，vo由VOH下跌到VOL。C將通過(guò)R放電。C上電壓按指數(shù)規(guī)律下降，直到其值等于VIL時(shí)，由VOL上跌到VOH。之后C又充電，如此重復(fù)，便得到圖6-4-6（b）所示的方波信號(hào)?？梢宰C明，振蕩周期為圖6-4-6方波發(fā)生電路T=2RCln(1+2R2/R1)第14頁(yè)/共16頁(yè)三.窗口比較器(WINDOWCOMPARRATOR)

傳呼口比較器是用來(lái)檢測(cè)給定范圍電壓的電路,圖6-4-7(a)是它的比較特性,響應(yīng)的電路如圖6-4-7(b)所示。圖中，A1接成精密整流電路，A2為單限比較器。當(dāng)v1>0且v1–VREF1<0時(shí),集成運(yùn)放A1

輸出電壓為正值,致使二極管D2

導(dǎo)通，D1

截止，因此v’O1=0，這時(shí)，v1，VREF1和VREF2分別通過(guò)電壓R加到A2的反相輸入端。根據(jù)v1/R-VREF1/R+VREF2/R=0求得下門限電壓VIL=VREF1-VREF2。

圖6-4-7窗口比較器第15頁(yè)/共16頁(yè)當(dāng)v1>0，且v1–VREF1>0時(shí)，集成運(yùn)放A1

輸出負(fù)值電壓，致使D2

截止，D1

導(dǎo)通，相應(yīng)的v’O1為v’O1=-(R/2)/R(v1-VREF1)=-1/2(v1-VREF1)這時(shí)，加到A2

反相輸入端的電壓除了分別通過(guò)R的v1，VREF1和VREF2外還增加了通