第3章 电压比较器
电压比较器
电压比较器简称比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并输出高电平或低电平，据此来判断输入信号的大小和极性。
电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换，模拟以及越限报警等许多场合。
电压比较器通常由聚成运放构成，与其他不同的是，比较器中的集成放大多处于开环或反馈状态。
只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。
在分析比较器时，虚断路原则仍成立，虚断及续地等概念仅在判断临界情况时才适应。
比较器可以利用通用集成运放组成，也可以采用专用的集成比较器组件。
对他的要求是电压幅度鉴别的准确性、稳定性、输出电压反映的快速性以及抗干扰能力等。
下面分别介绍几种比较器。
1 电平比较器（过零比较器）通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。
有时，为了和后面的电路相连接以适应某种需要，常常希望减小比较器输出幅度，为此采用稳压管限幅。
为了使比较器输出的正向幅度和负向幅度基本相等，可将双向击穿稳压二极管接在电路的输出端或接在反馈回路中。
为了防止输出信号过大，损坏集成运放，除了在比较器的输出回路中串联接入电阻外，还可以在集成运放的两个输入端之间并联两个相互反接的二极管。
2任意电平比较器（非过零比较器）将零电平比较器中的接地端改成一个参考电压Ur（高为直流电压），由于Ur的大小和极性均可调整，电路称为任意电平比较器或称非过零比较器。
电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差，也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低电平之间反复跳变，可能使输出状态产生误动作。
为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。
3滞回电压比较器滞回电压比较器又称施密特触发器。
这种比较器的特点是当输入信号Ui逐渐增大或逐渐减小时，他有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。
滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。
集成运放输出端至反相输入端为开环。
《电压比较器 》课件
电压比较器通常由运算放大器（OpAmp）或差分放大器构成，其工作原 理基于运算放大器的非线性特性。
电压比较器的应用场景
电压比较器在各种电子设备和系 统中广泛应用，如模拟-数字转 换器、自动控制系统、传感器接
口等。
在电源管理中，电压比较器用于 检测电源电压是否正常，从而保 护电路免受过压或欠压的损害。
电压比较器的电源电路设计
电源电压范围
电源电路应能够提供稳定的电源 电压，以满足电压比较器的正常
工作需求。
电源噪声抑制
为了减小电源噪声对比较器性能的 影响，电源电路应具有噪声抑制功 能。
电源效率
为了降低能耗和提高系统稳定性， 电源电路应具有较高的电源效率。
04
电压比较器的应用实例
电压比较器在信号处理中的应用
电压比较器的线性工作范围问题
总结词
线性工作范围是电压比较器的重要性能指标，如果超出其线性范围，电压比较器的输出可 能失真或不稳定。
详细描述
电压比较器的线性工作范围受到其内部电路设计和制造工艺的限制。当输入信号的幅度超 过一定范围时，电压比较器的输出可能不再是理想的阶跃信号，而是出现失真或振荡现象 。
未来电压比较器的发展方向
研究新型的电压比较器结构和设计方 法，以提高性能和降低成本。
加强电压比较器的智能化和自适应控 制研究，以提高其适应性和应用范围 。
探索电压比较器与其他电子器件的集 成和优化，以实现更小尺寸和更高可 靠性的系统。
拓展电压比较器的应用领域，如物联 网、人工智能、新能源等新兴领域， 以满足不断增长的市场需求。
阈值检测
在自动控制系统中，电压比较器用于检测系统参数是否超过预设 阈值，从而触发相应的控制动作。
调节系统
电压比较器与应用PPT课件
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V
R1
R
V R2 i
-
R4
Байду номын сангаас
V
o
+ R3
VZ
VTH1(1R R2 3)VRR R2 3VOL
VTH2 (1R R23)VRR R23VOH
❖ 两个阈值的差值称为回差：
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VTHVTH1VTH 2
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滞回电压比较器
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滞回电平比较器
❖滞后电平可用R2调节，只要ΔV选择 合适，就可消除上述“振铃”现象， 从而大大提高抗干扰能力。但滞后 电平ΔV的存在，会使检测灵敏度变 差，所以ΔV不宜取得过大，通常 R2<< R3。
V
R1
i
V
R2
R
-
R4
V
o
+ R3
VZ
+VZ
-VZ
Vi
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Vi R1 VR R2
-
R4
Vo
+ R3
V Z
R1=10K，R2=15K，R3=30K，R4=3K，VR=0V， VZ=6V，根据式（3-25）和式（3-26）计算 VTH1=2V, VTH2 = -2V。
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四、窗口比较器
❖窗口比较器的功能是判断输入 信号电平是否在某一范围之内。
❖由两个任意电平比较器适当组 合而构成。
当i
R1
从足够低逐渐上升到阈值时VTH1=
Vo
-
R4
V
+VZ
电压比较器及其应用教学内容
电压比较器及其应用电压比较器及其应用在最常用的简单集成电路中，电压比较器仅次于排名第一的运算放大器而排名第二。
各类教科书及相关出版物中可以经常看到关于运算放大器的理论、设计和使用方法的知识内容，而关于比较器的知识内容明显较少。
我们在中等职业技术教学中，补充了一些知识内容，弥补这些不足。
一、电压比较器简介电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。
其功能是比较两个输入电压（或者说一个基准电压和一个待比较电压）的大小，并用输出电压的高电平或低电平，表示两个输入电压比较的结果：当“＋”输入端（同相输入端，下同）电压高于“－”输入端（反向输入端，下同）时，输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，输出为低电平。
电压比较器可以用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形的产生和变换等。
利用电压比较器可将正弦波变换为同频率的方波或矩形波。
电压比较器的输入是线性量，而输出是开关量（高电平或低电平）。
一般应用中，可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。
所有的运算放大器都可用作电压比较器，例如LM324、LM358、μA741、TL081、OP27等，这些都可以做成电压比较器。
LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合。
电压比较器有的使用单电源工作，如图1所示。
有的单电源和双电源都可以使用，图2所示使用的就是双电源。
我们经常使用的四电压比较器LM339，既可使用最大值36V的单电源，也可使用±18V的双电源。
电压比较器的输出端，有的自身可以输出高电平及低电平，例如输出级采用推挽式结构的；而有的电压比较器输出级是一只集电极开路的三极管，称作集电极开路输出，参见图3。
也有场效应管漏极开路输出型，与集电极开路输出型类似。
对于集电极开路输出和漏极开路输出的电压比较器，使用时要连接上拉电阻R，输出端才可能有高电平，如图4所示。
电压比较器的原理
电压比较器的原理
电压比较器是一种电子器件，用于比较两个电压的大小，并根据比较结果输出不同的电平信号。
其原理如下：
1. 输入端比较：电压比较器通常有两个输入端，分别为非反馈输入端和反馈输入端。
非反馈输入端一般作为比较器的参考电压输入端，而反馈输入端则接收待比较的电压。
2. 比较电压大小：非反馈输入端的电压被称为参考电压（Vref），而反馈输入端接收待比较的电压（Vin），比较电压大小的方式有多种。
常见的比较方式包括压差比较和阈值比较。
- 压差比较：当参考电压高于待比较电压时，输出高电平；当参考电压低于待比较电压时，输出低电平。
- 阈值比较：确定一个阈值（Threshold），当待比较电压高于阈值时，输出高电平；当待比较电压低于阈值时，输出低电平。
3. 输出信号：根据比较结果，电压比较器输出不同的电平信号。
通常输出端有两种状态：高电平（通常为正电压）和低电平（通常为零电压）。
- 当比较结果为参考电压高于待比较电压时，输出高电平。
- 当比较结果为参考电压低于待比较电压时，输出低电平。
4. 应用：电压比较器常用于模拟电路中，用于判断电压的大小关系并输出相应的判断结果。
它可以用于电压级别转换、触发器、开关控制等应用场景。
三章电压比较器弛张振荡器及模拟开关ppt课件
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关 图3.2.4 双运放方波–三角波振荡器输出波形
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
1.uo1和uo2
1)uo1 由图可见，uo1的高电平UoH=UCC，低电平UoL=-UEE， 所以其峰峰值为
UoLpp 2UCC
(3.2.9)
uo2为三角波。当uo1为高电平时，C充电，充电电
流
iC
UoH R
(α为电位器RW的分压比)，uo2随时间线性
下降。再看A1，其反相端接地，当U+过零时， A1输出
状态翻转，而U+等于uo1和uo2的叠加，即
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
U
R1 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
图3.1.10 A1、A2传输特性
uo1 5ui 51.6sin t 8sin t(V ) 波形如图3.1.9(c) 所示。
U TH
10K 10K 10K
U
CC
6V
UTL 6V 波形如图3.1.9(d) 所示。
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
3.2 弛张振荡器
弛张振荡器即方波–三角波产生器。对于方波信号 发生器，其状态有时维持不变，而有时则发生突跳。 为区别于正弦振荡器，人们将这种有张有弛的信号发 生器称之为弛张振荡器。
U TH
Ur1
R1
R1 R2
U oH
R1
R1 R2
U
CC
(3.1.3)
第3章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
而后，ui再增大，uo将维持在低电平。注意此时比 较器的参考电压Ur也将发生变化，即
电压比较器演示ppt(ppt)
+
UR
uRo 1
R2
传输特性
设初始值: uo U oMU uT1
设ui ,当ui uT1 uo从UoM UoM
+UOM
0
-UOM
uT2
uT1
这时, uo U oMU u T2
ui 设ui ,当ui uT2
uo从UoM UoM
迟滞 比较器
传输特性
当uR 0时，传输特性即为如图曲线；
uo
+Uom
uT1
UR
电压 比较器
uREF为参考电压，根据比 较器在临界状态条件可
uREF
求得电路的阈值电压。 ui
R1 R2
uN -
uo, R
图1：
uP +
uo
u NR 1R 1R 2u iR 1R 2R 2u RE F u P0 图1
uT
ui
R2 R1
uREF
当 u RE F 0 ， u iu T ， u N0 时 u o ,， U OHu o u Z
当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom
uo
+Uom
0
-Uom
UR ui
电压 比较器
若ui从反相端输入 （反相电压比较器）
UR ui
+
当ui < UR时 , uo = +Uom
+ uo 当ui > UR时 , uo = -Uom
uo
+Uom
0
-Uom
ui
uo iP iN 0 U Uui
根据叠加原理，有 ：
UR1R 1R2uoR1R 2R2uRuT
电压比较器及双稳态触发器介绍
主要内容
一、电压比较器概念 二、电压比较器分类 三、双稳态触发器介绍 四、双稳态触发器分类 五、触发器的应用
五、触发器的应用
（一）、概述 在数字电路中，各种信息都是用二进制这一基本工作 信号来表示的，而触发器是存放这种信号的基本单元。 由于触发器结构简单，工作可靠，在基本触发器的基 础上能演变出许许多多的其他应用电路，因此被广泛运用。 特别是时钟控制的触发器为同时控制多个触发器的工作状 态提供了条件，它是时序电路的基础单元电路，常被用来 构造信息的传输、缓冲、锁存电路及其他常用电路。
二、电压比较器分类
（二）、过零比较器
电路如下图所示为加限幅电路的过零比较器，DZ为限幅 稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零,从 同相端输入。当Ui＞0时，输出UO＝-(UZ+UD)，当Ui＜0时， Uo＝+(UZ+UD)。其电压传输特性如图（b）所示。
(a) 过零比较器 (b) 电压传输特性 过零比较器
状态表
输 R 0 0 1 1 S 0 1 0 1 1 入 Qn 0 1 0 1 0 1 0 输出 Qn+1 × × 0 0 1 1 0 1 保持不变 置1 置0 不定 逻辑功能
四、双稳态触发器分类
特征方程：
Q n 1 S RQ n
R+S=1 (约束条件)
波形图：
S R 状 态 不 定
Q Q
四、双稳态触发器分类பைடு நூலகம்
2.功能分析： 按上图的逻辑电路，同步JK触发器的功能分析如下： 1.当CP=0时，R=S=1，Qn+1=Qn触发器的状态保持 不变。 2.当CP=1时，将R=K*CP*Qn=KQn，S=J*CP*Qn= JQn 代入Qn+1=S+RQn, 可得: 特性方程 Qn+1=JQn+KQn
第三章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
电压比较器的传输特性
电压比较器一般是开环工作，其增益很大。
电压比较器的输入输出关系：
uo
uoL uoH
ui ur ui ur
电压比较器的输出要么为 高电平“1”，要么为低 电平“0”，因此电压比 较器可作为模/数转换器。
电压比较器的性能指标
1、 高电平(UoH)和低电平(UoL)
U CH
| UCL
|
R2 R1 R2
U oH
10k 10k 10k
12V
6V
3)振荡频率为：
f0
1 2RC ln1
2R2 R1
91Hz
二、双运放构成的弛张振荡器
R2
R1
UCC
+
A1
-
-UEE
R uo1
RW
C
UCC
-
A2
+
uo2
-UEE
双运放方波-三角波振荡器
U EE
U oH uo
UrL 0
ui
U rH
U oL
同相输入迟滞比较器传输特性
同理：
U TL
R1 R2
U OH
R1 R2
U CC
迟滞比较器的特点： 1、具有很强的抗干扰能力 2、正反馈加速了状态转换，改善了输出波形的边缘 3、具有两个状态，且具有记忆功能 迟滞比较器又称为施密特触发器或者双稳态电路。
R
R=50k，R1=R2=10k，UCC=|UEE|=12V,
UCC -
试求uo(t)和uc(t)的波形幅度和频率。
解：1） uo(t)为方波，其幅值为：
电压比较器
•uo
•+Uz
•UT2 •0
•-Uz
•UT1 •ui
•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！
•例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。
•1、电路构成
•uO
•UOH
•uI •URL •URH
• 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uRH>uRL，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。
•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
电压比较器
2020年4月29日星期三
一、概述
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。
•+Uo •vo
m
•0 •VREF•vi
•-Uom •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。
若•只U有i >一U个T 阈时值，电VO压=uVTO的H比较器，传输曲线•v如o 图。
第3章 电压比较器
∆U = UT+ − UT− − 特点： 特点： uI 上升时与上门限比 上升时与上门限比, uI 下降时与下门限比。 下降时与下门限比。
模
拟
电
子
技
术
2. 同相型迟滞比较器 同相型迟滞 迟滞比较器
UREF R N uI R2 P R1 R3 uO ±UZ 8
状态翻转时，uP = uN = UREF 状态翻转时，
模
拟
电
子
技
术
电压比较器 第3 章 电压比较器(Comparer) ) 功能： 比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小 功能： 比较电压信号(被测试信号与标准信号) 简单比较器(单门限) 简单比较器(单门限) 基本比较器 类型 窗口比较器(双门限) 窗口比较器(双门限) 迟滞比较器(施密特触发器) 迟滞比较器(施密特触发器) 一、单限电压比较器 U 1. 过零电压比较器
模
拟
电
子
技
术
三、迟滞比较器 迟滞比较器 1. 反相型迟滞比较器 反相型迟滞 迟滞比较器 1)电路和门限电压 )
uI UREF R2 R P R1 正反馈 R3 uO 8
当 uI > uP 时， uO = −UZ 当 uI < uP 时， uO = +UZ 当 uI = uP 时， 状态翻转
±UZ
U REF R1 U Z R2 UP = ± R1 + R2 R1 + R2
模 uI UREF R2 R P
拟
电
子 R3
技
术 uO UZ
2)传输特性 )
uO ±UZ R1 8
上门限 UT− UT+ − ∆U uI 回差 电压
O 下门限 −UZ
电压比较器
6
§1.3.3 电压比较器
三、窗口比较器 窗口比较器是用来检测给定范围电压的电路，图1.3.3-6 a 是它的比较特性，相应的电路如图1.3.3-6 b 所示。
第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础
图1.3.3-6 窗口比较器
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、UR1
和 UR2 外，还增加了通过R/4 的术 物 理 基 础
u uI U R1 UR2 0 R R R R/4
求得上门限电压 UIH = UR1 + UR2 相应的宽度 。 ΔU = UIH - UIL = 2UR2
' O1
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结束
回目录
8
§1.3.3 电压比较器
图中，A1 接成精密整流电路，A2 为单限比较器。 当uI > 0 且uI - UR1 < 0时，集成运放A1 的输出电压
第 一 章
为正值，致使二极管D2 导通、D1 截止，因此= 0 ，这时，uI 、 光 UR1 和UR1 分别通过电阻R 加到 A2 的反相输入求得下门限电压 电 UIL = UR1 – UR2 当uI 。 > 0 且uI - UR1 > 0时，集成运放A1 的输出电压
第一章 上一页 回首页 下一页 回末页
结束
回目录
5
§1.3.3 电压比较器
UOH U+2
若uI 由大减小地通过U+2 时，则输出电压uO 由UOL 下跃到 。可见，上式所示的U+2 就是比较器的下门限电压，即UIL = 。相应的迟滞宽度为
调节R1 和R2 ，可以改变ΔU。
【模拟电子线路】第3章 电压比较器
R2
ui
UTH
ui
UTH
0
t
0
t
UTL
UTL
相位相同
第三章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
2）. 同相比较器电路构成的电路
R1
ui
R2
+
A1
-
uo1 R
C
＋＋
-
A2
+
uo2
uo1
UoH
uo
UoH
uo1
UTH
UTH
UTL
ui 0
t
UTL
UoL
UoL
第三章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
3）. 振荡频率f0的确定
第三章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
1. 方波振荡器
方波振荡器是由运放构成反相迟滞比较器，再加一条
RC充放电支路构成。 反相迟滞比较器的传输特性及其上、下门限分别为：
UTH
R1
R2 R2
U oH
ui
R
-
A
＋
C
R1
UTL
R2 R1 R2
U oL
U
＝-
oL
U
oH
uo
UoH
uo
UTL
UTH
第三章 电压比较器、弛张振荡器及模拟开关
② 反之，ui由大逐渐变小时，由于同相端电位变为
U
U
R1 R1 R2
U oL
因而ui必须小到 U 时，输出才由低电平跳变为高电平。
此时的输入电压称为下门限电压，记为UTL。 UTL= U
电压的传输特性曲线如图所示：
ui R'
电压比较器
UT+
0
ui
-UOM
例3 R2=10k，RF=20k ，UOM=12V,UREF=9V。
当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo 的波形。 u
10V
i
5V 0
t
ui
R1
uo
－
+
UREF R2
A+
uo
UOM
UT-
UT+
0
RF
ui
-UOM
ui
R1
－
+
UREF R2
A+
uo
RF
(1)首先计算上下门限电压
波形变换器：正弦波 矩形波
用稳压管限幅的过零比较器。
ui
+ A +
uo
UZ +UZ
uo
0
设UZ<UOH、 UZ<|-UOL| 当ui>0时 , uo = +UZ
ui
-UZ
当ui<0时 , uo = -UZ
二、 任意门限电平比较器
ui U REF 0 R1 R2
U TH
R1 U REF R2
思考：若将ui和UREF的位置互换，则得
到的同相输入迟滞比较器电压传输特 性该如何分析？
UREF
R1
－ +
A
+
uo
ui
R2
RF
*4.3.3 窗口比较器
+VCC R1 -
(VCC 2U D ) R2 UL R1 R2
1 (VCC 2U D ) 2
UH
D
+1 R2
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UI＜UR时，运放输出高电平，稳压管DZ反向稳压工作。
电压比较器的工作原理
电压比较器的工作原理
电压比较器是一种电子电路，用于比较两个输入电压的大小，输出表示哪个输入电压更大或者它们是否相等。
其工作原理基于比较输入电压和参考电压之间的差异。
一个基本的电压比较器电路通常由两个重要的部分构成：比较器以及参考电压源。
1. 比较器：比较器是电压比较器电路的核心部分，它通常由一个差分放大器构成。
比较器的输入端分别连接待比较的两个电压信号，而输出端将根据比较结果产生高电平或低电平的信号。
2. 参考电压源：参考电压源是电压比较器电路提供的稳定固定电压。
它一般由电位器、稳压二极管或者其他稳压元件提供，用于设定一个固定的阈值电平。
输入电压与参考电压之间的差异会被比较器检测，从而确定两个输入电压的相对大小。
当输入电压大于参考电压时，比较器输出高电平信号；当输入电压小于参考电压时，比较器输出低电平信号。
有些比较器还可能提供一种开关功能，输出高电平或低电平信号可以用于控制其他电路或系统。
需要注意的是，电压比较器的工作过程是非线性的，仅通过比较输入电压与参考电压的大小。
因此，在实际应用中，应确保输入电压与参考电压之间有足够大的差异，以确保输出的准确性和稳定性。
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一. 方波振荡器(多谐振荡器） 方波振荡器是由运放构成反相迟滞比较器，再加一条
RC充放电支路构成。 反相迟滞比较器的传输特性及其上、下门限分别为：
U TH R2 U oH R1 R2
R
A
U TL
R2 U oL R1 R2
U oL＝- U oH
ui
C
UoH
uo
UTH
＋
R1 R2
uo
电平UoL。
R'
+
A
ui
R1
uo
R2
此时，同相端电位u+为 R2 R1 UTH U ui U oL=0 R1 R2 R1 R2 当ui由负增大到使U+′=0时，输出将由低电平跳变为
高电平。此时的ui即为上门限电压UTH。 R1 由上式解得 U TH U oL R2 输出一旦变为高电平，则同相端也同时跳变为
ui
A + ur
-
uo
uo
UoH
当 ui < ur ， uo=UOH ui > ur ， uo=UOL
0
UoL
0
ur
ui
当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。
2. 同相电压比较器 电路如图所示， 输入
ui + A
uo
信号ui加在同相端，参考
电压ur 加在反相端。 当 ui < ur ， uo=UOL ui > ur ， uo=UOH 其传输特性 uo= f ( ui )
1
RC
则振荡频率 f 1 1 0
2R2 RC ln(1 ) R1
T
2T 1
2 R2 2 RC ln(1 ) R1
[例1]. 已知 R1 =R2 =10kΩ， R =25kΩ，C =0.1μF。
试求输出方波的频率fo。
uo
ui
C
＋
R
A
UoH UTH
R1 R2
uo
0 UTL UoL T1 T2
3.转换速度
作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比
较器输出状态发生转换所需要的时间。
uo
UoH
转换时间
t2
t1
t
UoL
通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。 为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。
理想集成运放非线性应用时的特点
非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。
uu+
i-
i+ +
理想集成运放非线性应用时的特点
非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。
uu+
i-
i+ +
-A
i i 0 u u u u
uo
非线性应用特点：
uo UCC UoL uo UCC UoH
此时，两输入端“虚短路”的概念不再适用。
3.1.1 简单电压比较器 一. 反相电压比较器 电路如图所示， 输入信号ui加 其传输特性 uo= f ( ui ) 在反相端，参考电压ur 加在同相端。
12
ur
-12
t
同相比较器
[例2].将不规则的输入波 形整形成规则的矩形波。
[例3].若ur 为三角波，而ui 为缓 变信号，实现脉宽调制。
反相过零比较器
反相比较器
简单电压比较器
一. 反相电压比较器
ui A + ur
2. 同相电压比较器
-
uo
ui
+
A
uo
ur
其传输特性 uo= f ( ui )
此时的输入电压称为下门限电压，记为UTL。 UTL= U 对应的传输特性曲线如图所示。
由于其传输特性很像磁 性材料的磁滞回线，所以称 之为迟滞比较器或滞回比较 器。 迟滞比较器的上、下门限电
UTL
UoH
∆U
0
uo
UTH
ui
压之差称之为回差，用ΔU表示，即
UoL
U UTH
R1 R1 UTL (U oH U oL ) 2U CC R1 R2 R1 R2
二. 迟滞比较器––双稳态触发器
ui
R' +
Uf
+
A
uo
R2
R'
+
A
ui
R1
uo
R2
-
R1
R UTH 1 U oH R1 R2
R1 U TL U oL R1 R2
UTL
UoH
uo
UoH
uo
U TH R1 U oL R2
0
UTH
ui
UTL
0
UTH
ui
U TL
UoL
UoL
uo
uo
UoH
UoH
0
0
UoL
ur
ui
0
UoL
ur
ui
3.1.2. 迟滞比较器––双稳态触发器
简单比较器应用中存在的问题 ①. 输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘 不够陡峭； ②. 抗干扰能力差。在比较门限处，输出将产生多次跳变。
为了解决以上两个问题，在比较器中引入正反馈，
构成所谓“迟滞比较器”。 这种比较器具有很强的抗干扰能力，同时由于正反 馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。 一.反相迟滞比较器 反相迟滞比较器电路如
回差ΔU的大小，将决定比较器的抗干扰能力， ΔU越 大，则抗干扰能力越强。但同时使比较器的鉴别灵敏度降
低。因为输入电压ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出 电平不可能转换。
[例4]. 若 ui=5sinωt V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =12V。
试画出反相迟滞比较器的输出波形。
t
T
2R2 T1 RC ln(1 ) R1
1 1 1 f0 T 2T 1 2 RC ln(1 2 R2 ) R1
二. 三角波-方波振荡器
电路组成原理
ui
C
A
＋
R R1 R2
ui -
uo
A
＋
uo1 R1 R2 R C
uo
O
ui
UTH 0 UTL
ui
R
C
ui
UTH
0
uo1 t
R1 R2
uo
UTH
UTL
0
ui
UoL
振荡器电路中电容器端和输出的电压波形
uo
ui
C
＋
R
A
R1 R2
uo
UoH UTH
0
uC
t
UoH
ui
UTH
UTL UoL
UTL
uo
UoL
下面来计算振荡频率f0
首先计算周期T。T=T1+T2，
uo
UoH UTH 0 UTL UoL T1 T2
T1=T2，T=2T1。根据三要素法：
其中 U C 0 ） U TL （
U C ） U oH （ uC (T1 ) U TH
uC () uC (0 ) T 1 ln uC () uC (T 1)
R2 U oL R1 R2
t
T
R2 U oH R1 R2
U oH U TL T1 ln U oH U TH
由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的
运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。
电压比较器的电路符号
UCC
UCC
uu+
C
uuo
+
A
-UCC
+
-UEE
u+
电压比较器的基本特性
1. 输出 高电平(UoH)和低电平(UoL) 用运放构成的比较器，其输出的高电平UoH和低电平
UoL可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压(-UCC)。
t
T
f0
1 2 R2 2 RC ln(1 ) R1
＝
3
1 2 25 10 0.1 10
－6
2 10 ln(1 ) 10
1 182 Hz 3 5 10 ln 3
一. 方波振荡器(多谐振荡器）
uo
ui
C
＋
R
A
UoH UTH
R1 R2
uo
0 UTL UoL T1 T2
0
ur
uo
UoH
0
UoL
ur
ui
当参考电压为零时，则为同相过零比较器。
[例1]. 若 ui=5sinωt V
ur =2V, UCC =12V。 试画出反相和同相比 较器的输出波形。
ui
UCC
ui (V)
5
2 0
t
(V)
+ ur
uo
-UCC
uo
12 0 -12
t
(V)
uo
UCC
反相比较器
ui
+
uo
-UCC
+
uo
t
UTL
相位相反
1. 反相比较器构成的电路
uo
R4
uo1
＋
ui
A
＋
A
R3 C R
UTH
0
t
R1 R2
ui
uo1
A
＋
uo
O
UTL
ui
UTH
0
UTH 0 UTL
t
t
U TL
相位相同
2. 同相比较器电路构成的电路