过零比较器的性质及其抗干扰能力的提高

过零比较器的性质及其抗干扰能力的提高

1114211班郝建响01

能够实现对两个或多个进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序的比较功能的或装置称为比较器。其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，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，模数转换以及越限报警等许多场合。比较器是将一个模拟电压与一个基准电压相比较的。比较器的两路输入为，输出则为信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。

过零比较器被用于检测一个输入值是否是零。原理是利用比较器对两个输入电压进行比较。两个输入电压一个是参考电压Vr，一个是待测Vu。一般Vr从正相输入端接入，Vu从反相输入端接入。根据比较输入电压的结果输出正向或反向饱和电压。当参考电压已知时就可以得出待测电压的测量结果，参考电压为零时即为过零比较器。

用比较器构造的过零比较器存在一定的测量误差。当两个输入端的电压差与开环放大倍数之积小于输出阈值时探测器都会给出零值。例如，开环放大倍数为106，输出阈值为6v时若两输入级电压差小于6微伏探测器输出零。这也可以被认为是测量的不确定度。

零电平比较器(过零比较器)

电压比较器是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别的电路。

参考电压为零的比较器称为零电平比较器。按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图1(a)、(b)所示

(a)反相输入；(b)同相输入

通常用阈值电压和传特性来描述比较器的工作特性。

阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号UTH表示。

估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零)，即U+=U–。对于图1(a)U–=Ui, U+=0, UTH=0。

传输特性是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。

画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)和输入电压由最高到最低(负向过程)两种

情况下，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。

分析如下电路：

1）R11作为上拉电阻，作用不大，取值范围很宽，当运放使用LM358的时候，不用也可以。不过，有些比较器是集电极开路的，当使用集电极开路的比较器的时候，这个上拉电阻是必须的。

2）运算放大器组成一个施密特触发器（也叫做滞回触发器），使触发信号有一个滞回，从而使触发后能够可靠翻转，避免小的干扰信号造成触发器误动作。R10叫做滞回电阻，也可以称作正反馈电阻。

由于有了R10，电路才有了滞回特性。调节R10的大小，可以调节滞回的深浅。当R10

无穷大（开路）的时候，电路就失去了滞回特性，从而变成了一个单纯的比较器。

为了更好地说明R10 的作用，我们假定VCC是10伏。那么，当没有R10的时候（R10

开路），输入到2脚的电压低于5负的时候，1脚输出为高电平。2脚高于5伏的时候，1脚输出低电平。这里没有滞回特性。运放就是作为一个比较器。如果在5伏左右，有一个零点几伏的干扰信号叠加进来，就会使比较器产生误动作，频繁地来回翻转。

当接上R10之后，就会看到明显的滞回特性，2脚的输入电压需要达到9.5伏以上，1脚才会输出低电平。反之亦然，2脚的输入电压需要低于0.5伏，1脚才能输出高电平。在0.5伏——9.5伏之间的电压，统统看作干扰电压，施密特触发器不理会，不翻转。所以，这个电路，有非常强的滞回特性，可以达到极高的抗干扰能力。这，就是施密特触发器的滞回特性。也就是R10的作用，它使一个比较器，变成了施密特触发器。

结论：把过零变压器改成滞回变压器能使它的抗干扰能力大幅度增加。