_电压比较器与应用

❖比较器的输入量是模拟量，输出量 是数字量，所以它兼有模拟电路和 数字电路的某些属性，是模拟电路 和数字电路之间联系的桥梁，是重 要的接口电路。
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模拟量
数字量
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3.4.1概述
❖ 普通运放有时也能作比较器，只要它的输出 电平被钳位在要求的逻辑电平即可。但运放 电路在设计时，重点考虑的是输出与输入之 间的线性放大特性以及稳定性（包括频率补 偿）等重要指标，而运放的响应时间一般较 长。
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o
u0
Uz
o
Uz
t
t
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三、滞回电平比较器
❖（也称“施密特触发器 ”、“滞回 电平比较器”、“迟滞电平比较器” 等）
❖克服比较器的“振铃”现象，可采 用滞后比较器。
❖在比较器的同相端加入少量的正反
馈，即可构成滞后比较器。
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Biblioteka Baidu20
V
R1
i
V
R2
R
滞回电平比较器
-
R4
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窗口比较器
VO
VL
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VR2
VR1
Vi 32
VO 5V
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-2V
1V
Vi 33
四、窗口比较器
注意
❖ A1与A2的输出端不能直接相连，因为当 A1与A2的输出电压极性相反时，将互为 对方提供低阻通路而导致运放烧毁。
❖ 窗口比较器用处很多，如在产品的自动 分选、质量鉴别等情况均用到它。
二、任意电平比较器
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二、任意电平比较器
❖ 任意电平比较器当Vi达到比较电平时，立即 翻转，用它检测信号电压时，灵敏度高，但 若被测信号叠加一定的干扰信号时，可能使 比较器产生振荡，造成误翻转，这就是所谓 电平比较器的“振铃”现象。
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“振铃”现象
ui
门限电平
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u0 U OH
u u U OL
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3.4.1概述
❖ 电压比较器电路包括差动输入级、高增 益放大级和逻辑电平输出级三部分。差 动输入级保证比较器具有与运放可比拟 的输入参数，即低的Vos、Ios和宽的共 模输入电压范围等。高增益放大级保证 比较器有高的分辨率和转换速率。逻辑 电平输出级保证比较器可直接与各类数 字逻辑电路相接口。
O
V
L
V
R 2
Vi
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3.4.1概述
❖比较器的技术指标主要有：分辨率 的高低、比较速度的快慢、输入电 压范围的宽窄，以及逻辑电平兼容 性的强弱。
❖一个性能优良的比较器应具有高的 分辨率、快的比较速度、宽的输入 电压范围和强的逻辑兼容性。
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3.4.2比较器的应用
❖一、差动电压比较器
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二、任意电平比较器
❖ 1.非过零比较器
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二、任意电平比较器
❖ 2．求和型任意电平比较器
R1
Vi
R2
VR
-
+ R1//R2
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阈值电压：
R R Vo V V V Z
i
V
V1
0
R
R V
R1 R1 R2
VR
2 R2 R1 R2
Vi
16
30
四、窗口比较器
假定参考电压VR1＞VR2 当出0通T当时均T电当出为截管电饱截V为，V，为平V1T为止平和i止＞R电1D饱iA0。<0，电，1导2电，1平电和VV截D＞、平二通平R输R，平导2止VA1，极2，导，出二，通i时2，＞时A管输通的晶V极A，，2晶，oD出V，2输输体管为同A输体1RAV晶出出管导1D211样o出管输输体1为为 0输电出平V。o为0电平。
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差动电压比较器
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差动型电压比较器
❖ 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 称阈值
❖ 传输特性是比较器的输出电压与输入电 压在平面直角坐标系上的关系
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限幅电路与过电保护电路
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稳压二级管（齐纳二极管）
3.4电压比较器与应用
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3.4.1 概述
❖ 模拟电压比较器是用来鉴别和比较两个模拟 输入电压相对大小的器件。这两个模拟输入 电压，可以一个是模拟输入信号，另一个是 参考电压，也可以两个都是模拟输入电压。
❖ 比较器的输出反映两个输入量之间相对大小 的关系。
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概述
V
+VZ
o
V
R2
R
+ R3
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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❖ 稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击 穿区具有稳定电压的特性来工作的。我们把这种 类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检 波和其他单向导电场合的二极管。
正向：普通二极管的特性
反向：稳压管工作在方向 击穿区
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限幅电路与过电保护电路
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限幅电路与过电保护电路
❖ 响应速度快 ❖ 有较高的CMRR和允许共模输入电压 ❖ Vos, Ios要低
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集
成
单比较器
比
较
双比较器
器
数 目
四比较器等
信 高速比较器
号
相 应
中速比较器
速
度 低速比较器
集 双极性电压比较器
成
性
制
能
造
指
工 艺
CMOS型电压比较器 标
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精密电压比较器
高灵敏度电压比较器
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3.4.2 集成电压比较器
特点：
输出的高低电平分别与数字电路的逻辑“1”和逻辑“0”电
平相等，能与各种数字电路的电平兼容，有些比较器输出还
可以直接驱动继电器和指示灯，且电源的选择范围较大；单
202电0/5源/17 或双电源，使用简单方便
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对集成比较器的要求
❖ 有较高的开环增益Ao，Ao越大比较器的灵敏 度越高
低功耗低失调 电压比较器
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一、集成电压比较器简介
❖ 常用的国产典型产品有： 高速单电压比较器CJ0710、CJ0510， 精密双电压比较器CJ0119， 四电压比较器CJ0399等
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二、集成电压比较器的应用
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V
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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。
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图3-43 窗口电压比较器及传输特性
（a）窗口电压比较器
D1、D2作用是防止
2020/5/17 电流回流损坏运放
(b)传输特性
电阻为限流和电平匹配设置。
❖ 为解决响应时间和电平匹配问题，电压比较 器被设计成专用的电路，并出现了各种集成 电压比较器。
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理想集成运放
运放有两个工作区：线性工作区和 非线性工作区。 （1）运算电路使用的是运放的线性
区。 （2）电压比较器使用的是运放的非
线性区。 如果输入信号太大，使得集成
运放超过了线性放大的范围，则运 放的输出电压就不再随着输入电压 线性增长，此时运放达到饱和，集 成运放的传输特性如图
V
o
+ R3
VZ 反相输入
V
R1
R
V R2 i
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-
R4
V
o
+ R3
VZ 同相输入
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反相滞回电平比较器
当 vi足够低时，vo为高电平，VOH=+VZ
❖ V正 向 过R2程R3 R3 VR
R2
R2
R3
VOH
R3VR R2VOH R2vi R3
v V i
当
R1
i
从足够低逐渐上升到阈值时VTH1V=o
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V
R1
R
V R2 i
-
R4
V
o
+ R3
VZ
VTH1
(1
R2 R3
)VR
R2 R3
VOL
VTH2
(1
R2 R3
)VR
R2 R3
VOH
❖ 两个阈值的差值称为回差：
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VTH VTH1 VTH2
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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。
-
R4
V
+VZ
V+
o
V
R2
R
+ R3
VZ
-VZ
Vi
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反相滞回电平比较器
v 当❖ V负i向足过R够程2R高3 R时3 V，Rv
o为低电平VOL=-VZ
R2 R2 R3
(VZ )
R3VR R2
R2VZ R3
从 V+
vi
足够高逐渐下降使由跳变为的阈值Vo为VTH2=
V
R1
i
-
R4