滞回比较器图文稿
8.8.2 滞回比较器
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模拟电子技术基础
8.8.2 滞回比较器
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滞回比较器
1. 电路组成 2. 性能分析 （1）阈值电压UTH的估算
根据运放“虚断”和“临界 条件”列出3个方程：
可得到比较器阈值电压的表达式为：
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滞回比较器
由于uO的取值极性不同，阈值电压分别为： 当uO=+UZ时，
当uO=-UZ时，
（2）工作原理与电压传输特性 由于UR的取值不同，UTH1和
UTH2的值可正可负。
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（3）输出波形
滞回比较器
（4）电路特点 有较强的抗干扰能力。
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滞回比较器
例8.8.1 如图所示，稳压管双向限幅电压为9V。
（1）电路由哪
几部分组成？
（2）若u1=u2=0
时，uO= +9V，若
只有当uO1=u+2=1.5V时，uO才能由+9V变为-9V。
当uO1=1.5V时，解得t=1.5s
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滞回比较器
（3） 只有当uO1=u+2=-1.5V，uO才能由-9V 变为+9V。
当uO1=-1.5V时，解得t=3s
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滞回比较器 （4）uO1和uO的波形如图所示。
输入电压u1= -2V，
u2=09V。
（3）在uO由+9V变为-9V的瞬间，再接入u2=+2V，
问此后经过多长时间uO由-9V变为+9V ？
2020/6/4 （4）画出uO1和uO的波形。
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神奇的滞回电压比较器
神奇的滞回电压比较器初学者感觉滞回电压比较器比较奇妙，是因为它有两个转折的门限电压，为了容易理解，不妨从一个更通俗的例子说起。
比如我们常用饮水机中的温控开关．就是比较简单也是比较典型的具有滞回特性的器件。
假如我们设定开关工作的温度是T1，如果开关没有滞回的特点，当达到这个温度时，电热器断开，温度下降，当低于这个温度时，电加热器接通。
这样就会出现一种情况，电热器在这个温度附近会频繁接通和断开，温度达到T1一加热器件断开一温度下降一导致电热器接通一温度上升-加热器件又断开，如此反复，在临界区附近产生振荡。
这是我们不希望的结果，所以，温控开关一般是具有滞回的特点，动作（断开）温度TH和复位（接通）温度TL有一定的温度差一回复误差。
比如：设定开关断开的温度是大于95℃，复位接通的温度是小于90℃，回复误差根据需要可以调整，这样就解决了温控开关频繁接通和断开的问题。
接通到断开，断开到接通沿着不同的路径，不走回头路，故此称为滞回控制开关。
滞回电压比较器和上述的温控开关是一样的道理，可以类比理解。
大家知道运算放大器在开环状态下可以用作比较器，其理想和实际的电压传输特性如附图所示，实际特性是只有当它的差模输入电压足够大时，输出电压Uo才为正负最大值。
Uo在从+Uce变为-Uss或从-Uss变为+Uce的过程中，随着Ui的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。
可以知道，在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的微小变化，都将引起两个不同的输出状态之间产生不期望的频繁穿越跳变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。
因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。
而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。
用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。
滞回电压比较器电路有两个阀值电压，类似本文开始提到的温控开关，有两个门限值UH、UL。
输入电压Ui从小变大过程中使输出电压Uo产生跃变的阔值电压UH,不等于Ui从大变小过程中使输出电压Uo产生跃变的阀值电压UL．电路具有滞回特性。
模拟电子技术基础(滞回比较器)
沈 阳 大 学
设计（论文）说明书用纸
一 课程设计的目的
N0 1
《电子技术基础课程设计》 是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通 过解决比较简单的实际问题，巩固和加深在《电子技术基础 2-1（模拟电子技术 基础） 》课程中所学的理论知识和实验技能。训练学生综合运用学过的电子技术 基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路并仿真，分 析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤， 通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后 续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。
Rw 10 。求得 Rw 的取值范围在 10～55 之间。
四 仿真电路设计
1． 选定元件列表 名称 标号 R 电 阻 R1 R2 滑动变阻器 稳 压 管 集成运放 R3 VD3、VD4 A 数值 2KΩ 30KΩ 5KΩ 10～55 KΩ
±6V
数
量
1个 1个 1个 1个 2个 1个
CF741
图 11 输出电压
沈 阳 大 学
设计（论文）说明书用纸
2.误差分析
N0 8
六 心得体会 本学期我们开设了《模拟电子》，它是自动化专业基础课，对以后自动化 专业更深一步的学习有重要的意义。其重要性更是毋庸置疑的。学好它是学好自 动化的基础。因此，这学期我卯足了劲去学习这门课。但是“纸上得来终觉浅， 觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不 够的， 所以在本学期刚刚学完模电后紧接着来一次模电课程设计是很及时、很必 要的。这样不仅能加深我们对模拟电子的认识，而且还及时、真正的做到了学以 致用。 这几天的课程设计，先不说其他，就天气而言，确实很艰苦。这几天都被 高温笼罩着。人在高温下的反应是很迟钝的，简言之，就是很难静坐下来动脑子 做事。但是炎炎烈日挡不住我们求知、探索的欲望。通过我不懈的努力与切实追 求，终于在规定时间内完成了课程设计。 这次课程设计，通过对滞回比较器的仿真设计，使我对这学期所学的知识 有了更深刻的理解， 不但提高了实践技能， 而且使我对专业课的学习有了更加浓 厚的兴趣。模拟电子技术使我们的专业基础课，是学好专业课的基础，只有对模 拟电子技术的知识得以融会贯通，才能在以后的专业课学习中更加得心应手。 通过这次课设，使我对自己的专业有了更深刻的认识，激起了我对将来事 业的规划，明白了自己所学专业的研究方向和重点，更加增强了我的自信心，使
运算放大器组成滞回比较器
实验九集成运算放大器的基本应用——电压比较器学院：________ 班级：________ 完成日期：学号：___ 姓名：___________ 成绩：___________一实验目的1、掌握比较器的电路构成及特点2、学会测试比较器的方法二实验仪器1、双踪示波器；2、数字万用表三实验原理1、图9-1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。
图9-1（b）为（a）图比较器的传输特性。
图9-1 电压比较器当Ui<UR时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。
输出端电位被其箝为在稳压管的稳定电压Uz，即：Uo=Uz。
当Ui>UR时，运放输出低电平，Dz正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即：Uo=-UD。
因此，以UR为界，当输入电压Ui变化时，输出端反映两种状态。
高电位和低电位。
2、常用的幅度比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器（又称Schmitt触发器）、双限比较器（又称窗口比较器）等。
图9-2为简单过零比较器图9-2 过零比较器1）图9-3为具有滞回特性的过零比较器。
过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。
为此就需要输出特性具有滞回现象。
如图9-3所示：图9-3 具有滞回特性的过零比较器从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo改变状态，U∑点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。
当Uo为正（记作UD ）DfURRRU22+=∑，则当UD> U∑后,Uo再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。
- U∑与U∑的差别称为回差。
改变R2的数值可以改变回差的大小。
2）窗口（双限）比较器图9-4 两个简单比较器组成的窗口比较器简单的比较器仅能鉴别输入电压Ui 比参考电压UR 高或低的情况，窗口比较电路是由两个比较器组成，如图9-4所示，它能指示出Ui 值是否处于+R U 和−R U 之间。
滞回比较器
六． 实验报告要求
1．画出每个标有元件值的实验电路图。 2．画出所观测到的输入、输出波形和电压传输特性曲线。并计算出每个实验内容的比 较电平。 3．计算出滞回比较器的上门限电压 U H 和下门限电压 U L。
由以上工作原理可知，比较器中运放的反
uo
向输入端和同相输入端的电压不一定相等。
+U OM
假设输入信号 ui 为正弦波，在 ui 过零时，
比较器的输出就跳变一次，因此， uo为正、负
0
t
相间的方波电压，如图 3 所示。
为了使输出电压有确定的数值并改善大信 号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上
U OM
+15V
ui
2
7
μA741 6
uo
3
4
UREF R1
R2 15V
从图 8（ b）中可知，它的门限电压为：
UC
u
( u o U REF ) R1 U REF
R1 R2
(a) 滞回比较器
u o R1 U REF R2 R1 R2
而 uo = ± UOM ，根据上式可知，它有两个门 限电压（比较电平） ，分别为上门限电压 U H 和下 门限电压 UL，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽
和内阻： R′ =R1 // R 2 , 其等效电路如图 6（b）所示。
uo
ui R1
+15V
+15V
+U OM
UREF R2 2
7
ui
R2
7
μ A741 6 uo
μ A741 6 uo
Uc
3
4
3
4
0
ui
15V
15V
滞回比较器和方波发生器原理讲解
滞回比较器和方波发生器原理讲解运放应用于比例运算时，处于深度负反馈状态，虚短条件始终成立，不用特别关注开环放大倍数;而运放构成滞回（比较器）时，处于正反馈工作状态，正是利用了开环放大倍数很大的特点，使运放在最大输出和最小输出之间跃变。
正反馈是一个加速过程，将使输出边沿变得陡峭。
滞回比较器也称迟滞比较器，它的传输特性曲线类似交流铁心线圈中铁心被磁化而呈现的磁滞回线，和（数字电路）中由门电路构成的施密特触发器有相同的作用，可用于波形整形、变换、发生及消除输入（信号）中干扰，是很有用的电路。
先从比较参考电位为零电位的电路开始了解，如图一所示。
图一同相端引入参考零点的滞回比较器图一所示滞回比较器中，输入信号经电阻R3接入反相端，参考零点经R1接至同相端。
输出Uo经R2连接到同相端，形成正反馈（网络）。
其输出跃变发生在Up=Un时刻，此时输入Ui对应的值就是阈值。
因输出有±Uz两种值，在正反馈作用下，就有两个阈值，从Ui 增加方向看，是一个阈值为Ut+的比较器;从Ui减小方向看，是一个阈值为Ut-的比较器。
该电路的本质是输出跃变瞬间，比较器阈值也随之改变。
Uo=+Uz时，Up=R1/(R1+R2)*Uz ;在Ui=Un=Up且增大时，发生负向跃变,对应的阈值Ut+=R1/(R1+R2)*Uz;Uo=-Uz时，Up=-R1/(R1+R2)*Uz;在Ui=Un=Up且减小时,发生正向跃变,对应阈值Ut- = -R1/(R1+R2)*Uz ;该滞回比较器的传输特性如图一右侧所示。
应用图一所示滞回比较器，当使输入Ui随时间自动递增和递减时，比较器输出就会在两个阈值点不断跃变，就能构成一个方波发生器，如图二所示。
图二方波发生器该方波发生器由图一比较器加R1C反馈延时网络构成。
输出Uo 经电阻R1引至反相端，比较器输入信号取自与R1串联的（电容）C,使输出影响输入，输入又反过来影响输出，如此反复不断。
又因电容充放电为同一回路，就形成了占空比为50%的方波,方波周期T=2R1C*ln(1+2R2/R3);图三反相端接参考零点的滞回比较器图三为另一种基本滞回比较器，与图一比较器不同的是，图三的反相端接参考零点，输入信号经电阻R2进入同相端;Up=Un=0时的输入Ui即为阈值，可通过叠加原理计算Up,进而得到这种滞回比较器的两个阈值Ut1、Ut2 。
26-3 滞回比较器和窗口比较器
滞回比较器和窗口比较器+U Zu Iu O-U ZO UT引入正反馈缺点：☐输出电压波形不够陡☐抗干扰能力差+U Zu Iu O-U ZO U T①Where ？②When ？U OH ＝+U Z ，U OL ＝─U Z③How ？u -＝u I2+O REF22FF FR R u u U R R R R =+++2TH OH REF2F 2FFR R U U U R R R R =+++2TL OL REF22FF FR R U U U R R R R =+++上门限下门限不同的单调变化方向，门限不同双门限U TLU TH滞回比较器+U Zu Iu O-U ZO U TLU TH①由于该电路存在正反馈，因而输出高、低电平转换很快。
+()O Id I O u u u u u u +↓→↓→=-↑→↓↓②两个阈值的差称为回差电压（门限宽度），即TH TLU U U ∆=-2OH OL 2()FR U U U R R ∆=-+U∆抗干扰能力强！U T2U T1灵敏度变差通过调整回差电压来改变电路某些性能ou i u RLU RH U R1R 2D 1D 2DZ U -+A 1-+A 2u o1u o2u iu Ou O1u O2D 1D 2u Ou i >U RH u i <U RL U RL <u i <U RH+U OM -U OM 导通截止+U OM -U OM 导通截止-U OM-U OM截止截止U RHU RLU Z××或门窗口比较器(双限比较器)。
滞回比较器
滞回比较器
滞回比较器有同相输入和反相输入两种方式。
图1所示为反相输入滞回比较器，电路中参考电压V REF接在同相端，输入信号vS为被比较电压，由反相端加入，运放输出vO
经反馈电阻Rf接回到同相端构成正反馈。
图1由叠加原理可得运放同相输入端的电压为
当vO＝VOH时，vP＝VTH，VTH称为上触发电平；当vO＝VOL时， vP＝VTL，VTL称为下触发电平。
当输入电压变化时，比较器输出电压是如何变化呢？假设vS<VTL，则一定有vN<VP，因此vO ＝VOH，vP＝VTH，只有当输入电压增大到大于VTH时，输出电压vO才会从VOH 跃变到VOL。
同理，若vS>VTH，则一定有vN>VP，因此vO＝VOL，vP＝VTL，只有当输入电压增大到小于VTL时，输出电压vO才会从VOL跃变到VOH。
可见，输出电压的变化具有方向性，电压传输特性如图2所示。
图2同相滞回比较器如图3所示，不难分析其电压传输特性如图4所示。
图3
图4
从滞回比较器电压传输特性可知，它有一个十分重要的特性：回差特性。
从其电压传输特性上可以看出，电路由低电平翻转到高电平所需的触发电平VTH，和由高电平翻转到低电平所需的触发电平VTL不一致。
这两个触发电平之差称回差电压（简称回差）。
回差是滞回比较器的固有特性，它的大小可以通过有关电阻调节。
回差电压越大，电路越不易误触发，即抗干扰能力越强。
迟滞比较器电路图文分析
迟滞比较器电路图文分析在一个12V 蓄电池充电的光伏控制器中，当电压上升到13.1V 时要截至充电，当电压降低到13.6V 时，又可以再充电。
在这样的电压比较电路中需要用迟滞比较器。
单限比较电路具有电路简单、灵敏度高等优点，但存在抗干扰能力差的问题。
迟滞比较电路具有滞回特性，具有一定抗干扰能力。
同时在光伏系统中，为了实现蓄电池的充电和放电控制，需要在一个回路中实现两种电压的识别和判断，因此迟滞比较器将在上述功能电路中得到应用。
1.反相迟滞比较器如图3.19(a)所示，输入信号从比较器的反相端输入，故称为“反相迟滞比较器”。
当ui 足够小，比较电路输出高电平，即Z OH o U u u +==，此时运放的同相端电压UTH 表示，利用叠加定理可得OH REF TH U R R R U R R R U 212211+++=随着u i 不断增大，当u i >U TH 时，比较电路的输出由高电平跃变为低电平，即Z oL o U u u -==，此时运放的同相端电压用U TL 表示，其值变为：OL REF TL U R R R U R R R U 212211+++=比较器有两个门限电压U TH 和U TL ，分别称为下门限电压和上门限电压，两者的差值为“门限电压”或“门限宽度”。
)(212OL OH TL TH U U R R R U U U -+=-=∆调节R1、R2便可改变回差电压U ∆的大小。
例：在途3.19中，已知稳压管的稳定电压为±U Z =±9V ，R1=40K Ω，R2=20K Ω，基准电压U REF =3V ，求该电路的U TH 和U TL 。
解：有已知可得，U O =U Z =±9V 。
V U R R R U R R R U OH REF TH 592040203204040212211=⨯++⨯+=+++= V U R R R U R R R U OL REF TH 192040203204040212211-=⨯+-⨯+=+++=所以，输入电压u i 在增大过程中，当输入u i <+5V 时，输出电压为+9V ；当输入u i >+5V 时，输出电压为-9V ；输入电压u i 在减小过程中，当输入u i >-1V 时，输出电压为-9V ；当输入u i <-1V 时，输出电压为+9V 。
滞回比较器解析
滞回比较器2009-03-19 10:19:15| 分类：学习中|字号订阅长期以来,关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后”, 或阻碍前一状态的变化。
工程中, 常用滞回描述非对称绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为5mV到10mV。
内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。
但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。
这种情况下需要增加外部滞回, 以提高系统的抗干扰性能。
首先, 看一下比较器的传输特性。
图1所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性, 图2所示为实际比较器的传输特性。
从图2可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(VIN)增大到2mV时才开始改变。
图1. 理想比较器的传输特性图2. 实际比较器的传输特性运算放大器在开环图3. 无滞回电路时比较器输出的模糊状态和频繁跳变举个例子, 考虑图4所示简单电路, 其传输特性如图5所示。
比较器的反相输入电压从0开始线性变化,由分压电阻R1、R2构成正反馈。
当输入电压从1点开始增加(图6), 在输入电压超过同相阈值VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 输出将一直保持为VCC。
在阈值点, 输出电压迅速从VCC跳变为VSS,因为, 此时反相端输入电压大于同相端的输入电压。
输出保持为低电平, 直到输入经过新的阈值点5 ,VTH- = VSSR2/(R1 + R2)。
在5点, 输出电压迅速跳变回VCC, 因为这时同相输入电压高于反相输入电压。
图4. 具有滞回的简单电路图5. 图4电路的传输特性图6. 图4电路的/输出电压波形图4所示电路中的输出电压VOUT与输入电压VIN的对应关系表明, 输入电压至少变化2VTH时, 输出电压才会变化。
因此, 它不同于图3的响应情况(放大器无滞回), 即对任何小于2VTH的噪声或干扰都不会导致输出的迅速变化。
同相滞回比较器
为了限制集成运放 的差模输入电压，保护 其输入级，可加二极管 限幅电路 。
21
7.4.2 迟滞比较器（滞回比较器、滞环比较器、 施密特触发器）
单限比较器的优缺点：
uI
单限比较器的优点是电路结
门限电平
构简单，灵敏度高。但是，主要 缺点是抗干扰能力差。如果输入 0
电压因受干扰或噪声的影响，单
t
限比较器的输出端电压将会在高、uO 低两种电平之间频繁地反复跳变，
现波形变换。与单限比较 uO 器相比，滞回比较器的主 要优点是抗干扰能力强。 0 波形示意图如右所示：
正向门限电平
负向门限电平
t
+UZ
t
-UZ
30
uI
UT+
UT-
0 uO
干扰太大，滞回 功能会失效
正向门限电平
负向门限电平
t
+UZ
0
t
-UZ
31
迟滞 比较器
ui
迟滞比较器(下行)两种电路传输特性的比较:
入端，而且uo=UZ=±6V，UT1=UT2=3V，电路没有外加 基准电压，故电路如图（b）所示。求解阈值电压的表
27
迟滞
比较器 例题：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当
u输i 入uRi为如－图+所示的uo波形时，uo画
出输出uo的波形。
传输特性
+
U+L
U+H
UR
R1
R2
0
2V
10V
ui
上下限：
U+H
R1 R1 + R2
Uom
+
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滞回比较器文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-实验十电压比较器的安装与测试一．实验目的1．了解电压比较器的工作原理。
2．安装和测试四种典型的比较器电路：过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。
二．预习要求1．预习过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器的工作原理。
2．预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。
三．实验原理电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。
比较的结果用输出电压的高和低来表示。
电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。
由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。
下面讨论几种常见的比较器电路。
基本过零比较器（零电平比较器）过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较，+15V以决定输出电压的极性。
电路如图1所示：u i 2 7放大器接成开环形式，信号u i 从反向端输入，同 μA741 6 u o相端接地。
当输入信号u i < 0时，输出电压u o 为正极限 3 4值U OM ；由于理想运放的电压增益A u →∞，故当输 15V 入信号由小到大，达到 u i = 0 时，即 u = u + 的时刻， 输出电压 u o 由正极限值 U OM 翻转到负极限值 U OM 。
图 1 反向输入过零比较器当u i > 0时输出u o 为负极限值 U OM 。
因此，输出翻转的临界条件是u + = u = 0。
即： +U OM u i < 0u o = （1）U OM u i > 0其传输特性如图2（a ）所示。
所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压u i 是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。
o+U OM +U OM 0 u i 0 u i-U OM -U OM (a ）理想运放（增益A →∞） （b ）实际运放（增益A ≠∞）图2 基本过零比较器的传输特性限大，输入失调电压U OS t（b）所示，存在线性区。
假设输入信号u i 为正弦波，在u i 比较器的输出就跳变一次，因此，u o 为正、负 0 t相间的方波电压，如图 3 所示。
为了使输出电压有确定的数值并改善大信 U OM号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上图3 比较器的输入与输出波形限幅器。
如图4(a)所示。
图中：R=1k， DZ1、DZ2采用5229，UZ1= UZ2=4.3V。
o+UZuo3 4 R15V DZ1uiDZ2UZ(a) 接上限幅器的比较器（b）电压传输特性图4在图4（b）中：UZ = UZ2+ UD1，UZ= UZ2+ UD1。
此时：+UZ ui< 0u o = （2）-U Z u i > 03． 任意电平比较器 1）差动型任意电平比较器电路如图5（a ）所示，输入信号u i 加到反向 +15V输入端，在同相输入端加一个参考电压U REF ，当u i 2 7 输入电压u i 小于参考电压U REF 时，输出为+U OM ， μA741 6 u o当输入电压u i 大于参考电压U REF 时，输出为U OM 。
U REF 3 4 该电路的传输特性如图5（b ）所示。
15V即： （a ）电路+U OM u i < U REFu o = （3）oU OM u i > U REF +U OM与零电平比较器一样，可以根据比较器输出电压的极性来判断输入信号是大于UREF，还是小UREF于UREF。
对于差动型任意电平比较器来说，其比 0ui较电平UC 就等于基准电压UREF。
2）求和型任意电平比较器 UOM 电路如图6（a）所示，这种电路可以判定输入信号是否达到或超过某个基准电平。
在图6 （b）电压传输特性（a）电路中，输入信号ui 和基准信号UREF通过图5 反向输入差动型任意电平比较器电阻R1和R2作用在运放的反向输入端。
用戴维南定理将它们转化成等效电压源：和内阻： R′=R1 // R2, 其等效电路如图6（b）所示。
o+UOMUREF22 7 uiR 2 7μA741 6 uoμA7416 uoUc3 4 3 4 0 u i15V 15VU OM （a ）电路图 （b ） 等效电路 （c ）电压传输特性图6（其中R 1、R 2分别取2k ）由于u + = 0，根据输出翻转的临界条件u + = u= 0，故由u i = 0，可求得比较电平：REF C U R R U 21-= (4) 因此，比较器的输出电压为： +U OM u i < U Cu o = （5）U OM u i > U C电压传输特性如图6 （c ）所示。
+15V 3．窗口比较器如果要判别输入信号电压u i范围，则可以用图7（a）所示的窗口比较器来进 3 4D1行判别。
该窗口比较器是由一个反向输入差动任 ui15Vuo意电平比较器和另一个同相输入差动任意电平比 +15V较器适当地组合而成。
2 7D2R假定UREF1> UREF2，则当ui< UREF1时，A1输 A2出为+UOM ，A2输出为UOM，D1导通，D2截止， UREF23 4输出电压uo = +UOM；当UREF2> ui> UREF1时，A115V和A2的输出都是UOM，D1、D2都截止，输出电压（a）窗口比较器电路uo = 0；当ui> UREF2时，A1输出为UOM，A2为+UOM ，D1截止，D2导通，输出电压uo其电压传输特性如图7（b）所示。
由图中传输特性可知，当输入电压ui 处于UREF1UREF1UREF2 ui和UREF2之间时，输出为0，而当输入电压的值处于UREF1和UREF2之外时，输出为+UOM。
注意：在图7 （b）电压传输特性电路中，运算放大器的输出端不能直接相连，因为 图7 (D 1、D 2用IN4148，R=1k)当两个运放输出电压的极性相反时，将互为对方提供低阻抗通路而导致运算放大器烧毁。
4．滞回比较器（施密特触发器） +15V在任意电平比较器中，如果将集成运放的输7出电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反 μA741 6 u o馈，就可以构成滞回比较器，如图8 (a) 所示。
3 4它的门限电压随着输出电压的大小和极性而变。
U REF R 1 R 2 15V从图8（b ）中可知，它的门限电压为： REF REF o C U R R R U u u U ++-==++211)( (a) 滞回比较器2121R R R U R u REF o +⋅+⋅=而u o = ±U OM +U OM限电压（比较电平），分别为上门限电压U H 和下 门限电压U L ，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度。
即： 0 U L U H u i△U=U H – U L （6） 当集成运放的输出为+U OM 时，通过正反馈支 U OM 路加到同相输入端的电压为： (b) 电压传输特性图8（R 1=2k ，R 2 =10k ，U REF =1.5V ）则同相输入端的合成电压为： REF OM U R R R U R R R U 212211+++=+ = U H （上门限电压） （7）当u i 由小到大，达到或大于上门限电压U H 的时刻，输出电压u o 才从+U OM 跃变到U OM ，并保持不变。
此时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为：此时同相输入端的合成电压为： REF OM U R R R U R R R U 212211+++-=+ = U L （下门限电压） （8）当u i 从大变小，在u i 达到或稍小于U L 的时刻，输出电压u o 又从U OM 跃变到+U OM ，并保持不变。
根据（7）和（8）式，可求得迟滞宽度为： OM L H U R R R U U U 2112+=-=∆ (9)由上式可知，迟滞宽度与参考电压U REF 无关，改变R 1或R 2的值，就可以改变门限电压或迟滞宽度△U 的大小。
若U REF = 0 ，图8 就成为零电平施密特触发器，其上门限电压U H 为：OM H U R R R U 211+= (10)下门限电压U L 为：OM L U R R R U 211+-= (11)迟滞宽度△U 仍然由（9）式决定，与U REF 无关。
四．实验设备五． 实验内容1．零电平检测器的设计与测试用A741设计一个接有限幅器的反相输入零电平检测器。
输入频率f ＝300Hz 的正弦信号，逐渐增大u i 的值，直到输出信号为正、负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i 、输出波形u o 和电压传输特性。
2．任意电平比较器的设计与测试1）用A741设计一个接有限幅器的反相输入差动型任意电平比较器。
U REF1 =1.5V ，输入频率f ＝300Hz 的正弦信号，逐渐增大u i 的值，直到输出信号为正负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i 、输出波形u o 和电压传输特性。
2）用A741设计一个接有限幅器的反相输入求和型任意电平比较器。
U REF1 =1.5V ， 输入频率f ＝300Hz 的正弦信号，逐渐增大u i 的值，直到输出信号为正负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i 、输出波形u o 和电压传输特性。
+15V3．窗口比较器的设计与测试用A74169电路，图中：R=1k ，R 1=10k ，R 2=4k ，D 1R 3=1k ，D 1、D 2为IN4148）。
U REF1=5V ， U REF1 u i 15V u oU REF2 =1V ，输入频率f ＝300Hz 的正弦信号， R 2 +15V逐渐增大u i 的值，直到输出信号为正负相间 U REF2 2 7 D 2 R的方波。
利用示波器观测输入波形u i 、输出 R 3 A 2 6波形u o 和电压传输特性。
3 44．滞回比较器的设计与测试 15V 用A741设计一个任意电平反相施密特 图9 窗口比较器实验电路触发器，要求u op-p =±U Z 。
输入频率f ＝300Hz 的正弦信号，逐渐增大u i 的值，直到输出信号为正负相间的方波。
利用示波器观测输入波形u i 、输出波形u o 和电压传输特性。
六． 实验报告要求1．画出每个标有元件值的实验电路图。
2．画出所观测到的输入、输出波形和电压传输特性曲线。
并计算出每个实验内容的比较电平。
3．计算出滞回比较器的上门限电压U H 和下门限电压U L 。