第7章 电压比较器概述
电压比较器与应用
电压比较器的主要参数
阈值电压
当输入电压达到某个特定值时，输出状态发 生跳变的电压值。
响应时间
输入电压变化到输出状态发生跳变所需的时 间。
失调电压
输入电压为零时，输出电压的值。
精度
实际阈值电压与理想阈值电压之间的最大偏 差。
02
CATALOGUE
电压比较器的应用
模拟-数字转换器
模拟-数字转换器（ADC）是电压比较器的重要应用之一。在ADC中，电压比较 器用于将连续的模拟信号与一系列已知的阈值进行比较，从而将模拟信号转换为 相应的数字信号。
电压比较器与应用
目录
• 电压比较器概述 • 电压比较器的应用 • 电压比较器的选择与使用 • 电压比较器的设计与实现 • 电压比较器的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
电压比较器概述
定义与工作原理
定义
电压比较器是一种用于比较两个 电压大小的电子器件，输出信号 为数字信号（高电平或低电平） 。
响应速度过慢
通过调整失调电压补偿电路或更换更高精 度的比较器解决。
通过优化电路设计或更换更高性能的比较 器解决。
输出噪声过大
温度稳定性差
通过优化电路设计或加装滤波器减小噪声 。
通CATALOGUE
电压比较器的设计与实现
电压比较器的基本电路设计
电压比较器的使用注意事项
输入保护
为避免电压过载对比较器造成损坏，应加装 适当的输入保护电路。
电源稳定性
确保电源电压稳定，以减小比较器的误差。
输出负载
根据实际应用需求，合理选择输出负载，避 免过载。
环境温度
注意环境温度对比较器性能的影响，保持适 宜的工作温度。
模电课件电压比较器
减小失调电压与失调电流
失调电压与失调电流是电压比较器的重要参数，减小失调电压与失调电 流可以提高比较器的性能。
通过优化工艺和版图设计，可以减小失调电压与失调电流。例如，采用 对称的结构设计、优化器件尺寸和比例等措施，都可以减小失调电压与 失调电流。
在实际应用中，可以通过校准和补偿技术，对失调电压与失调电流进行 补偿，提高比较器的性能。
在传感器信号处理中的应用
模拟-数字转换
01
电压比较器在传感器信号处理中用于模拟-数字转换，将模拟信
号转换为数字信号，便于计算机处理和传输。
阈值感器的输出信号是否超过预设阈值，从
而触发相应的动作或报警。
数据采集与处理
03
电压比较器在传感器数据采集系统中用于比较和筛选数据，确
未来电压比较器的研究和发展需要关 注环保和可持续发展，推广绿色电子 技术，减少对环境的影响。
THANKS
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较大的失调电压和失调电流会影响电压比较器的精度和性能。
响应时间与带宽
响应时间
带宽与响应时间的关系
电压比较器对输入信号的响应速度， 即输出电压从一种状态跳变到另一种 状态所需的时间。
带宽越宽，响应时间越短；带宽越窄， 响应时间越长。
带宽
描述了电压比较器的频率响应特性， 即电压比较器能够处理的最高频率信 号。
03
电压比较器的电路实现
差分输入的电压比较器
差分输入电压比较器是一种常见的电压比较器，其特点是输入信号为差分信号， 可以有效地抑制共模干扰。
差分输入电压比较器通常由运算放大器组成，其工作原理是将差分信号输入到运 放的反相输入端和同相输入端，通过运放的放大作用，将差分信号转换为单端信 号，并进行比较。
《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
电压比较电路
十六 电压比较电路一、电压比较器的基本概念：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。
电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平。
此外，由于高电平相当于逻辑“1”，低电平相当逻辑“0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路.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二、电压比较器的基本特性：1. 输出 高电平(U oH )和低电平(U oL )用运放构成的比较器，其输出的高电平U OH 和低电平U OL 可分别接近于正电源电压(U CC )和负电源电压(-U CC )。
2. 鉴别灵敏度理想的电压比较器，在高、低电平转换的门限U T 处具有阶跃的传输特性。
这就要求运放：实际运放的A Ud 不为无穷大。
在U T 附近存在着一个比较的不灵敏区。
在该区域内输出既非U OH ，也非U OL ，故无法对输入电平大小进行判别。
显然，A Ud 越大，则不灵敏区就越小，称比较器的鉴别灵敏度越高。
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。
ud A =∞u u EEu -u +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。
非线性应用特点：反相电压比较器 电路如图所示， 输入信号U i 加在反相端，参考电压U r 加在同相端。
i ＜ u r ， u o =u OH i ＞ u r ， u o =u OL当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。
0o CC oL o CC oHi i u u u U U u u u U U +--+-+==>≈-=<≈+=同相电压比较器电路如图所示，输入信号U i加在同相端，参考电压U r 加在反相端。
模电第7.7 正反馈应用一------电压比较器
RF R2 u U REF uO R2 RF R2 RF
uO
+UZ UT+ UT-
O
- UZ
uI
比较器有两个不同的门限电平， 故传输特性呈滞回形状。
因为电容充电和放电时常数均等于 RC ，所以 T1=T2，占空比D=T2/T=50%。 振荡频率f0。根据三要素法，电容电压uC(t)为
(4)
uC (t ) UC () [UC () UC (0)]e
t
(4-21)
趋向值：U（ U oH U CC C ） 初始值：U（ ） U TL C 0 时常值： RC 转换值：当t T1时，uC (T1 ) U TH
uI uR
电压比较器
uO
传输特性
(4-3)
4.几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压 单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压 U UT1 UT2
开环应用 开环应用
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
UOM uo= uoL → “0 ”
•使输出产生跃变的输入电压Ur称为阈值电压。
• 电压比较器是集成运放的另一类基本应用电路 。
(4-2)
2. 电压比较器功能：对uI鉴幅和比较
广泛用于报警、电平检测、自控、 A/D转换等电路中。 3. 比较器的电压传输特性 及其三要素 uO＝f(ui) 电压传输特性的三个要素： ① 输出高电平UOH和低电平UOL ② 阈值电压Ur ③ ui过Ur时uO的跃变方向
电压比较器解读课件
总结词
电压比较器在传感器接口中起到信号调 理的作用。
VS
详细描述
传感器输出的信号通常比较微弱，电压比 较器可以将这些微弱的信号进行放大或缩 小，使其满足后续电路的需求，实现传感 器与后续电路的接口匹配。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
THANKS
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现，以减小外界干扰对电路的影响。
选择合适的电压比较器型号
要点一
总结词
要点二
详细描述
不同的应用场景需要选择不同类型的电压比较器，需要根 据实际需求选择合适的型号。
选择电压比较器型号时需要考虑其输入输出范围、精度、 功耗、工作频率、噪声性能等参数，以及电路的接口方式 和封装形式等因素，以确保电路的正常运行和性能要求。
在自动控制系统中，电压比较器 用于比较设定值与实际值，根据 比较结果输出相应的控制信号， 以调节系统的运行状态。
在信号处理中的应用
总结词
电压比较器在信号处理中用于信号的阈值检测和滤波。
详细描述
电压比较器在信号处理中，可以将信号进行阈值检测，提取出高于或低于某一阈值的信号，从而实现信号的筛选 和滤波。
需求。
抗干扰设计
抗干扰设计是电压比较器电路设计中非常重要的一环，它能够提高电压比较器的稳 定性。
常见的抗干扰设计包括加装滤波器、使用屏蔽线等措施，以减小外界噪声对电压比 较器的影响。
抗干扰设计还需要考虑电源噪声的影响，可以通过加装去耦电容等方式来减小电源 噪声对电压比较器的影响。
电源设计
电源设计是电压比较器电路设计 中不可或缺的一环，它能够为电 压比较器提供稳定的电源电压。
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
电压比较器
了正反馈电路实现的。
10
2、估算阈值
按临界条件下的比较器状态来计算。
1）反相端输入 在临界跳变时
ui
R1
uN -
uo, R4
uP uN iP iN 0
R2
uP + R3
uo
uN ui
uREF
uZ
根据叠加原理，有
uP
R2 R2 R3
uo
R3 R2 R3
uREF
R3uREF R2uo R2 R3
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
uN
R1 R1 R2
ui
R2 R1 R2
uREF
uP
0
图1
uT
ui
R2 R1
uREF
当uREF 0，ui uT，uN 0时，uo, UOH
当uREF 0，ui uT，uN 0时，uo, UOL
C2
+
uO2 D2
R2
uZ
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。
18
该电路由 uRH 2R u1N -
两个单门限比
u1P + C1
较器接成同相 ui R
、反相输入形 式构成的。
uRL
2R
u2N u2P
C2
+
uO1 D1
uO2 D2
R1 R2
uO uZ
图中使uRH>uRL，D1、D2作用是防止电流回流损
ui -
《电压比较器的应用》课件
在绘制完版图后，检查版图是否符合设计规则， 确保版图的正确性和可制造性。
电压比较器的仿真与测试
建立仿真模型
根据电路设计和版图布局，建立电压比较器的仿真模 型。
进行仿真测试
使用仿真软件对电压比较器进行仿真测试，观察电路 的性能指标是否满足设计要求。
进行实际测试
在实际环境中，搭建测试平台对电压比较器进行实际 测试，验证其性能和可靠性。
研究方向二
研究电压比较器的数字化控制技术，实现智能化 和自适应调节。通过引入数字信号处理技术，对 电压比较器的输出信号进行数字化处理，提高其 抗干扰能力和稳定性。
研究方向四
研究电压比较器的可靠性技术，以提高其在复杂 环境下的稳定性和可靠性。通过加强器件可靠性 设计、优化电路布局和布线等措施，提高电压比 较器的抗干扰能力和稳定性。
选择合适的比较器芯片
根据输入信号范围、精度要求和功耗等因素，选择合适的比较器芯 片。
设计比较器电路
根据比较器芯片的规格书，设计比较器电路，包括输入级、放大器 和输出级等部分。
电压比较器的版图设计
设计版图布局
根据电路设计，合理规划版图布局，确保电路元 件之间的连接关系正确、紧凑。
绘制版图
使用EDA工具，按照电路元件的连接关系，逐一 绘制每个元件的版图。
详细描述
功耗是指电压比较器在工作过程中所消耗 的能源量，通常以功率或能量消耗来表示 。功耗的大小直接影响到比较器的发热、 效率以及电源的负载能力。在节能减排和 绿色环保的背景下，功耗已经成为评价电 子设备性能的重要指标之一。
04
电压比较器的设计与实现
电压比较器的电路设计
确定输入信号范围
根据应用需求，确定电压比较器的输入信号范围，以便选择合适 的比较器芯片或自行设计电路。
电压比较器
一、概述 二、单限比较器 三、滞回比较器
一、概述
1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。 电压比较器的功能：比较电压的大小。 输入电压是连续的模拟信号； 输入电压是连续的模拟信号； 输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。 输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。
输出限幅电路
为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。 UOH＝ UZ UOL＝－ UD UOH＝ － UOL＝ UZ
电压比较器的分析方法： 电压比较器的分析方法：
的表达式， 即为U （1）写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN，求解出的 uI即为 T； 根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； （2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； 根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输 （3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输 出电压的跃变方向 的跃变方向。 出电压的跃变方向。
集成运放工作在非线性区的特点 1) 净输入电流为 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋ OM ＝＋U uP< uN时， uO＝－ OM ＝－U
二、单限比较器
1. 过零比较器 工作原理及电压传输特性
uP＝0 uN＝ uI
uI > 0 时 uO ＝－ OM; ＝－U UT＝0 uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
R1 ⋅U Z = + R2 1
uI很高 N＞ uP， uO＝－ Z, uP＝－ T; 很高,u ＝－U ＝－U
直至－ 再减小， 跃变为+U 。 减小 uI，直至－UT，再减小， uO从－UZ跃变为 Z。
第7章2 (71) 简单电压比较器 迟滞比较器 窗口比较器
t
+(UZ+ UD)
t
-(UZ+ UD)
22
1.迟滞比较器 下行 迟滞比较器(下行 迟滞比较器 下行)
（反相滞回比较器 ）
ui
R
U+
R1
－+ +
R2
∞
uo
1、因为有正反馈，所以输出饱 、因为有正反馈， 和。 2、当uo正饱和时 o =+UOM) ： 、 正饱和时(u
R1 U+ = Uom = U + H R +R
3. rO=0。 。
5
例：限幅器
RF
R：限流电 ： 阻。一般 取100 。
ui t
ui
R1
– +
∞
A +
R DZ
uo uo
UZ
DZ双向 稳压管
t
-UZ
6
运放处于线性状态， 运放处于线性状态，但 外围电路有非线性元件—— 外围电路有非线性元件 稳压二极管。 稳压二极管。
*另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。 另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。
12
4、电压比较器的性能指标 、
（1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输入电 ）阈值电压： 压称之为阈值电压或门限电平。 压称之为阈值电压或门限电平。 （2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。 ）输出电平：输出电压的高电平和低电平。 （3）灵敏度：输出电压跳变的前后，输入电压之 ）灵敏度：输出电压跳变的前后， 差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高， 差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高， 抗干扰能力就越差。 抗干扰能力就越差。零电平和非零电平比较器的灵敏 度取决于运放从一个饱和状态转换到另一个饱和状态 所需输入电压的值， 所需输入电压的值，而迟滞比较器的灵敏度等于两个 阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。 阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。 （4）响应时间：输出电压发生跳变所需的时间称 ）响应时间： 之为响应时间。 13 之为响应时间。
电压比较器
电压比较器概述电压比较器是一种常见的电子元件，用于比较两个电压信号的大小。
它通常由一个差分放大器和一个输出级组成。
电压比较器的输出通常是一个开关信号，表示输入信号的大小关系。
工作原理电压比较器的工作原理基于差分放大器的特性。
差分放大器是一种特殊的放大器电路，它由两个输入端（非反馈输入端和反馈输入端）和一个输出端组成。
非反馈输入端接收一个参考电压信号，反馈输入端接收待比较的电压信号。
比较器的输出取决于差分放大器输出的电压大小，当差分放大器输出的电压大于一定阈值时，输出为高电平；当差分放大器输出的电压小于一定阈值时，输出为低电平。
常见的比较器类型1. 窗口比较器窗口比较器是一种常见的比较器类型，它能够比较输入信号是否在一个预设的范围内。
窗口比较器通常有两个阈值，一个上限和一个下限，输入信号只有在这个范围内时，输出才会为高电平。
窗口比较器广泛应用于模拟电路中的阈值检测、电压监测等场景。
2. 比例器比例器是一种将输入电压与参考电压进行比较的比较器。
它通过调整参考电压的大小，可以实现输入信号电压的缩放。
比例器通常用于测量和控制应用中。
3. 高速比较器高速比较器主要用于高速数字电路中。
它具有快速的响应时间和较高的功耗。
高速比较器通常通过减小内部电路的延时来提高响应速度。
比较器的应用电压比较器在各种电子系统中都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 系统监测比较器常用于系统监测和保护电路中。
例如，温度监控系统中使用比较器来检测温度是否超过设定值，以触发相应的保护措施。
2. 电压测量比较器广泛应用于电压测量领域。
例如，电池监测电路中使用比较器来测量电池电压是否达到一定阈值，以保证电池的安全使用。
3. 数字控制系统比较器在数字控制系统中也有重要的应用。
例如，在数字通信中，比较器用于数据解调器中的恢复时钟信号的检测。
总结电压比较器是一种常见的电子元件，用于比较两个电压信号的大小。
它主要由一个差分放大器和一个输出级组成。
7.4电压比较器
模拟电子技术基础教学内容1 电压比较器的概述2 单门限电压比较器3 双门限电压比较器4 窗口电压比较器（2）特点：⏹输入信号是连续变化的模拟量，输出为数字量“0”或“1”。
⏹运算放大器是工作在开环状态或正反馈状态，即工作在非线性区。
（1）定义：将输入信号与基准电压相比较，比较的结果只有两个电平：高电平或低电平。
1 电压比较器的概述◆单门限电压比较器◆双门限电压比较器◆窗口比较器◆同相输入◆反相输入（3）类型：◆集成运放开环状态◆集成运放正反馈状态2单门限电压比较器(1)反相输入的电压比较器i REF o Zu U u U >=-，i REF o Zu U u U <=+，u o u i+U OM -U OMOU REF+U Z-U Z (2)反相过零比较器U REF =0时称为过零比较器(3)具有输入保护和输出限幅的单门限电压比较器＋－u ou i AR 1R 2D 1D 2±U ZU REFR 3D Z电路特点：①当A od 不够大时，高低电平转换时的陡度减小。
②抗干扰能力差。
3双门限电压比较器（1）电路组成及门限电压的计算u o =+U Z 时，u i 对应的u P 值称为上门限电压值。
1P Z12R u U R R =±+1T+Z12R U U R R =++1T-Z12R U U R R =-+u o =-U Z 时，u i 对应的u P 值称为下门限电压值。
（2）画出电压传输特性曲线P u Z D Z±U R2R 1R A i u ou －＋t+T U OZU -ZU +o u -T U Otiu -T U OZU -ZU +ou iu +T U -T U O ZU -ZU +ou iu +T U OZU -ZU +iu ou 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）1T T+T-Z122R U U U U R R ∆=-=+（4）回差电压ΔU T1T+Z12R U U R R =++1T-Z12R U U R R =-+＋－u ou iAR 1R 2R±U ZD Zu PU REF＋－u ou iAR 1R 2R ±U Zu P（5）比较器的应用O O REFU ZU ﹣Z U +o u tt i u 存在干扰时双门限电压比较器存在干扰时单门限电压比较器-T U O O +T U ZU ﹣Z U +o u tt i u 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）3窗口比较电压器U t1>U t2U t1采用反相输入，U t2采用同相输入。
第七章：电压比较器
ui U R u u
uO = -UZ
阀值电压： UTH = UR
2、求和型单限比较器
UR R2
ui R1
+
R'
R0 uO
UTH
uO +UZ
ui 0
-UZ
虚断：u 0
电压传输特性
u
ui
UR ui R1 R2
R1
R1 R1 R2
UR
R2 R1 R2
ui
u u
电路状态发生改变，
ui
R1 R2
理想运放工作在非线性区时的特点
2、输出电压有两种可能：
u u
uO UOH VCC
理想特性 uO UOH
u u
uO UOL VCC
0
u+- u-
u u
发生状态的转换。
非线
此时的输入电压称为“阀值电压”性区
UOL 非线 性区
或“门限电压”用UTH表示。
3、有“虚断”特点： i i 0 R
当u
u
时
，电路状态发生改变，
uO +UZ
UTH- 0
UTH+ui
-UZ 传输特性
u
R2 R2 Rf
UO
+UZ -UZ
UTH+
=
R2 R2 + Rf
UZ;
UTH-
=-
R2 R2 + Rf
UZ;
ui，使uO从+UZ跳变为-UZ所需的门限电平为UTH+： ui，使uO从-UZ 跳变为+UZ所需的门限电平为UTH-：
例题：电路如图示，输入为正弦信号，试画出输出信号的波形。
电压比较器课件
基于BiCMOS工艺的电压比较器设计结合了双极晶体管和CMOS晶体管的优点，利用双极晶体管的高电流传输特性和CMOS晶体管的高开关速度，实现高速度、低功耗、高精度的电压比较功能。这种设计广泛应用于高速比较器、模数转换器等电子系统中。
05
CHAPTER
电压比较器的测试与验证
为保证测试结果的准确性，测试环境应保持安静、无干扰，且温度、湿度等参数应满足测试要求。
VS
功耗是电压比较器在工作过程中消耗的能量。
详细描述
功耗是指电压比较器在工作过程中所消耗的能量，通常以毫瓦（mW）或瓦（W）为单位表示。功耗的大小反映了比较器的效率和工作稳定性。在选择电压比较器时，应考虑功耗与性能之间的平衡。
总结词
04
CHAPTER
电压比较器的设计与实现
基于运放的电压比较器设计通常采用运算放大器作为核心元件，通过负反馈和正反馈电路实现电压比较功能。
基于运放的电压比较器设计利用运算放大器的电压放大和电流放大特性，通过负反馈和正反馈电路调整输入和输出电压，实现电压比较功能。这种设计具有高精度、低噪声、低失真等优点，广泛应用于模拟电路和数字电路中。
总结词
详细描述
总结词
基于BiCMOS工艺的电压比较器设计结合了双极晶体管和CMOS晶体管的优点，具有高速度、低功耗、高精度等特性。
总结词
电压比较器由差分放大器构成，当两个输入电压之间存在一定电压差时，差分放大器会输出相应的电压信号。当输入电压满足一定条件时，输出信号会通过反相器等逻辑门电路转换为相应的逻辑信号。
详细描述
02
CHAPTER
电压比较器的应用
在数字电路中，电压比较器用于比较两个电压的大小，并根据比较结果输出相应的逻辑状态（高电平或低电平）。
电压比较器原理介绍
一、电压比较器原理电压比较器是集成运放非线性应用电路，常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？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。
图1电压比较器原理图(a)及传输特性(b)(a)电路图⑹传输特性当uiVU R时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。
输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压匕，即u°=Uz当ui>U R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U D,即uo=—UD因此，以U R为界，当输入电压Ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。
表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。
图1(b)为(a)图比较器的传输特性。
常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压比较器，窗口(双限)电压比较器。
二、集成电压比较器简介作用：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。
应用：作为模拟电路和数字电路的接口电路。
特点：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，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯(例如LM311)。
三、电压比较器的应用电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。
它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。
本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。
电压比较器是对两个模拟电压比较其大小他有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。
第7章-电压比较器
23
迟滞
比较器 二.迟滞比较器(上行)（同相迟滞比较器）
1.电路结构
2.阈值估算
临界跳变时：
uR
ui
R
－ +
+
uo
iPiN0 U U uR
根据叠加原理，有 ：
U R 1R 1R 2uoR 1R 2R 2ui uR
R1
R2
当u o 负饱和时(uo UoM) ：
ui
R1 R2
uo
uT1R R 1 2U oM (R 1R 2R 2)uR
31
[例1] 在如图所示电路中，R1=R2=5kΩ，基准电压 UREF=2V，稳压管的稳定电压UZ=±5V，输入电压为 如图所示的三角波，试画出输出电压。
无正反馈,
电压传输特性的趋势.UT
单阈值
的具体值有待下面求得.
32
解： 令uN=uP=0，则求出阈值电压 所以画出输出波形如图所示：
33
1
34
ui
R
U+
－ +
+
uo
ui
uT1
R1 uo R2
+Uom
uT2 假设开
始时UO uo
为UOM Uom
uT2 0
-Uom
uT1 ui
-Uom
? 为 – UOM
t
t
21
迟滞
比较器 例2：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当 输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。
ui
U R 1R 1R2uoR 1R 2R2uRuT
当uo正饱和时(uo =UOM) ：
uT1R1R 1R2UoM R1R 2R2uR
电压比较器ppt课件
按照结构分
由集成运放构成 集成电压比较器 有通用型、高速型、低功耗 型、低电压型和高精度型等。 自学
工作速度慢、带宽 窄且输出与其它电 路的兼容性差。
8.2.1 单限电压比较器
1. 过零电压比较器
输出只有高电平和低电平两种值。 比较器的输出电平发生跳变所对应的输入电压值称为门限电压。
输入信号从反相端加入，当输入从小增大过门限电压时，输出 从高电平跃变为低电平，称之为反相输入单限比较器。
R2 20 令uN = 0，可得 U T U REF 2 V 4 V R1 10
由于信号从反相端输入，故 当 uI < 4V 时， uO =UOH=6V 当uI > 4V 时， uO =UOL= 6V 因此可作出电压传输特性如图所示
8.2.2 迟滞比较器
也称施密特触发器。抗干扰能力强
由于是反相输入迟滞比较器， 因此可画出电压传输特性和 相应输出波形如图所示。
例8.2.2
图中，UREF =3V， UZ =6V， R1 =40k， R2 =10k， R =8k，试画出电压传输特性和输出电压波形。
解： 由图可得
UTH U TL 40 3 V 10 6 V 3.6V 40 10 40 10
按照功能特点分单限电压比较器迟滞电压比较器窗口电压比较器按照结构分由集成运放构成集成电压比较器有通用型高速型低功耗型低电压型和高精度自学工作速度慢带宽窄且输出与其它电路的兼容性电压比较器概述821输出只有高电平和低电平两种值
8.2 电压比较器
概述 8.2.1 单限电压比较器
8.2.2 迟滞比较器 *8.2.3 窗口比较器 *8.2.4 集成电压比较器
U TH
U REF R1 U Z R2 UP R1 R2 R1 R2
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D
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 。
15
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
门限电平
单限比较器的优点是电路结 构简单，灵敏度高。但是，主要 0 缺点是抗干扰能力差。如果输入 电压因受干扰或噪声的影响，单 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， 使电路不能稳定工作。波形示意 0 图如右所示：
U oM
R2
uR
uT 2
uR
迟滞 比较器
3.电压传输特性
R
ui
UR
－+ +
R1 R2
uo
uT
R1 R1 R 2
U
oM
R2 R1 R 2
uR
设初始值:
u o U
oM
U
uT1
uo
+UOM
设 u i ,当 u i u T 1 uo从 U
2 v图 o +UoH VT
11
应用：电平显示器、逐次比较 A/D等。
0
-UoL
vi
电压 比较器
二、零电平比较器 : 当UR =0时
uo
ui
+
+
+UOM
uo
0
ui
-UOM uo
+
+
ui
uo
+UOM 0
-UOM
12
ui
电压 比较器
例题：利用电压比 较器将正弦波变为 方波。 ui
+
ui
t
+
uo
ui UR
+
+
uo
uo
+Uom
UR为参考电压 (阈值电压： P285定义)
0
-Uom
UR
ui
8
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u > U 时 , u = -U om i R o uo
+Uom
-Uom
0
UR
ui
9
电压 比较器
第七章 信号的非线性处理
7.4.1 简单电压比较器 7.4.2 迟滞比较器 7.4.3 窗口比较器
1
第一节 简单电压比较器
电压比较器的主要作用是进行电平检测。
uI 参考电压 uR
0 uO
0
t
t
利用电压比较器进行电平检测波形示意图
2
1．电压比较器的功能 功能: 比较两个电压的大小(用输出电压的高或低 电平，表示两个输入电压的大小关系); 用途：可用作模拟电路和数字电路的接口，还 可以用作电平检测、波形产生和变换电路等。
uREF为参考电压，根据比 u 较器在临界状态条件可 求得电路的阈值电压。 u 图 1：
uN R1 R1 R2 ui R2 R1 R2
R1 R2
REFuຫໍສະໝຸດ Ni+
u
, uo R
P
uo
u REF u P 0
图1
uT u i
R2 R1
u REF
,
当 u REF 0， u i u T ， u N 0 时， u o U OH 当 u REF 0， u i u T ， u N 0 时， u o U OL
4
4、电压比较器的性能指标
（1）阈值电压：比较器输出发生跳变时的输入电 压称之为阈值电压或门限电平。 （2）输出电平：输出电压的高电平和低电平。 （3）灵敏度：输出电压跳变的前后，输入电压之 差值。其值越小，灵敏度越高。然而，灵敏度越高， 抗干扰能力就越差。零电平和非零电平比较器的灵敏 度取决于运放从一个饱和状态转换到另一个饱和状态 所需输入电压的值，而迟滞比较器的灵敏度等于两个 阈值电压之差值。因而，迟滞比较器的抗干扰能力强。 （4）响应时间：输出电压发生跳变所需的时间称 之为响应时间。 5
t
+(UZ+ UD)
t
-(UZ+ UD)
16
一.迟滞比较器(下行)
（反相迟滞比较器 ）
1.电路结构
ui
UR
R
－+ +
R1 R2
uo
特点:电路中使用正反馈 和uo相连，而uo有两个 值，所以对应的U+就有 两个值。故阈值电压就 有两个值。
17
迟滞 比较器
2.阈值估算
临界跳变时：
ui
uR
R
uo
iP iN 0
虚断（运放输入端电流=0）
注意：此时不能用虚短！
注意：
uo +UOM 0 -UOM 称之为同相比较器
U+
+
+
U_
uo
uo +UOM
U+-U-
0 -UOM
U--U+
称之为反相比较器
7
一、非零电平比较器
若ui 从同相端输入 （同相电压比较器）
当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom
2．运放的工作状态 比较器电路中的运放一般在开环或正反馈条件 下工作，运放的输出电压只有正和负两种饱和值， 即运放工作在非线性状态。在这种情况下，运放输 入端“虚短”的结论不再适用，但“虚断”的结论 仍然可用。
3
3．电压比较器的类型 常用的电压比较器有： 零电平比较器(过零比较器) 非零电平比较器(单限比较器) 迟滞比较器（滞回比较器） 窗口比较器(双限比较器) 简单比较器
uo
+Uom
问题：若反相端不是接 地，而是接参考电压 VREF，输出波形会有什 -Uom 么样的变化？
t
13
电压 比较器
用稳压管稳定输出电压
+
uo
ui
+
+UOM
uo
0
ui
-UOM
ui
+
+
UZ
uo
uo
+UZ
0
-UZ
忽略了正 向压降UF
ui
14
※
作用：a）使Uo∠0时的输出更接近0；b）DZ有存储 效应，D的跳变速度快，使输出接近矩形波。
U
U
ui
－+ +
R1 R2
根据叠加原理，有 ： R1 R2 U uo u R uT R1 R 2 R1 R 2 当uo正饱和时(uo =UOM) ：
uT 1
R1
R1 R2 R1 R2 当uo负饱和时(uo =-UOM) ： R1 R1 R2 U oM R2 R1 R 18 2
5．电压比较器的分析方法
按理想情况分析
若U-＞U+ 若U-＜U+ 则UO=-UOM； 则UO=+UOM。
理想 情况
uo
+UOM
实际 情况
只有当U-=U+时，输出状 态才发生跳变；反之，若输出
Ui=U--U+ -UOM 电压比较器在输出状态 跳变过程中，运放可视为在 线性区工作。 6
发生跳变，必然发生在U-=U+ 的时刻。
,
uo u Z uo u Z
10
电压 比较器
u
R1
REF
图 2：
uT u P R2 R1 R2
u
u REF
u
N
i
Ri
+
uT
R2
u
, uo R
P
uo
当 u i u T 时， u o U OH 当 u i u T 时， u o U OL
,
,
uo u Z uo u Z