模拟电子线路(模电) 电压比较器
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电压比较器
一、概述 二、单限比较器 三、滞回比较器 四、窗口比较器 五、集成电压比较器
一、概述
1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。 广泛用于各种报警电路。 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。 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。
2. 电压比较器的描述方法 :电压传输特性 uO＝f(uI) 电压传输特性的三个要素： （1）输出高电平UOH和输出低电平UOL （2）阈值电压UT （3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向
vI
比较特性
vo VOH
VIL
0 VIH
vI
VOL
▪ 迟滞比较器优点： 电路抗干扰能力强。
例：反相输入迟滞比较器的比较特性如图示，在 已知输入信号时，试画输出信号波形。
比较特性
vI (V)
10
vo(V)
6
7
0
t
-6 -10
-6
06
vI (V)
vO (V)
7
-7
0
t
-7
▪ 迟滞比较器应用——方波发生器
4. 可具有选通端；
5. 电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。
• 1，试问图示电路为何种电路？求解其门限电压，并绘制 电路的电压传输特性。
滞回比较器。1.5V， 7.5V
讨论二
已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示， 试求解图（b）～（e）各电路的电压传输特性。
讨论三
已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它 们各为哪种电压比较器；输入电压为5sinωt (V)，画出各 电路输出电压的波形。
反相输入 滞回比较器
窗口 比较器
同相输入 单限比较器
你能分别组成具有图
示电压传输特性的电压 比较器电路吗？
讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。
uI
A
UREF
uO
当URL<uI< URH时， uO1= uO2= －UOM，D1、 D2均截止； uO= 0。
五、集成比较器
某型号集成比较器的等效电路
⑧
③
VCC
⑦③
③
⑦
② VEE
④
①
特点：
② ①⑦
② ①
1. 无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；
2. 可直接驱动集成数字电路；
3. 响应速度快；
vIHR1R 2R2VOH R1R 1R2VREF vILR1R 2R2VOLR1R 1R2VREF
迟滞宽度：
vo VOH
VIL
0 VIH
vI
VVIH VILR 1R 2R2(VOH VO)L
VOL
▪ 同相输入迟滞比较器
将反相迟滞比较器中的vI 与VREF交换，即得同相输入 迟滞比较器。
输出限幅电路
uO＝± UZ （1）保护输入端 （2）加速集成运放状态的转换
电压比较器的分析方法：
（1）写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN，求解出的 uI即为UT； （2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； （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。
2. 一般单限比较器
UO UZ
作用于反相输入端
uN
R2 R1 R2
UREFR1R1R2
uI
令uN uP 0,得
UT
R2 R1
UREF
（1）若要UT< 0，则应如何修改电路？ （2）若要改变曲线跃变方向，则应如
何修改电路？
（3）若要改变UOL、UOH呢？
▪ 单限比较器优点：
电路结构简单，可不计有限KCMR的影响。 ▪ 单限比较器缺点： 电路抗干扰能力差。
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
集成运放工作在非线性区的特点 1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
二、单限比较器
1. 过零比较器
（1）UT＝0 （2）UOH＝＋ UOM， UOL＝－ UOM （3）uI > 0 时 uO ＝－UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
改电路？
• 1. 稳压管稳定电压为 Uz=6.3V，稳压管正向导通压降为 • U BE(on) = 0.7V。 求：(1) 画出电路传输特性； (2) 回差电
压宽度。
R1 10KΩ -
R4 10KΩ Uo
R2 10KΩ
+
Ui
+
Uo 7V
(1)
Ui
-7V
7V
R3 10KΩ
-7V
(2) 回差电压宽度为14V。 2．迟滞比较器存在两个门限电平是为了提高电路的抗干扰 能力。（ ）
3. 请说明集成运放在信号运算电路和电压比较器中使用时， 分别工作在什么状态？
四、窗口比较器
UOM
uI URH uI URL
U OM U OM UOM
当uI>URH时，uO1= － uO2= UOM，D1导通， D2截止； uO= UZ。
当uI<URL时，uO2= － uO1= UOM，D2导通， D1截止； uO= UZ 。
令 VREFR1R 2R2vOR1R 1R2vI
得门限电平：
VIH(1R R1 2)VREF R R1 2VOL VIL(1R R1 2)VREF R R1 2VOH
迟滞宽度：
VVIHVILR R1 2(VOH VO)L
R -
R3
VREF
A +
D1 +
R2
R1
D2
v-o
门限电平
vIH
R2 R1 R2
VOH
vIL
R2 R1 R2
VOL
C
设t =0时，vO=VOH ，初始 vC=0
R
-
R3
A
+
D1 +
R2 R1
D2
v-o
则VOH 经R向C充电 vC按指数规律
vC
当vC VIH 时 vO跳变为VOL
VIH
0
t
此时C经R放电 vC按指数规律
VIL
当vC VIL时 vO又上跳到VOH
例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰信 号时，输出会出现误操作。
vI
0
t
vO
0
t
迟滞比较器（施密特触发器）
特点 正反馈电路。 具有双门限。
vI
R -
R3
A
▪ 反相输入迟滞比较器
令 vI R1R 2R2vOR1R 1R2VREF VREF
+
R2
Hale Waihona Puke Baidu
R1
D1 +
D2
v-o
得门限电平：
比较特性
3. 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 UUT1UT2
（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。
4、集成运放的非线性工作区
VOH vO
可证振荡周期：T2RCln1(2R2)
0 VOL
t
R1
讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性
1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？
2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？
3. 若要改变输入电压过 阈值电压时输出电压的
改变输出 限幅电路
跃变方向，则应如何修
集成运放的净输入 电压最大值为±UD
集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运 放的输入端，需加输入端限幅电路。
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。
不可缺少！
UOH＝ － UOL＝ UZ
UOH＝＋ UZ1＋ UD2 UOL＝－( UZ2 ＋ UD1)
UOH＝ UZ UOL＝－ UD
一、概述 二、单限比较器 三、滞回比较器 四、窗口比较器 五、集成电压比较器
一、概述
1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。 广泛用于各种报警电路。 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。 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。
2. 电压比较器的描述方法 :电压传输特性 uO＝f(uI) 电压传输特性的三个要素： （1）输出高电平UOH和输出低电平UOL （2）阈值电压UT （3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向
vI
比较特性
vo VOH
VIL
0 VIH
vI
VOL
▪ 迟滞比较器优点： 电路抗干扰能力强。
例：反相输入迟滞比较器的比较特性如图示，在 已知输入信号时，试画输出信号波形。
比较特性
vI (V)
10
vo(V)
6
7
0
t
-6 -10
-6
06
vI (V)
vO (V)
7
-7
0
t
-7
▪ 迟滞比较器应用——方波发生器
4. 可具有选通端；
5. 电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。
• 1，试问图示电路为何种电路？求解其门限电压，并绘制 电路的电压传输特性。
滞回比较器。1.5V， 7.5V
讨论二
已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示， 试求解图（b）～（e）各电路的电压传输特性。
讨论三
已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它 们各为哪种电压比较器；输入电压为5sinωt (V)，画出各 电路输出电压的波形。
反相输入 滞回比较器
窗口 比较器
同相输入 单限比较器
你能分别组成具有图
示电压传输特性的电压 比较器电路吗？
讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。
uI
A
UREF
uO
当URL<uI< URH时， uO1= uO2= －UOM，D1、 D2均截止； uO= 0。
五、集成比较器
某型号集成比较器的等效电路
⑧
③
VCC
⑦③
③
⑦
② VEE
④
①
特点：
② ①⑦
② ①
1. 无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；
2. 可直接驱动集成数字电路；
3. 响应速度快；
vIHR1R 2R2VOH R1R 1R2VREF vILR1R 2R2VOLR1R 1R2VREF
迟滞宽度：
vo VOH
VIL
0 VIH
vI
VVIH VILR 1R 2R2(VOH VO)L
VOL
▪ 同相输入迟滞比较器
将反相迟滞比较器中的vI 与VREF交换，即得同相输入 迟滞比较器。
输出限幅电路
uO＝± UZ （1）保护输入端 （2）加速集成运放状态的转换
电压比较器的分析方法：
（1）写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN，求解出的 uI即为UT； （2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； （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。
2. 一般单限比较器
UO UZ
作用于反相输入端
uN
R2 R1 R2
UREFR1R1R2
uI
令uN uP 0,得
UT
R2 R1
UREF
（1）若要UT< 0，则应如何修改电路？ （2）若要改变曲线跃变方向，则应如
何修改电路？
（3）若要改变UOL、UOH呢？
▪ 单限比较器优点：
电路结构简单，可不计有限KCMR的影响。 ▪ 单限比较器缺点： 电路抗干扰能力差。
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
集成运放工作在非线性区的特点 1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
二、单限比较器
1. 过零比较器
（1）UT＝0 （2）UOH＝＋ UOM， UOL＝－ UOM （3）uI > 0 时 uO ＝－UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
改电路？
• 1. 稳压管稳定电压为 Uz=6.3V，稳压管正向导通压降为 • U BE(on) = 0.7V。 求：(1) 画出电路传输特性； (2) 回差电
压宽度。
R1 10KΩ -
R4 10KΩ Uo
R2 10KΩ
+
Ui
+
Uo 7V
(1)
Ui
-7V
7V
R3 10KΩ
-7V
(2) 回差电压宽度为14V。 2．迟滞比较器存在两个门限电平是为了提高电路的抗干扰 能力。（ ）
3. 请说明集成运放在信号运算电路和电压比较器中使用时， 分别工作在什么状态？
四、窗口比较器
UOM
uI URH uI URL
U OM U OM UOM
当uI>URH时，uO1= － uO2= UOM，D1导通， D2截止； uO= UZ。
当uI<URL时，uO2= － uO1= UOM，D2导通， D1截止； uO= UZ 。
令 VREFR1R 2R2vOR1R 1R2vI
得门限电平：
VIH(1R R1 2)VREF R R1 2VOL VIL(1R R1 2)VREF R R1 2VOH
迟滞宽度：
VVIHVILR R1 2(VOH VO)L
R -
R3
VREF
A +
D1 +
R2
R1
D2
v-o
门限电平
vIH
R2 R1 R2
VOH
vIL
R2 R1 R2
VOL
C
设t =0时，vO=VOH ，初始 vC=0
R
-
R3
A
+
D1 +
R2 R1
D2
v-o
则VOH 经R向C充电 vC按指数规律
vC
当vC VIH 时 vO跳变为VOL
VIH
0
t
此时C经R放电 vC按指数规律
VIL
当vC VIL时 vO又上跳到VOH
例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰信 号时，输出会出现误操作。
vI
0
t
vO
0
t
迟滞比较器（施密特触发器）
特点 正反馈电路。 具有双门限。
vI
R -
R3
A
▪ 反相输入迟滞比较器
令 vI R1R 2R2vOR1R 1R2VREF VREF
+
R2
Hale Waihona Puke Baidu
R1
D1 +
D2
v-o
得门限电平：
比较特性
3. 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 UUT1UT2
（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。
4、集成运放的非线性工作区
VOH vO
可证振荡周期：T2RCln1(2R2)
0 VOL
t
R1
讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性
1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？
2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？
3. 若要改变输入电压过 阈值电压时输出电压的
改变输出 限幅电路
跃变方向，则应如何修
集成运放的净输入 电压最大值为±UD
集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运 放的输入端，需加输入端限幅电路。
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。
不可缺少！
UOH＝ － UOL＝ UZ
UOH＝＋ UZ1＋ UD2 UOL＝－( UZ2 ＋ UD1)
UOH＝ UZ UOL＝－ UD