常見(jiàn)電壓比較器分析比較Word版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！常見(jiàn)電壓比較器分析比較電壓比較器通常由集成運(yùn)放構(gòu)成，與普通運(yùn)放電路不同的是，比較器中的集成運(yùn)放大多處于開(kāi)環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個(gè)輸入端加一個(gè)很小的信號(hào)，運(yùn)放就會(huì)進(jìn)入非線性區(qū)，屬于集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用范圍。在分析比較器時(shí)，虛斷路原則仍成立，虛短及虛地等概念僅在判斷臨界情況時(shí)才適應(yīng)。一、零電平比較器(過(guò)零比較器) 電壓比較器是將一個(gè)模擬輸入信號(hào)ui與一個(gè)固定的參考電壓ur進(jìn)行比較和鑒別的電路。 參考電壓為零的比較器稱為零電平比較器。按輸入方式的不同可分為反相輸入和同相輸入兩種零電位比較器，如圖1(a)、(b)所示 2011-12-22 11

2、:50:16 上傳下載附件 (12.6 kb) 過(guò)零比較器 圖1 過(guò)零比較器 (a)反相輸入；(b)同相輸入 通常用閾值電壓和傳輸特性來(lái)描述比較器的工作特性。 閾值電壓(又稱門(mén)檻電平)是使比較器輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)的輸入電壓值，簡(jiǎn)稱為閾值，用符號(hào)uth表示。 估算閾值主要應(yīng)抓住輸入信號(hào)使輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)的臨界條件。這個(gè)臨界條件是集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位相等(兩個(gè)輸入端的電流也視為零)，即u+=u。對(duì)于圖1(a)電路，u=ui, u+=0, uth=0。 傳輸特性是比較器的輸出電壓uo與輸入電壓ui在平面直角坐標(biāo)上的關(guān)系。 畫(huà)傳輸特性的一般步驟是：先求閾值，再根據(jù)電壓比較器的具體電路，分析在輸入

3、電壓由最低變到最高(正向過(guò)程)和輸入電壓由最高到最低(負(fù)向過(guò)程)兩種情況下，輸出電壓的變化規(guī)律，然后畫(huà)出傳輸特性。二、任意電平比較器(俘零比較器) 將零電平傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！比較器中的接地端改接為一個(gè)參考電壓ur(設(shè)為直流電壓)，由于ur的大小和極性均可調(diào)整，電路成為任意電平比較器或稱俘零比較器。2011-12-22 11:50:16 上傳下載附件 (10.48 kb) 圖2 任意電平比較器及傳輸特性 (a)任意電平比較器；(b)傳輸特性 2011-12-22 11:50:16 上傳下載附件 (12.79 kb) 圖3 電平檢測(cè)比較器信傳輸特性 (a)電平檢

4、測(cè)比較器；(b)傳輸特性 電平電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但它的抗干擾能力差。也就是說(shuō)，如果輸入信號(hào)因干擾在閾值附近變化時(shí)，輸出電壓將在高、低兩個(gè)電平之間反復(fù)地跳變，可能使輸出狀態(tài)產(chǎn)生誤動(dòng)作。為了提高電壓比較器的抗干擾能力，下面介紹有兩個(gè)不同閾值的滯回電壓比較器。三、滯回電壓比較器 滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器,遲滯比較器。這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)ui逐漸增大或逐漸減小時(shí)，它有兩個(gè)閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 滯回傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。 ur是某一固定電壓，改變ur值能改變閾值及回差大小。以圖4(a

5、)所示的反相滯回比較器為例，計(jì)算閾值并畫(huà)出傳輸特性2011-12-22 11:50:16 上傳下載附件 (24.1 kb) 圖4 滯回比較器及其傳輸特性 (a)反相輸入；(b)同相輸入 1，正向過(guò)程 正向過(guò)程的閾值為 2011-12-22 11:50:19 上傳下載附件 (5.22 kb) 形成電壓傳輸特性的abcd段 2，負(fù)向過(guò)程 負(fù)向過(guò)程的閾值為 傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！2011-12-22 11:50:20 上傳下載附件 (5.29 kb) 形成電壓傳輸特性上defa段。由于它與磁滯回線形狀相似，故稱之為滯回電壓比較器。利用求閾值的臨界條件和疊加原理方法，不

6、難計(jì)算出圖4(b)所示的同相滯回比較器的兩個(gè)閾值 2011-12-22 11:50:20 上傳下載附件 (5.88 kb) 兩個(gè)閾值的差值uth=uth1uth2稱為回差。 由上分析可知，改變r(jià)2值可改變回差大小，調(diào)整ur可改變uth1和uth2，但不影響回差大小。即滯回比較器的傳輸特性將平行右移或左移，滯回曲線寬度不變。 2011-12-22 11:50:22 上傳下載附件 (10.72 kb) 圖5 比較器的波形變換 (a)輸入波形；(b)輸出波形 例如，滯回比較器的傳輸特性和輸入電壓的波形如圖6(a)、(b)所示。根據(jù)傳輸特性和兩個(gè)閾值(uth12v, uth2=2v)，可畫(huà)出輸出電壓u

7、o的波形，如圖6(c)所示。從圖(c)可見(jiàn)，ui在uth1與uth2之間變化，不會(huì)引起uo的跳變。但回差也導(dǎo)致了輸出電壓的滯后現(xiàn)象，使電平鑒別產(chǎn)生誤差。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！2011-12-22 11:50:22 上傳下載附件 (18.78 kb) 圖6 說(shuō)明滯回比較器抗干擾能力強(qiáng)的圖 (a)已知傳輸特性；(b)已知ui 波形； (c)根據(jù)傳輸特性和ui波形畫(huà)出的uo波形 四、窗口電壓比較器電平比較器和滯回比較器有一個(gè)共同特點(diǎn)，即ui單方向變化(正向過(guò)程或負(fù)向過(guò)程)時(shí)，uo只跳變一次。只能檢測(cè)一個(gè)輸入信號(hào)的電平，這種比較器稱為單限比較器。 雙限比較器又稱窗口比較

8、器。它的特點(diǎn)是輸入信號(hào)單方向變化(例如ui 從足夠低單調(diào)升高到足夠高)，可使輸出電壓uo跳變兩次，其傳輸特性如圖7(b)所示，它形似窗口，稱為窗口比較器。窗口比較器提供了兩個(gè)閾值和兩種輸出穩(wěn)定狀態(tài)可用來(lái)判斷ui 是否在某兩個(gè)電平之間。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！2011-12-22 11:50:23 上傳下載附件 (14.24 kb) 圖7 窗口比較器電路及傳輸特性 (a)窗口比較器；(b)傳輸特性電壓比較器（以下簡(jiǎn)稱比較器）是一種常用的集成電路。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè)量技術(shù)，也可用于v/f變換電路、a/d變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測(cè)電路、振蕩器

9、及壓控振蕩器電路、過(guò)零檢測(cè)電路等。本文主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，并介紹一些常用的電壓比較器。什么是電壓比較器簡(jiǎn)單地說(shuō)， 電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大?。ㄒ灿袃蓚€(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹），并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，如圖1所示。圖1（a）是比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸入端（“+” 端） 及反相輸入端（“-”端），有一個(gè)輸出端vout（輸出電平信號(hào)）。另外有電源v+及地（這是個(gè)單電源比較器），同相端輸入電壓va，反相端輸入vb。va和vb的變化如圖1（b）所示。在時(shí)間0t1時(shí)，vavb；在t1t2時(shí)，vbva；在t2t3時(shí)，vavb。在這種情況下，vout的輸出如圖1（

10、c）所示：vavb時(shí)，vout輸出高電平（飽和輸出）；vbva時(shí)，vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)電壓大。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (9 kb) 如果把va輸入到反相端，vb輸入到同相端，va及vb的電壓變化仍然如圖1（b）所示，則vout輸出如圖1（d）所示。與圖1（c）比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與va、vb的輸入端有關(guān)。圖2（a）是雙電源（正負(fù)電源）供電的比較器。如果它的va、vb輸入電壓如圖1（b）那樣，它的輸出特性如圖2（b）所示。vbva時(shí)，vout輸出飽和負(fù)電壓。2011-8

11、-3 09:55:16 上傳下載附件 (7.53 kb) 傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！如果輸入電壓va與某一個(gè)固定不變的電壓vb相比較，如圖3（a）所示。此vb稱為參考電壓、基準(zhǔn)電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0v（地電平），如圖3（b）所示，它一般用作過(guò)零檢測(cè)。2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (5.84 kb) 比較器的工作原理比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來(lái)的，比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開(kāi)發(fā)出了專門(mén)的比較器集成電路。圖4（a）由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓va經(jīng)分壓器r2、r3分壓后接在

12、同相端，vb通過(guò)輸入電阻r1接在反相端，rf為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓vout與va、vb及4個(gè)電阻的關(guān)系式為：vout=（1+rf/r1）r3/（r2+r3）va-（rf/r1）vb。若r1=r2，r3=rf，則vout=rf/r1（va-vb），rf/r1為放大器的增益。當(dāng)r1=r2=0（相當(dāng)于r1、r2短路），r3=rf=（相當(dāng)于r3、rf開(kāi)路）時(shí)，vout=。增益成為無(wú)窮大，其電路圖就形成圖4（b）的樣子，差分放大器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí)，其增益并非無(wú)窮大，而vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無(wú)窮大。2011-

13、8-3 09:55:16 上傳下載附件 (6.41 kb) 傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！從圖4中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中rf=，r1=0時(shí)，它就變成與圖3（b）一樣的比較器電路了。圖5中的vin相當(dāng)于圖3（b）中的va。2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (6.49 kb) 比較器與運(yùn)放的差別運(yùn)放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益更高，輸入失調(diào)電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高（使比較器響應(yīng)速度更快）。另外，比較器的輸出級(jí)常用集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)，

14、如圖6所示，它外部需要接一個(gè)上拉電阻或者直接驅(qū)動(dòng)不同電源電壓的負(fù)載，應(yīng)用上更加靈活。但也有一些比較器為互補(bǔ)輸出，無(wú)需上拉電阻。2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (8.14 kb) 這里順便要指出的是，比較器電路本身也有技術(shù)指標(biāo)要求，如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時(shí)間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運(yùn)放的參數(shù)相同。在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)放來(lái)作比較器電路。如在a/d變換器電路中要求采用精密比較器電路。由于比較器與運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其大部分參數(shù)（電特性參數(shù)）與運(yùn)放的參數(shù)項(xiàng)基本一樣（如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等）。比較器典型應(yīng)用電路這里舉兩個(gè)簡(jiǎn)單的比較器電路為例來(lái)說(shuō)明其應(yīng)用

15、。1.散熱風(fēng)扇自動(dòng)控制電路一些大功率器件或模塊在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多熱量使溫度升高，一般采用散熱片并用風(fēng)扇來(lái)冷卻以保證正常工作。這里介紹一種極簡(jiǎn)單的溫度控制電路，如圖7所示。負(fù)溫度系數(shù)（ntc）熱敏電阻rt粘貼在散熱片上檢測(cè)功率器件的溫度（散熱片上的溫度要比器件的溫度略低一些），當(dāng)5v電壓加在rt及r1電阻上時(shí)，在a點(diǎn)有一個(gè)電壓va。當(dāng)散熱片上的溫度上升時(shí)，則熱敏電阻rt的阻值下降，使va上升。rt的溫度特性如圖8所示。它的電阻與溫度變化曲線雖然線性度并不好，但是它是單值函數(shù)（即溫度一定時(shí)，其阻值也是一定的單值）。如果我們?cè)O(shè)定在80時(shí)應(yīng)接通散熱風(fēng)扇，這80即設(shè)定的閾值溫度tth，在特性曲線上可找到

16、在80時(shí)對(duì)應(yīng)的rt的阻值。r1的阻值是不變的（它安裝在電路板上，在環(huán)境溫度變化不大時(shí)可認(rèn)為r1值不變），則可以計(jì)算出在80時(shí)的va值。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (10.01 kb) 2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (3.68 kb) r2與rp組成分壓器，當(dāng)5v電源電壓是穩(wěn)定電壓時(shí)（電壓穩(wěn)定性較好），調(diào)節(jié)rp可以改變vb的電壓（電位器中心頭的電壓值）。vb值為比較器設(shè)定的閾值電壓，稱為vth。設(shè)計(jì)時(shí)希望散熱片上的溫度一旦超過(guò)80時(shí)接通散熱風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)散熱，則vth的值應(yīng)等于80時(shí)的k值。一旦vavth，

17、則比較器輸出低電平，繼電器k吸合，散熱風(fēng)扇（直流電機(jī)）得電工作，使大功率器件降溫。va、vth電壓變化及比較器輸出電壓vout的特性如圖9所示。這里要說(shuō)清楚的是在va開(kāi)始大于vth時(shí)，風(fēng)扇工作，但散熱體有較大的熱量，要經(jīng)過(guò)一定時(shí)問(wèn)才能把溫度降到80以下。2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (9.78 kb) 從圖7可看出，要改變閾值溫度tth十分方便，只要相應(yīng)地改變vth值即可。vth值增大，tth增大；反之亦然，調(diào)整十分方便。只要rt確定，rt的溫度特性確定，則r1、r2、rp可方便求出（設(shè)流過(guò)rt、r1及r2、rp的電流各為0.10.5ma）。2.窗口比較器窗口比較器傳播優(yōu)秀

18、word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！常用兩個(gè)比較器組成（雙比較器），它有兩個(gè)閾值電壓vthh（高閾值電壓）及vthl（低閾值電壓），與vthh及vthl比較的電壓va輸入兩個(gè)比較器。若vthlvavthh，vout輸出高電平；若vavthl，vavthh，則vout輸出低電平，如圖10所示。圖10是一個(gè)冰箱報(bào)警器電路。冰箱正常工作溫度設(shè)為05，（0到5是一個(gè)“窗口”），在此溫度范圍時(shí)比較器輸出高電平（表示溫度正常）；若冰箱溫度低于0v或高于5，則比較器輸出低電平，此低電平信號(hào)電壓輸入微控制器（c）作報(bào)警信號(hào)。2011-8-3 09:55:16 上傳下載附件 (8.16 kb) 溫度傳感器采用ntc熱敏電阻rt，已知rt在0時(shí)阻值為333.1k；5時(shí)阻值為258.3k，則按1.5v工作電壓及流過(guò)r1、rt的電流約1