文章目录

B 电压比较器
- B.a 概述
- B.b 单限比较器
- B.c 滞回比较器
- B.d 窗口比较器

B 电压比较器

B.a 概述

1 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
输出电压：表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。
阈值电压：使输出产生跃变的输入电压。(转折)

2 电压比较器的描述方法：电压传输特性uo=f(uI)u_o=f(u_I)uo=f(uI)。
电压传输特性的三个要素：

输出高电平UOHU_{OH}UOH和输出低电平UOLU_{OL}UOL
阈值电压UTU_TUT
输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向。

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，跃变一次。
(2) 滞回比较器：有两个阈值电压，具有滞回特性。
输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同。但输入电压单一方向变化时输出电压只跃变一次。回差电压：

跳变变压是哪一个与输入电压的方向相关。如果是从负无穷逐渐增大，则跳变的位置在UT2U_{T2}UT2，如果从正无穷逐渐减小，则跳变位置为UT1U_{T1}UT1,如图中箭头所示。
(3) 窗口比较器：
有两个阈值电压，输入电压单一方向变化时输出电压跃变两次。

4 集成运放的非线性工作区
非线性区（饱和区）：因为电压比较器只有低电平和高电平，如果工作在线性区，那么输出电压会随着输入电压的变化而变化，而工作在非线性区则不然，所以要工作在非线性区。

电路特征：集成运放处于开环或者仅仅引入正反馈。

集成运放工作在非线性区的特点：

净输入电流为0（“虚断”）
当uP>uNu_P>u_NuP>uN，即uP−uN>0u_P-u_N>0uP−uN>0时，uO=+UOMu_O=+U_{OM}uO=+UOM
当uP<uNu_P<u_NuP<uN,即uP−uN<0u_P-u_N<0uP−uN<0时，uO=−UOMu_O=-U_{OM}uO=−UOM

5 教学基本要求

电路的识别及选用
电压传输特性的分析。

B.b 单限比较器

1 过零比较器输入与零比较大小。

求三要素：

画uO=f(uI)u_O=f(u_I)uO=f(uI)

集成运放的差模电压太大时，管子会发生击穿现象。为了避免这个问题，通常在输入端加限幅电路。

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，需要加输入限幅电路。uI>0u_I>0uI>0时，D2D_2D2导通，uI<0u_I<0uI<0时，D1D_1D1导通，那么集成运放的净输入电压最大值为±UD\pm U_D±UD

输出限幅电路：
一个稳压管工作在正偏导通，另一只管子工作在反向击穿的状态。将输出电压大小限制在导通电压+击穿电压。

R不可缺少：限流，防止稳压管从电击穿变为热击穿。

为使得UOLU_{OL}UOL接近0，可以并联锗管。

闭环接法：保护输入端；加速集成运放状态的转换（反馈加速）。

电压比较器的分析方法

（1）写出uP、uN的表达式，令uP=uNu_P、u_N的表达式，令u_P=u_NuP、uN的表达式，令uP=uN，求解出的uIu_IuI即为UTU_TUT
（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
UREF、uIU_{REF}、u_IUREF、uI分别置零，求出对应电压。

由输入信号反向端输入：

若要使得UT<0U_T<0UT<0，应该如何修改电路：改变参考电压极性。
若要改变曲线跃变方向，则应该：改为同相输入。
若要改变高低电平：换限幅电路。
特点：单限比较器比较灵敏，但是抗干扰能力差。

B.c 滞回比较器

1 同值电压

2 工作原理及电压传输特性

uIu_IuI单调增大：设uI<−UTu_I<-U_{T}uI<−UT，则uN<uPu_N<u_PuN<uP，u0=+UTu_0=+U_Tu0=+UT，此时uP=+UTu_P=+U_TuP=+UT，增大uIu_IuI，直到+UT+U_T+UT，再增大，uou_ouo才从+UT+U_T+UT跃变为−UZ-U_Z−UZ。
uIu_IuI单调减小：设uI>+UT，u_I>+U_T，uI>+UT，则uN>uPu_N>u_PuN>uP，uo=−UZu_o=-U_Zuo=−UZ，此时uP=−UTu_P=-U_TuP=−UT，减小uIu_IuI，直到−UT-U_T−UT，再减小，uou_ouo才从−UZ-U_Z−UZ跃变到+UZ+U_Z+UZ

从电路图可以看出：输入与输出反相
注意：

曲线具有方向线。
电路引入了正反馈，加速uou_ouo的转换速度。

若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路：改变阈值电压：

若要电压传输特性上下移动，则应如何修改电路：改变输出限幅电路。

若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路：改变输入端的相位。

uN=0=uP=R2R1+R2uI+R1R1+R2uou_N=0=u_P=\frac{R_2}{R_1+R_2}u_I+\frac{R_1}{R_1+R_2}u_ouN=0=uP=R1+R2R2uI+R1+R2R1uo

uI=−R1R2uou_I=-\frac{R_1}{R_2}u_ouI=−R2R1uo：
当uo=+UZu_o=+U_Zuo=+UZ，UT1=−R1R2UZU_{T1}=-\frac{R_1}{R_2}U_ZUT1=−R2R1UZ
当uo=−UZu_o=-U_Zuo=−UZ，UT2=R1R2UZU_{T2}=\frac{R_1}{R_2}U_ZUT2=R2R1UZ

B.d 窗口比较器

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