具有带隙结构的迟滞比较器电路设计摘要：基于LED驱动的微功耗DC—DC转换器，针时低压高稳定性的要求设计了一款具有带隙结构的迟滞比较器电路，它的最低输入电压为1．2 V，其核心电路有带隙基准比较器、射极跟随器和迟滞比较嚣。整个电路采用Bipolar工艺设计，利用HSpice软件对所设计的电路进行了仿真与验证。结果表明，迟滞比较器的迟滞电压为8 mV，翻转门限电压随输入电压和温度的变化均很小。
关键词：DC—DC转换器；带隙基准；迟滞比较器；Bipolar
在大多数的便携式产品中，它的显示器几乎都采用LCD，LCD本身不能独立发光，必须要有背光源才能发光，因此LED驱动变得越来越重要。在便携式产品中，它的电源几乎都采用电池供电，电池有镍镉、镍氢、锂离子和碱性电池，镍镉、镍氢、碱性电池的工作电压是1.2V，锂离子工作电压是3．6 V或3．7 V。要驱动串联的几颗LED。上述的几种电源均不能满足要求，所以必须采用升压型的DC—DC驱动LED。
本电路没有设计单一的基准源模块。这是因为它的最低输入电压为1．2 V。如果采用基准源模块的设计方法，要获得一个与温度和电源电压无关的基准源，整个电路的输入电压基本上要超过2 V，不满足设计要求。因此，采用一个自身具有恒定翻转门限的迟滞比较器，实现了基准源和使能比较器的功能。
1 电路设计
1．1 电路功能
迟滞比较器的功能是将反馈电压VFB与内部的门限电压相比较，控制其他模块是否正常工作。当反馈电压VFB比内部上门限电压高时，迟滞比较器的输出将使其他模块不工作；当反馈电压VFB比内部下门限电压高时，迟滞比较器的输出使其他模块正常工作。
1．2 具有带隙结构迟滞比较器的电路原理
带隙基准迟滞比较器由3部分构成(见图1)，带隙基准比较器、射随器和迟滞比较器。工作原理为：输入端与内部的基准门限电压进行比较，当输入端电压超过内部基准门限时，Q12集电极中没有电流流过，即输出电流IOUT为0；当输入端电压低于较低门限时，Q12集电极中有电流流过，即有IOUT流过，从而实现了输出电流IOUT的迟滞控制。1．2．1 带隙基准比较器
图1中左边部分是带隙基准比较器。Q2的发射区面积是Q1的n倍。电流Ic2，Ic1与反馈电压VFB的关系如图2所示。设流过Q1集电极的电流为Ic1流过Q2集电极的电流为Ic2。其工作原理是：当反馈电压VFB较低时，Ic2>Ic1，A点电压比B点电压高；当VFB从低电平逐渐增加时，电流Ic2，Ic1均增加，Ic2曲线斜率比Ic1曲线斜率小；当VFB达到带隙基准比较器的翻转门限时，Ic2=Ic1，A点电压与B点电压相等；当VFB超过带隙基准比较器的翻转门限时，Ic2 计算带隙基准比较器的翻转门限电压。由Q1，Q2构成了带隙电路中△VBE的NPN 对，电流设置电阻是R1，增益电阻是R2。R3可限制驱动Q2的基极电流，这可以防止其进入深饱和，维持电路正确的工作和限制偏置电流。R4，R5电阻值相等。 于是带隙比较器的翻转门限电压就等于VTH。 在T=300 K时，；VT与绝对温度成正比，此时VT=8．62×10-5T； VT随温度的增加而增加，而Vbe随温度的增加而减小，它的温度系数。在式(5)中，第1项是正温度系数，第2项是负温度系数，合理调节R2，R1的比值和n，就可以得到与温度、电源电压无关的翻转门限电压。 1．2．2 迟滞比较器 迟滞比较器的设计不是采用比较器输出端加反馈电阻到输入端，即改变比较器输入门限的方法，而是采用改变电路的平衡性，在比较器的反相输入端引入一失调电压来实现迟滞功能。 (1)迟滞比较器的框图 图3是图1中迟滞比较器的简化原理方框图。其工作原理是：当VIN+为低电平并逐渐增加时，比较器输出OUT为低电平，反馈回路使得开关K打开。当VIN+>VIN-+VOS时，比较器发生翻转，输出高电平，反馈回路使得开关闭合。VIN+由高电平开始下降时，反馈回路使得开关处于闭合状态，当VIN+ (2)实际电路设计 图1电路中，Q11，Q12，Q9，R10提供迟滞反馈回路。Q13相当于图3中的开关K。Q11，Q12，Q13构成电流镜，当Q12集电极有电流流过时，Q11，Q13集电极也有电流流过。当C点电压高于D点电压时，Q10导通，Q12集电极中有电流流过，Q11的集电极，电流流过R10，Q9的发射极电位升高，Q9截止，迟滞比较器处于一种工作状态(相当于图3中K闭合)，设此时流过R8中的电流为IH。当C点电压低于D点电压时，Q10截止，Q12集电极中没有电流流过，Q9的集电极电位变低，Q9导通，迟滞比较器处于另一种工作状态(相当于图3中K打开)，设此时流过R8中的电流为IL。 迟滞过程为：当C点电压从低电平逐渐增加时，Q10截止，Q12集电极中没有电流流过，Q9的发射极电位变低，Q9导通，流过R8中的电流为IL；当C点电压与D点电压相等时，比较器发生翻转，设此时D点电压为VH，Q10导通，Q12集电极中有电流流过，Q11的集电极电流流过R10，Q9的发射极电位升高，Q9截止，流过R8中的电流变为IH，Q9由截止变为导通，引起流过R8的电流变化量△IR8=IL-IH，R8两端的电压变化量为△V=R8×△AIR8，相当于迟滞比较器的负端电压减少△V，当C点电压低于VH-△V时，迟滞比较器发生翻转。于是迟滞比较器的迟滞电压为△V。 (3)整体电路的门限电压和迟滞电压 当VFB从低电平逐渐增加时，Ic2>Ic1，于是C点电压高于D点电压，Q10导通，Q9截止。当输入电压VFB达到带隙比较器的翻转门限时，Ic2=Ic1，此时迟滞比较器发生翻转， Q10截止，Q9导通，设此时的VFB=VOH，则有： 当VFB从超过VOH电压逐渐减小时，迟滞比较器的工作点发生变化，只有当迟滞比较器的电压达到下翻转门限时，迟滞比较器才翻转，于是当VFB减小到VFB=VOH时，Q10并不导通，VFB继续减小，当迟滞比较器的电压达到下翻转门限时，迟滞比较器才会发生翻转，Q10导通，设此时的VFB=VOL，则有： 式中：△U是△V等效到IN端的输入电压；△V是迟滞比较器的迟滞电压。于是整体电路的输入端FB迟滞电压为△U。它与Q9导通时流过的电流、R8大小有关。调节R9，R10的大小可以改变Q9导通时流过的电流，也就可以调节这个迟滞电压。改变R8的大小可以直接调整迟滞电压。 2 仿真验证 迟滞比较器的仿真波形如图4～图6所示，图4为输出电流IOUT与输入信号FB的关系图。从图中可以看出，该电路能够实现8 mV的迟滞功能。图5和图6分别为迟滞比较器翻转门限随电源电压和温度的变化结果。可以看出，迟滞比较器的翻转门限随温度和电压变化均较小，验证了电路的稳定性较高。 3 结语 传统的带隙基准电路和迟滞比较器电路占芯片面积较大，工作电压和功耗都比较高。本文设计的具有带隙结构的迟滞比较器工作电压低至1．2 V，大大节省了芯片面积，适用于微功耗DC—DC转换器中，主要用于镍镉、镍氢和碱性电池供电的便携式产品。 常用运放电路及其各类比较器电路 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 彭发喜，制作 同相放大电路： 运算放大器的同相输入端加输入信号，反向输入端加来自输出的负反馈信号，则为同相放大器。 图是同相放大器电路图。 因为e1=e2，所以输入电流极小，输入阻抗极高。 如果运算放大器的输入偏置电流，则 e1=e2 放大倍数： 原理图： 反相比例运算放大电路图: 1号图： 2号图： 反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。R ￠为平衡电阻应满足R ￠= R1//Rf。 利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则 即 ∴ 该电路实现反相比例运算。 反相放大电路有如下特点 1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。 2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。 3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。 运算放大器减法电路原理： 图为运放减法电路 由e1输入的信号，放大倍数为R3/R1，并与输出端e0相位相反，所以 由e2输入的信号，放大倍数为 与输出端e0相位相，所以 当R1=R2=R3=R4时e0=e2-e1 加法运算放大器电路： 加法运算放大器电路包含有反相加法电路和同相加法电路. 同相加法电路:由LF155组成。 三个输入信号同时加到运放同相端，其输入输出电压关系式： 迟滞比较器设计 1. 设计需求分析： 电路工作描述：例如：当Vin<300mmHg 压力对应电压值(如：2.7V)时，Vout 为低电平，当Vin>2.7V 时，Vout 为高电平，使Q7导通，Valve 信号为低电平，气阀打开。直到Vin<0.3V 时，Vout 才恢复为低电平。 血压模块过压保护电路模型如下： 说明：图中Vin 为压力传感器压力电压值 对应于迟滞比较器的电压传输特性图，VTL=0.3V ，VTH=2.7V ，VOL=0V ，VOH=VCC 。 2.电路模型计算： 从电压传输特性图可以看出，Vout=VOL 时，Vin=VTH 。由运放的虚短和虚断特性可以 得出，其中 2 R VCC Vref +=()1 *IRin IRf IRin 算式VOL Rin Vref Rf Rin VTH Rf VOL Vref Rin Vref VTH VOL Vref IRf Rin Vref VTH ?+= ?= ??= ?= =当Vout=VOH 时，Vin=VTL ，同理可得。 ()2*IRin IRf IRin 算式Rf VOH Rin Vref Rf Rin VTL Rf VOH Vref Rin Vref VTL Rf VOH Vref IRf Rin Vref VTL ?+= ?= ??= ?= = 将VTH 与VTL 相减得：()3 ........*算式Rf Rin VOL VOH VTL VTH ?= ?将需求分析中的VTL=0.3V ，VTH=2.7V ，VOL=0V ，VOH=VCC(实际为3.3V)，代入上面的算式3中，可得4..........375.1算式Rin Rf =。将算式4代入算式1中，可得到Vref=1.563V 3. 参数选择： v R1，R2电阻的选择：根据2 12 * R R R VCC Vref +=R1=1.111*R2。考虑到实际电 阻阻值和功耗方面要求，有以下电阻可选： R 2(K Ω) R 1(K Ω)22.2222.22.444233.3335.15.66612022.222224.4423033.335156.661300333.3510 566.61 为了达到精确的目的，可以用两个串联电阻代替R1。v Rin 和Rf 的选择：根据Rin Rf *375.1=，考虑到实际电阻阻值，功耗，系统电路影响等方面要求，有以下电阻可选： R i n (K Ω)R f (K Ω)1.52.062522.752.23.0252.43.32230.2524 33 4.仿真验证： 仿真工具：MultiSIM 10.0，电路原理图及仿真结果如下图所示： 基于AVR 的单片嵌入式系统原理与实践应用 模拟比较器和ADC接口 模拟比较器和模数转换ADC 是单片机内部最常见的两种支持模拟信号输入的功能接口。大部分AVR 都具备这两种类型的接口。本章将以ATmage16 芯片为例，介绍这两种模 拟接口的原理和应用设计方法。 软件设计 下面是实现简易电压的系统程序代码。 /***************************************************** File name : demo_10_3.c Chip type : ATmega16L 华东师范大学电子系马潮10-13 第10 章模拟比较器和ADC 接口 Program type : Application Clock frequency : 4.000000 MHz Memory model : Small External SRAM size : 0 Data Stack size : 256 *****************************************************/ #include 新疆大学 课程设计报告 所属院系：电气工程学院 专业：电气工程 课程名称：电子技术B课程设计 设计题目：一位数据比较器电路的设计 班级：电气班 学生姓名： 学生学号： 指导老师: 完成日期：2014.01.13 —2014.01.20 一位数据比较器的电路设计 1．设计目的 （1）了解EDA技术的发展及应用 （2）掌握VHDL语言的基础知识，熟悉在数字电路系统设计中VHDL程序设计（3）学习MAX+PLUSⅡ软件的应用方法 （4）应用EDA技术的设计方法完成4位右移移位寄存器的设计（采用原理图和文本法两种方法实现），并在MAX+PLUSⅡ上仿真 2.关于MAX+PlusⅡ的使用与仿真 2.1 MAX+plus2软件简介 MAX+plusII是Altera公司提供的一个集成化开发系统，该系统界面友好，学习 容易，使用简单，功能齐全，是一款流行的EDA开发平台。 MAX+PLUSII把这些设计转自动换成最终所需的格式。其设计速度非常快。对于一般几千门的电路设计，使用MAX+PLUSII，从设计输入到器件编程完毕，用户拿到设计好的逻辑电路，大约只需几小时。设计处理一般在数分钟内完成。特别是在原理图输入等方面，Maxplus2被公认为是最易使用，人机界面最友善的PLD开发软件，特别适合初学者使用。 EDA （Electronic Design Automation） EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA 工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功能。 2.2MAX+plus2 使用方法简要说明 MAX+plus2硬件平台的微机最好配置512MB内存、4,3GMB硬盘，可以在Windows XP等操作系统支持下工作。在进行了MAX+plus2的系统安装和系统启动后，对于所要设计和仿真的系统需要进行如下基本步骤： (1)VHDL语言工程文件的建立和编辑； 文件的建立：新建文件(file/new/text editor file)、输入文本(text editor)、保存文件(file/save)；文件的修改：打开需修改文件 (file/open/*.vhd)、修改(text editor)、保存 (file/save)； (2)电路图的建立和编辑 一种自适应迟滞性比较器的设计 关键词：迟滞电路，比较器 摘要：设计了一种由滤波器和迟滞比较器构成的传输频率信号电路。设计使用滤波器将输入信号改变适当的相位作为迟滞比较器标准端的信号，而原信号输入比较器的另一端。那么由于迟滞比较器的电压同时随输入信号改变。 迟滞电路（hysteresis circuit）又称施密特触发电路（schmitt trigger circuit）。因他能滤除干扰噪声而获得很广泛的运用。在一些应用场合中，特别在某些模/数转换电路中[1]，迟滞比较器作为抗干扰的比较器应用较多。为了获得更好的转换效果，需要较好地选择迟滞比较器正端输入的基准电压。而信号的未知为确定基准电压带来麻烦。本文设计的一种加入滤波器的迟滞比较器解决了这个问题。 1 迟滞比较器的设计 迟滞性是比较器的一种特性，他使比较器的输入阈值随输入(出)电平而改变。比较器实现的方法很多。他们都有不同形式的正反馈。最常见的即是由放大器接成正反馈组成。这类迟滞比较器由于方便的设计和放大器的标准生产成为主流。设计选用了最常见的由放大器正反馈的设计，如图1所示。 由米尔曼公式可得输入电压升高和降低时的基准电压如下式： 而电路能滤掉的噪声即迟滞性为： 由上式可知，迟滞性由电源电压和R4，R5阻值决定。本设计中V r的大小是变成的，因此正负基准电压也随V r变化，为了达到自适应的目的希望基准电压对输入有好的跟随性同时减小输出端的影响。因此将R4取值得比R5要小一个数量级。 2 滤波器的设计 设计滤波器往往要考虑下列因素： （1）工作频率范围。 （2）参数变化的灵敏度及稳定度。 （3）实际元件的重量和大小。 （4）运算放大器的电压源。 2.1 滤波器的选择[2] 本设计是工作在低频的比较器。此时当信号频率是低频时可以考虑的方式有低通、带通或全通，同时还可选择一阶或多阶。在考虑此设计后，一阶滤波器在此设计中是较好的，且低通 数值比较器电路的仿真分析及应用 程勇 陈素 陈淑平 （机电信息工程系 实训中心 450008） 摘要：数值比较器是数字电路中经常用到的典型电路，传统的教学模式中，对数值比较器的学习及应用设计，离不开在实验室中的电路调试，学习方式较为枯燥抽象，又耗时费力，学习效果也不尽理想。现代电子设计中，由于仿真软件的出现，变抽象的知识为直观的展示，既可以通过仿真学习数值比较器的工作原理，又可以通过仿真进行数值比较器的应用设计，学习及应用效果事半功倍。 关键词：数值比较器、仿真分析、应用 在各种数字系统尤其是在数字电子计算机中，经常需要对两个二进制数进行大小判别，然后根据判别结果转向执行某种操作。用来完成两个二进制数的大小比较的逻辑电路称为数值比较器，简称比较器。在数字电路中，数值比较器的输入是要进行比较的两个二进制数，输出是比较的结果。 一．电路设计分析 首先讨论1位数值比较器。1位数值比较器是多位比较器的基础。当A 和B 都是1位二进制数时，它们的取值和比较结果可由1位数值比较器的真值表表示，如表1所示。 表1 1位数值比较器的真值表 由真值表可得如下逻辑表达式 A B A B A B F AB F AB F AB AB A B ><====+=⊕ 由逻辑表达式可以画出如图1所示的逻辑图。 图1 1位数值比较器逻辑图 二．比较器电路的仿真分析 （一）元件选取及电路组成 打开仿真软件Multisim 10，根据图1所示的1位数值比较器逻辑图，可以在仿真软件Multisim 10中构建仿真电路，如 图3所示。 1．元件选取 （1）指示灯的选取 1位数值比较器逻辑运算完后，输出结果处 接一指示灯作为指示，灯亮表示运算结果成立， 灯灭表示运算结果不成立。单击元件栏的Place Indicator→PROBE，选取PROBE_RED指示灯。 为了观察清晰明白，将指示灯PROBE连击打开其图2 指示灯的Label设置 设置对话框，在其Label中的标号由默认的X1改为“A等于B”、“A大于B”、“A 小于B”等。如图2所示。 （2）其他元器件可参照以下说明取用。 电源VCC：Place Source→POWER_SOURCES→VCC 接地：Place Source→POWER_SOURCES→GROUND，选取电路中的接地。 或非门U1A的选取：Place TTL→74LS→74LS02D 与门U3A、U5A的选取：Place TTL→74LS→74LS08D 非门U2 A、U4A的选取：Place TTL→74LS→74LS04N 2．电路组成 参照图3放置元件并进行连接，构成1位数值比较器的仿真测试电路。 （二）仿真分析 运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个―庖丁解牛‖，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是―虚短‖和―虚断‖，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于―短路‖。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 ―虚短‖是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。―虚断‖是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把―板斧‖------―虚短‖和―虚断‖，开始―庖丁解牛‖了。 总记录数113总页数3当 前页1 123 引用| 回复 | 2006-10-19 21:06:00 1楼 芯片级维修 FPGA FPGA AD_CLK PIN_125 B[3] PIN_48 DA_OUT[9] PIN_120 B[4] PIN_52 DA_OUT [8] PIN_119 B[5] PIN_55 DA_OUT [7] PIN_118 B[6] PIN_58 DA_OUT [6] PIN_115 B[7] PIN_60 DA_OUT [5] PIN_114 B[8] PIN_64 DA_OUT [4] PIN_113 B[9] PIN_67 DA_OUT [3] PIN_112 B[10] PIN_70 DA_OUT [2] PIN_104 B[11] PIN_72 DA_OUT [1] PIN_103 B[12] PIN_74 DA_OUT [0] PIN_101 B[13] PIN_76 DA_PD PIN_100 B[14] PIN_80 DAC DA_CLK PIN_121 B[15] PIN_86 A[0] PIN_40 B[16] PIN_92 A[1] PIN_42 B[17] PIN_94 FPGA I/O A[2] PIN_44 FPGA I/O B[18] PIN_97 FPGA I/O A[0] LED 2.4 FPGA SPI C8051F020 FPGA EP2C5T144C8 SPI 2.4.1 C8051F020 EP2C5T144C8 I/O F PGA_D0(PIN_9) F PGA_D1(PIN_8)F PGA_D2(PIN_7)F PGA_D3(PIN_4)F PGA_D4(PIN_3)P30P31P32P33P34 2.4.1 FPGA SPI 2.5 10bit ADC 40Msps 10bit DAC 165Msps 2.5.1 TL3016 TI 2.5.1.1 5V ±5V LA TCH ENABLE 7.6 ns LM339 ——迟滞比较器 一、功能描述 本电路是将LM339制作成一个反相迟滞比较器，通过在反相端输入信号，与 同相端的基准电压比较，当U +> U - 时，输出端相当于开路，输出高电平；当U + < U - 时，输出管饱和，相当于输出端接低电平。 二、数据说明 1、测试条件：TDS1012示波器、SG1020A数字合成信号发生器、TH-SS3022 型数显直流稳压电源 2、测试工具：万用表、TDS1012示波器、SG1020A数字合成信号发生器、 TH-SS3022型数显直流稳压电源 3、测试方法：测试前用万用表检测电路的通路与断路，测试时用示波器观 察输入和输出波形并记录。 4、测试数据： 表1 输入频率与输出的关系 测试条件：单电源输入Vcc=12V,输入正弦波，峰峰值为2V，加1V偏置，Vref=1V） 图1 输入频率与输出的关系 表2 输入电压与输出的关系 测试条件：单电源输入Vcc=12V,输入正弦波，频率为5K，Vref=1V） 5、结果分析: 迟滞比较器中加入正反馈可以克服输出端的抖动，所以在输入电压幅值增加时，输出端的幅值没有发生任何改变。输出电压的幅值不会随频率的改变而改变，但是保持高低电平的时间高度随着频率的增大而减小，并且波形随频率的增大开始产生失真，在我们的测量中，最大可以达到210KHZ。同时从上面的数据可以看出，上升时间总是大于下降时间。 三、芯片介绍 1、芯片特点：内部装有四个独立的电压比较器，工作电源电压范围宽，单 电源、双电源均可工作（单电源： 2～36V ，双电源：±1～±18V ）；消耗电流小，I CC =1.3mA;输入失调电压小，V IO =±2mV ； 共模输入电压范围宽， Vic=0～Vcc-1.5V;输出与TTL ，DTL ，MOS ，CMOS 等兼容; 输出可以用开路集电极连接“或”门. 2、芯片用途： 满足比较器的基本用途，可以用作单限比较器，迟滞比较器，窗口比较器等，用来比较电压，用得最多的是在电磁炉中，做过压过热保护。 3、引脚及封装： 采用双列直插14 脚塑料封装（DIP14）和微形的双列14 脚塑料封装（SOP14） 图2 引脚图及内部结构图 表3 主要参数 令狐采学创作 电子技术课程设计报告 令狐采学 题目：4位数值比较器设计 学生姓名： 学生学号： 年级： 专业： 班级： 指导教师： 机械与电气工程学院制 2016年11月 4位数值比较器设计 机械与电气工程学院：自动化专业 1.课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 采用Multisim 12.0软件实现4位数值比较器的设计与仿真。 1.2 课程设计的要求 （1）设计一个4位数值比较器的电路，对两个4位二进制进行比较。 （2）采用74Ls85集成数值比较器。 （3）要有仿真效果及现象或数据分析。 2.四位数值比较器设计方案制定 2.1 四位数值比较器工作的原理 对两个4位二进制数A3A2A1A0与B3B2B1B0进行比较。从A的最高位A3和B的最高位B3进行比较，如果他们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。若最高位A3=B3，则再比较次高位A2=B2，余此类推。如果两数相等，那么，必须将进行到最低位才能得到结果。可以知道：FA>B=FA3>B3+FA3=B3FA2>B2+FA3=B3FA2=B2FA1>B1 +FA3=B3FA2=B2FA1=B2FA0>B0+FA3=B3FA2=B2FA1=B1 FA0=B0IA>B （2-1） FA 《电子设计基础》 课程报告 设计题目：迟滞比较器 学生班级：电子1001班 学生学号： 学生姓名： 指导教师： 时间：2011-2012-1学期11-18 周 成绩： 西南科技大学 信息工程学院 一.设计题目及要求 1.题目：迟滞比较器 2.要求：上门限电压V T+=3V下门限电压V T-=2V 二．题目分析与方案选择 单门限电压比较器电路简单，灵敏度高，但其抗干扰能力差。因此，有另一种抗干扰能力强的迟滞比较器。迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。因为比较器处于正反馈状态，因此一般情况下，输出电压v o与输入电压v i不成线性关系，只有在输出电压v o发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可能近似为零，即v ID近似为零时，是输出电压v o转换的临界条件，当v i>v p时，输出电压v o为低电平V OH，反之v o为高电平，此时的v p即为门限电压V T。 三．主要元器件介绍 运算放大器（型号：LM358AH），电源电压范围宽：单电源3-30V；低功耗电流适合于电池供电。稳压管（由两个背靠背的二极管组成，其型号为：IN5229B，其稳压值是4.3V) 四．电路设计及计算 （图1）Multisim图 该迟滞比较器中，选择其高平电压V OH=5V,低平电压V OL=-5V，根据上下门限电压值的运算： 1.V T+=(R1V REF)/(R1+R2)+(R2V OH)/(R1+R2) V T-=(R2V REF)/(R1+R2)+(R2V OH)/(R1+R2) 代入V T+=3V,V T-=2V,V OH=5V,V OL=-5V ,算得：V REF=2.8V,R1=10KΩ,R2=70KΩ V REF=VCCR7/2(R3+R7) L )/(R1+R2) 五．仿真及结果分析 （图2） 从图中的通道A可以知道，V T+=3.076V,V T-=1.930V，其误差： 33 076 .3- 100%=2.5%， 22 930 .1- 100%=-3.5%误差来源可能是电路图中的R4的阻值，还有就是参考电压V REF的值的选取。 lm339应用电路图：LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：失调电压小，典型值为2mV；电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器 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μA7416u o 相端接地。当输入信号u i< 0时，输出电压u o为正极限34 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< 0 u 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。 电压比较器电路。 电压比较器是比较两个电压和开关输出或高或低的状态，取决于电压较高的电路。一个基于运放电压比较器上显示。图1显示了一个电压比较器的反相模式图显示了在非反相模式下的电压比较。 电压比较器 非反相比较 在非反相比较器的参考电压施加到反相输入电压进行比较适用于非反相输入。每当进行比较的电压(Vin)以上的参考电压进入运放的输出摆幅积极饱和度(V+)，和副反之亦然。实际上发生了什么是VIN和Vref(VIN-VREF)之间的差异，将是一个积极的价值和由运放放大到无穷大。由于没有反馈电阻Rf，运放是在开环模式，所以电压增益(AV)将接近无穷。+所以最大的可能值，即输出电压摆幅，V。请记住公式AV=1+(Rf/R1)。当VIN低于VREF，反向发生。 反相比较 在相比较的情况下，参考电压施加到非反相输入和电压进行比较适用于反相输入。每当输入电压(Vin)高于VREF，运放的输出摆幅负饱和。倒在这里，两个电压(VIN-VREF)之间的差异和由运放放大到无穷大。记住公式AV=-Rf/R1。在反相模式下的电压增益的计算公式是AV=-Rf/R1.Since没有反馈电阻，增益将接近无穷，输出电压将尽可能即负，V-。 实际电压比较器电路 一种实用的非基于UA741运放的反相比较器如下所示。这里使用R1和R2组成的分压器网络设置参考电压。该方程是VREF=(五+/(R1+R2)的)×R2的。代入这个方程电路图值，VREF=6V。当VIN高于6V，输出摆幅?+12V直流，反之亦然。从A+/-12V 直流双电源供电电路。 电压比较器的使用741 一些其他的运放，你可能会感兴趣的相关电路 1求和放大器：总结放大器可以用来找到一个信号给定数量的代数和。 2。集成使用运放：对于一个集成的电路，输出信号将输入信号的积分。例如，一个集成的正弦波使余弦波，方波一体化为三角波等。 3。反相放大器：在一个反相放大器，输出信号将输入信号的倒版，是由某些因素放大。 4，仪表放大器：这是一个类型的差分放大器输入额外的缓冲阶段。输入阻抗高，易于匹配结果。仪表放大器具有更好的稳定性，高共模抑制比(CMRR)，低失调电压和高增益。 一种用于DC/DC变换器中的BiCMOS 迟滞比较器电路设计 吴海波 谭传武 （湖南铁道职业技术学院 湖南 株洲 412001） 摘 要： 比较器是DC/DC电荷泵转化器中的重要组成部分，其性能优劣决定着DC转换的速度和精度。基于BiCMOS 0.6um工艺设计一种高速低功耗的迟滞比较器电路，利用Hspice仿真结果表明：在电压电压变换时比较器电路增益达到72dB，迟滞电压为0.1V，DC/DC变换器输出稳定5V，出现30mV的纹波电压。 关键词： 比较器；迟滞；BiCMOS 中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120068－01 输出高电平，M7检测OUT端的高电平信号马上导通，此时VOUT端 0 引言 振荡器模块停止工作，输出主要靠输出电容放电维持并慢慢下DC/DC变换器是电子设备必不可少的组成部分，DC转换器 降，由于M7的导通分流作用，使得M3进入线性区，并且TE点的的性能优劣直接关系到系统的可靠性。比较器是判断DC/DC变 电位随之下降，实现比较器的迟滞功能。当VOUT继续下降，误换器电荷泵启动或关断的依据，为了得到宽电源范围下的稳定 差放大器检测到VF 电压比较器电路图 单限比较器电路 OH。图1B为其传输特性。 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件RT的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，UO 为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，UO输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。 图3 迟滞比较器 图1 不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。 图2 图3为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U4<2.8V，U5=2.8V，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器BG1是导通的。当电网电压大于242V时，U4>2.8V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4 迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。 单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。 图1a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图1b为迟滞比较器的传输特性。 不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU 之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。 迟滞比较器 迟滞比较器的输出VO与输入VI不成线性关系，输出电压的转换临界条件是 门限电压VP（同相输入端的电压）≈VN（反相输入端的电压）=VI（参考基准电压）VP=VN=[（R1×VREF）/（R1+R2）]+[（R2×VO）/（R1+R2）] （公式-1） 根据输出电压VO的不同值（VOH或VOL）可以分别求出上门限电压VT+和下门限电压VT-分别为： VT+={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOL]（公式-2） VT-={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOH]（公式-3） 那麽门限宽度为： ΔVT=（R1/R2）×（VOH-VOL）（公式-4） 已知工作电压=12V 基准电压VREF=1V 输入电压VI=1～5V R1=1000Ω=1KΩ R2=1000000Ω=1MΩ 反馈系数=R1/(R1+R2)=0.000999 比较器输出电压VOH=12V, VOL=0V 而比较器的门限宽度/输出电压=反馈系数 即反馈系数×输出电压=门限宽度 0.000999×12=0.011988≈0.012V 根据（公式-2）VT+={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOL] ={[1+（1000/1000000）]×1}-[（1000/1000000）×0] =1.001-0 =1.001(V) 根据（公式3）VT-={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOH] ={[1+（1000/1000000）]×1}-[（1000/1000000）×12] =1.001-0.012 =0.989(V) 根据（公式-4）ΔVT=（R1/R2）×（VOH-VOL） =（1000/1000000）×12 =0.012(V) 验证 VT+-VT- =1.001-0.989=0.012(V) 可以通过改变R2达到改变反馈系数来调节ΔVT的范围。 例如将R2改为10KΩ时，则 迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简 单、灵敏度高等特点，但其抗干 扰能力差。例如，在单门限电压v中含XX_01中，当比较器的图I有噪声或干扰电压时，其输入和所示，输出电压波形如图XX_01VvV附近出现干扰，由于在==REFthI VvV，导致将时而为，时而为OLOOH比较器输出不稳定。如果用这个v去控制电机，将出现输出电压O频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。．电路组成1迟滞比较器是一个具有迟滞回环所示为特性的比较器。图XX_02aXX_01 图反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较 器的基础上引入了正反馈网络，如其传输特性如图XX_02b所示。Vv位置互换，就可组成将与REFI同相输入迟滞比较器。 (a) 2．门限电压的估算 由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况vv不下，输出电压与输入电压IO成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入(b) 端之间的电压才可近似认为等于图XX_02 零，即 （1）或 设运放是理想的并利用叠加原理，则有 （2） word 编辑版． vVVVV和下门限电压的不同值（根据输出电压），可求出上门限电压或TOLOT+–OH分别为 （3） （4） 门限宽度或回差电压为 （5） ，则由式(3)~(5)XX_02a所示，且可求得设电路参数如图 ，和。 3．传输特性 开始讨论。设从，和 vvv增加当由零向正方向增加到接近前，不变。当一直保持IOI vVvVV下跳到下跳到，到略大于。再增加，，则同时使由POLOHOI v保持不变。O vv不变，将始终保持只有当，则若减小，只要oI V。其传输特性如图XX_02b跳到所示。时，才由OH v的变化而改变的。由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压o它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了 （此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容，供参考，感谢您的配合和支持） word 编辑版． word 编辑版． 具有带隙结构的迟滞比较器电路设计摘要：基于LED驱动的微功耗DC—DC转换器，针时低压高稳定性的要求设计了一款具有带隙结构的迟滞比较器电路，它的最低输入电压为1．2 V，其核心电路有带隙基准比较器、射极跟随器和迟滞比较嚣。整个电路采用Bipolar工艺设计，利用HSpice软件对所设计的电路进行了仿真与验证。结果表明，迟滞比较器的迟滞电压为8 mV，翻转门限电压随输入电压和温度的变化均很小。 关键词：DC—DC转换器；带隙基准；迟滞比较器；Bipolar 在大多数的便携式产品中，它的显示器几乎都采用LCD，LCD本身不能独立发光，必须要有背光源才能发光，因此LED驱动变得越来越重要。在便携式产品中，它的电源几乎都采用电池供电，电池有镍镉、镍氢、锂离子和碱性电池，镍镉、镍氢、碱性电池的工作电压是1.2V，锂离子工作电压是3．6 V或3．7 V。要驱动串联的几颗LED。上述的几种电源均不能满足要求，所以必须采用升压型的DC—DC驱动LED。 本电路没有设计单一的基准源模块。这是因为它的最低输入电压为1．2 V。如果采用基准源模块的设计方法，要获得一个与温度和电源电压无关的基准源，整个电路的输入电压基本上要超过2 V，不满足设计要求。因此，采用一个自身具有恒定翻转门限的迟滞比较器，实现了基准源和使能比较器的功能。 1 电路设计 1．1 电路功能 迟滞比较器的功能是将反馈电压VFB与内部的门限电压相比较，控制其他模块是否正常工作。当反馈电压VFB比内部上门限电压高时，迟滞比较器的输出将使其他模块不工作；当反馈电压VFB比内部下门限电压高时，迟滞比较器的输出使其他模块正常工作。 1．2 具有带隙结构迟滞比较器的电路原理 带隙基准迟滞比较器由3部分构成(见图1)，带隙基准比较器、射随器和迟滞比较器。工作原理为：输入端与内部的基准门限电压进行比较，当输入端电压超过内部基准门限时，Q12集电极中没有电流流过，即输出电流IOUT为0；当输入端电压低于较低门限时，Q12集电极中有电流流过，即有IOUT流过，从而实现了输出电流IOUT的迟滞控制。1．2．1 带隙基准比较器 图1中左边部分是带隙基准比较器。Q2的发射区面积是Q1的n倍。电流Ic2，Ic1与反馈电压VFB的关系如图2所示。设流过Q1集电极的电流为Ic1流过Q2集电极的电流为Ic2。其工作原理是：当反馈电压VFB较低时，Ic2>Ic1，A点电压比B点电压高；当VFB从低电平逐渐增加时，电流Ic2，Ic1均增加，Ic2曲线斜率比Ic1曲线斜率小；当VFB达到带隙基准比较器的翻转门限时，Ic2=Ic1，A点电压与B点电压相等；当VFB超过带隙基准比较器的翻转门限时，Ic2常用运放电路及其各类比较器电路
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