第3章 电压比较器
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电压比较器简称比较器,其基本功能是对两个输入电压进行比较,并输出高电平或低电平,据此来判断输入信号的大小和极性。
电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换,模拟以及越限报警等许多场合。
电压比较器通常由聚成运放构成,与其他不同的是,比较器中的集成放大多处于开环或反馈状态。
只要在两个输入端加一个很小的信号,运放就会进入非线性区,属于集成运放的非线性应用范围。
在分析比较器时,虚断路原则仍成立,虚断及续地等概念仅在判断临界情况时才适应。
比较器可以利用通用集成运放组成,也可以采用专用的集成比较器组件。
对他的要求是电压幅度鉴别的准确性、稳定性、输出电压反映的快速性以及抗干扰能力等。
下面分别介绍几种比较器。
1 电平比较器(过零比较器)通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。
有时,为了和后面的电路相连接以适应某种需要,常常希望减小比较器输出幅度,为此采用稳压管限幅。
为了使比较器输出的正向幅度和负向幅度基本相等,可将双向击穿稳压二极管接在电路的输出端或接在反馈回路中。
为了防止输出信号过大,损坏集成运放,除了在比较器的输出回路中串联接入电阻外,还可以在集成运放的两个输入端之间并联两个相互反接的二极管。
2任意电平比较器(非过零比较器)将零电平比较器中的接地端改成一个参考电压Ur(高为直流电压),由于Ur的大小和极性均可调整,电路称为任意电平比较器或称非过零比较器。
电平电压比较器结构简单,灵敏度高,但它的抗干扰能力差,也就是说,如果输入信号因干扰在阈值附近变化时,输出电压将在高、低电平之间反复跳变,可能使输出状态产生误动作。
为了提高电压比较器的抗干扰能力,下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。
3滞回电压比较器滞回电压比较器又称施密特触发器。
这种比较器的特点是当输入信号Ui逐渐增大或逐渐减小时,他有两个阈值,且不相等,其传输特性具有“滞回”曲线的形状。
滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。
集成运放输出端至反相输入端为开环。
电压比较器及其应用电压比较器及其应用在最常用的简单集成电路中,电压比较器仅次于排名第一的运算放大器而排名第二。
各类教科书及相关出版物中可以经常看到关于运算放大器的理论、设计和使用方法的知识内容,而关于比较器的知识内容明显较少。
我们在中等职业技术教学中,补充了一些知识内容,弥补这些不足。
一、电压比较器简介电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。
其功能是比较两个输入电压(或者说一个基准电压和一个待比较电压)的大小,并用输出电压的高电平或低电平,表示两个输入电压比较的结果:当“+”输入端(同相输入端,下同)电压高于“-”输入端(反向输入端,下同)时,输出为高电平;当“+”输入端电压低于“-”输入端时,输出为低电平。
电压比较器可以用作模拟电路和数字电路的接口,还可以用作波形的产生和变换等。
利用电压比较器可将正弦波变换为同频率的方波或矩形波。
电压比较器的输入是线性量,而输出是开关量(高电平或低电平)。
一般应用中,可以用线性运算放大器,在不加负反馈的情况下,构成电压比较器来使用。
所有的运算放大器都可用作电压比较器,例如LM324、LM358、μA741、TL081、OP27等,这些都可以做成电压比较器。
LM339、LM393是专业的电压比较器,切换速度快,延迟时间小,可用在专门的电压比较场合。
电压比较器有的使用单电源工作,如图1所示。
有的单电源和双电源都可以使用,图2所示使用的就是双电源。
我们经常使用的四电压比较器LM339,既可使用最大值36V的单电源,也可使用±18V的双电源。
电压比较器的输出端,有的自身可以输出高电平及低电平,例如输出级采用推挽式结构的;而有的电压比较器输出级是一只集电极开路的三极管,称作集电极开路输出,参见图3。
也有场效应管漏极开路输出型,与集电极开路输出型类似。
对于集电极开路输出和漏极开路输出的电压比较器,使用时要连接上拉电阻R,输出端才可能有高电平,如图4所示。
电压比较器的原理
电压比较器是一种电子器件,用于比较两个电压的大小,并根据比较结果输出不同的电平信号。
其原理如下:
1. 输入端比较:电压比较器通常有两个输入端,分别为非反馈输入端和反馈输入端。
非反馈输入端一般作为比较器的参考电压输入端,而反馈输入端则接收待比较的电压。
2. 比较电压大小:非反馈输入端的电压被称为参考电压(Vref),而反馈输入端接收待比较的电压(Vin),比较电压大小的方式有多种。
常见的比较方式包括压差比较和阈值比较。
- 压差比较:当参考电压高于待比较电压时,输出高电平;当参考电压低于待比较电压时,输出低电平。
- 阈值比较:确定一个阈值(Threshold),当待比较电压高于阈值时,输出高电平;当待比较电压低于阈值时,输出低电平。
3. 输出信号:根据比较结果,电压比较器输出不同的电平信号。
通常输出端有两种状态:高电平(通常为正电压)和低电平(通常为零电压)。
- 当比较结果为参考电压高于待比较电压时,输出高电平。
- 当比较结果为参考电压低于待比较电压时,输出低电平。
4. 应用:电压比较器常用于模拟电路中,用于判断电压的大小关系并输出相应的判断结果。
它可以用于电压级别转换、触发器、开关控制等应用场景。