过零比较器,单限比较器,滞回比较器,窗口比较器

`实验报告课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩：实验名称：电压比较器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名：一、实验目的二、实验内容三、主要仪器设备四、实验数据记录、处理与分析五、思考题及实验心得一、实验目的1．了解电压比较器与运算放大器的性能区别；2．掌握电压比较器的结构及特点；3．掌握电压比较器电压传输特性的测试方法；4．学习比较器在电路设计中的应用。

二、实验内容及原理实验内容1．设计过零电压比较器电路，反相输入端接地，同相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

2．设计单门限电压比较器电路，同相输入端接1V直流电压，反相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量3．并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

4．设计反相输入（下行）滞回电压比较器，反相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

5．设计窗口电压比较器电路，输入为1kHz、5V三角波信号，设置参考电压Vref1为1V直流电压，参考电压Vref2为4V直流电压，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

6．设计三态电压比较器电路，输入电压信号Vin为1kHz、5V三角波信号，当输入Vin<Vref2时，输出Vout=VOL；Vin<Vref1时，输出Vout=VOH。

实验原理电压比较器（简称为比较器）是对输入信号进行鉴幅和比较的集成器件，它可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。

可用作模拟电路和数字电路的接口，也可用作波形产生和变换电路等。

比较器看起来像是开路结构中的运算放大器，但比较器和运算放大器在电气性能参数方面有许多不同之处。

运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器，但比较器的响应速度比运算放大器快，传输延迟时间比运算放大器小，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS等数字集成电路。

但在要求不高情况下也可以考虑将某些运算放大器（例如：LM324、LM358、μA741、TL081、OP07、OP27等）当作比较器使用。

模拟比较器:将模拟量与一标准值进行比较,当高于该值时,输出高(或低)电平.反之,则输出低(或高)电平.例如,将一温度信号接于运放的同相端,反相端接一电压基准(代表某一温度),当温度高于基准值时,运放输出高电平,控制加热器关闭,反之当温度信号低于基准值时,运放输出低电平,将加热器接通.这一运放就是一个简单的比较器,因为输入与输出同相,称为同相比较器..有的模拟比较器具有迟滞回线,称为迟滞比较器,用这种比较器,有助于消除寄生在信号上的干扰.数字比较器:用来比较二组二进制数是否相同,相同时输出(或低)高电平,反之,则输出相反的电平.最简单的数字比较器是一位二进制数比较器,是一个异或门(或同或门).电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。

利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？下面我给大家介绍一下，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。

常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压比较器，窗口（双限）电压比较器.1.模拟比较器将模拟量与一标准值进行比较,当高于该值时,输出高(或低)电平.反之,则输出低(或高)电平.例如,将一温度信号接于运放的同相端,反相端接一电压基准(代表某一温度),当温度高于基准值时,运放输出高电平,控制加热器关闭,反之当温度信号低于基准值时,运放输出低电平,将加热器接通.这一运放就是一个简单的比较器,因为输入与输出同相,称为同相比较器..有的模拟比较器具有迟滞回线,称为迟滞比较器,用这种比较器,有助于消除寄生在信号上的干扰.2.数字比较器用来比较二组二进制数是否相同,相同时输出(或低)高电平,反之,则输出相反的电平.最简单的数字比较器是一位二进制数比较器,是一个异或门(或同或门).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。

lm339应用电路图集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-1.5VVo;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。

过零比较器,单限比较器,滞回比较器,窗口比较器过零比较器，单限比较器，滞回比较器，窗口比较器。

比较器是一种电子元件，用于比较两个电压的大小，并根据比较结果输出相应的信号。

在电子电路中，比较器被广泛应用于信号处理、控制系统和测量仪器等领域。

根据不同的比较功能和输出特性，比较器可以分为过零比较器、单限比较器、滞回比较器和窗口比较器。

过零比较器是一种常见的比较器，它的主要作用是检测输入信号是否穿过零点。

过零比较器通常用于交流信号的检测和处理，它可以将输入信号与零点进行比较，并输出相应的高低电平信号。

过零比较器的输出信号与输入信号的相位关系密切相关，可以用于判断输入信号的频率和相位信息。

单限比较器是一种简单的比较器，它只有一个比较阈值，当输入信号超过或低于这个阈值时，比较器将输出相应的高低电平信号。

单限比较器通常用于电压检测、开关控制和逻辑电路等应用中，它可以实现对输入信号的简单比较和判断，具有结构简单、使用方便的特点。

滞回比较器是一种具有滞回特性的比较器，它的主要作用是消除输入信号的噪声和干扰。

滞回比较器通常采用正反馈结构，当输入信号超过一定阈值时，比较器的输出将发生反转，并在一定时间内保持在反转状态，以消除输入信号的瞬时变化和波动。

滞回比较器可以有效提高系统的抗干扰能力，提高信号的稳定性和可靠性。

窗口比较器是一种具有上下限阈值的比较器，它的主要作用是检测输入信号是否在指定的范围内。

窗口比较器通常用于测量和控制系统中，它可以根据上下限阈值对输入信号进行比较，并输出相应的高低电平信号。

窗口比较器可以实现对输入信号的范围限制和判断，具有较高的灵活性和可调性。

总的来说，过零比较器、单限比较器、滞回比较器和窗口比较器都是常见的比较器类型，它们在电子电路和控制系统中都有着重要的应用。

不同类型的比较器具有不同的功能和特性，可以根据具体的应用需求选择合适的比较器类型，并结合其他电子元件和系统组件实现更复杂的功能和控制任务。

过零比较器,单限比较器,滞回比较器,窗口比较器过零比较器、单限比较器、滞回比较器和窗口比较器是电子电路中常用的比较器类型，它们在不同的应用场景中发挥着重要的作用。

本文将分别介绍这四种比较器的工作原理、特点和应用。

过零比较器。

过零比较器是一种常见的比较器，其主要功能是检测输入信号是否经过零点。

它通常由一个比较器和一个零点检测电路组成。

当输入信号经过零点时，比较器输出一个脉冲信号，用于触发其他电路或控制系统。

过零比较器的特点是灵敏度高、响应速度快，适用于需要对输入信号的过零点进行检测和触发的应用场景。

例如，交流电路中的零点检测、电机控制系统中的位置检测等。

单限比较器。

单限比较器是一种常用的比较器，其主要功能是比较输入信号与设定阈值的大小关系。

当输入信号超过设定阈值时，比较器输出高电平信号；当输入信号低于设定阈值时，比较器输出低电平信号。

单限比较器的特点是简单易用、成本低廉，适用于需要进行简单电压比较的应用场景。

例如，电压监测电路中的过压保护、温度控制系统中的温度检测等。

滞回比较器。

滞回比较器是一种特殊的比较器，其主要功能是在输入信号的上升沿和下降沿分别输出高电平和低电平信号。

这种特殊的输出方式可以有效抑制输入信号的噪声和干扰，提高比较器的稳定性和可靠性。

滞回比较器的特点是抗干扰能力强、稳定性高，适用于需要对输入信号进行精确比较和稳定输出的应用场景。

例如，数字通信系统中的信号检测、传感器系统中的信号处理等。

窗口比较器。

窗口比较器是一种特殊的比较器，其主要功能是比较输入信号与设定的上下限范围。

当输入信号超出设定的上下限范围时，比较器输出高电平信号；当输入信号在设定的上下限范围内时，比较器输出低电平信号。

窗口比较器的特点是能够同时检测输入信号的上限和下限，适用于需要进行双向电压比较的应用场景。

例如，电源管理系统中的电压监测、电动车控制系统中的电池管理等。

综上所述，过零比较器、单限比较器、滞回比较器和窗口比较器是电子电路中常用的比较器类型，它们分别适用于不同的应用场景，具有各自独特的特点和优势。

一、过零比较器过零比较器，顾名思义，其阈值电压U T=0V。

电路如图(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+U OM或-U OM。

当输入电压u I<0V时，U O=+U OM；当输入电压u I>0V时，U O=-U OM。

因此，电压传输特性如图(b)所示。

为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极管限幅电路，如右图所示。

★两只稳压管稳压值不同在实用电路中为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的U OH和U OL，如图（725）(a)所示。

图中R为限流电阻，两只稳压管的稳定电压均应小于集成运放的最大输出电压U OM。

设稳压管D Z1的稳定电压为U Z1，稳压管D Z2的稳定电压为U Z2，U Z1和U Z2的正向导通电压均为U D。

当u I<0时，由于集成运放的输出电压u/O=+U OM，D Z1使工作在稳压状态，D Z2工作在正向导通状态，所以输出电压u O=U OH=（U Z1+U D）当u I>0时，由于集成运放的输出电压u/O=-U OM，D Z2使工作在稳压状态，D Z1工作在正向导通状态，所以输出电压u O=U OL=-（U Z2+U D）★两只稳压管稳压值相同若要求，U Z1=U Z2则可以采用两只特性相同而又制作在一起的稳压管，其符号如图(b)所示，稳定电压标为±U Z。

当u I<0时，u O=U OH=U Z；当u I>0时，u O=U OL=-U Z。

★稳压管接在反馈通路中限幅电路的稳压管还可跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间，如右图所示。

假设稳压管截止，则集成运放必然工作在开环状态，输出电压不是+U OM，就是-U OM。

这样，必将导致稳压管击穿而工作在稳压状态，D Z构成负反馈通路，使反相输入端为“虚地”，限流电阻上的电流i R等于稳压管的电流i Z，输出电压u O=±U Z。

滞回比较器和窗口比较器+U Zu Iu O-U ZO UT引入正反馈缺点：☐输出电压波形不够陡☐抗干扰能力差+U Zu Iu O-U ZO U T①Where ？②When ？U OH ＝+U Z ，U OL ＝─U Z③How ？u -＝u I2+O REF22FF FR R u u U R R R R =+++2TH OH REF2F 2FFR R U U U R R R R =+++2TL OL REF22FF FR R U U U R R R R =+++上门限下门限不同的单调变化方向，门限不同双门限U TLU TH滞回比较器+U Zu Iu O-U ZO U TLU TH①由于该电路存在正反馈，因而输出高、低电平转换很快。

+()O Id I O u u u u u u +↓→↓→=-↑→↓↓②两个阈值的差称为回差电压（门限宽度），即TH TLU U U ∆=-2OH OL 2()FR U U U R R ∆=-+U∆抗干扰能力强！U T2U T1灵敏度变差通过调整回差电压来改变电路某些性能ou i u RLU RH U R1R 2D 1D 2DZ U -+A 1-+A 2u o1u o2u iu Ou O1u O2D 1D 2u Ou i >U RH u i <U RL U RL <u i <U RH+U OM -U OM 导通截止+U OM -U OM 导通截止-U OM-U OM截止截止U RHU RLU Z××或门窗口比较器(双限比较器)。

单限比较器一、过零比较器过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如图8.2.1所示。

(a) 电路图(b) 电压传输特性图8.2.1 过零电压比较器二、一般单限比较器将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值V REF上，就得到电压比较器，可方便地改变阈值。

电路如图8.2.2所示。

调节VREF(a) 电路图(b)电压传输特性图8.2.2 固定电压比较器比较器的基本特点工作在开环或正反馈状态。

开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。

非线性，因是大幅度工作，输出和输入不成线性关系。

8.2.3滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图8.2.3(a)所示电路。

(a) 电路图 (b) 传输特性图8.2.3 滞回比较器电路图当输入电压v I 从零逐渐增大，且T I V v ≤时，+=om O V v ，T V 称为上限阀值（触发）电平。

++++=om21221REF 1T V R R R R R V R V 当输入电压T I V v ≥时，-=om O V v 。

此时触发电平变为T V '，T 'V 称为下限阀值（触发）电平。

-+++='om 21221REF 1TV R R R R R V R V当I v 逐渐减小，且 T I V v '=以前，O v 始终等于V om -，因此出现了如图8.2.3(b)所示的滞回特性曲线。

回差电压∆V：()-+-+='-=∆om om 212TT V V R R R V V V8.2.4 窗口比较器窗口比较器的电路如图8.2.4所示。

电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。

设R 1 =R 2，则有DL H D CC 212D CC L 2=)2-(21)2-(=V V V V V R R R V V V +=+窗口比较器的电压传输特性如图8.2.5所示。

当v I V H 时，v O1为高电平，D 3导通；v o2为低电平，D 4截止，v O = v O1。

第30讲（选讲）主要内容：单门限电压比较器和迟滞比较器基本要求：掌握单门限电压比较器和迟滞比较器的工作原理，理解方波及锯齿波发生器的工作原理。

教学要点：单门限电压比较器和迟滞比较器的工作原理9.4非正弦波发生电路一、比较器比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。

常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器和具有滞回特性的比较器。

这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。

1. 固定幅度比较器1) 过零比较器和电压幅度比较器过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如图9.4.1所示图9.4.1 过零比较器传输特性曲线将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值V REF上, 就得到电压幅度比较器，它的电路图和传输特性曲线如图9.4.2所示:图9.4.2 电压幅度比较器电路图和传输特性曲线2) 比较器的基本特点(1) 工作在开环或正反馈状态。

(2) 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。

(3) 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。

2. 滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图9.4.3所示。

当输入电压v I 从零逐渐增大，且 时， ， 称为上限触发电平。

当输入电压 时， ，此时触发电平变为 ， 称为下限阈值(触发)电平。

图9.4.3 滞回比较器3. 窗口比较器窗口比较器的电路如图9.4.4所示。

电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。

设R 1 =R 2，则有：T I V v ≤+=om O V v T V ++++=om21221REF 1T V R R R R R V R V T I V v ≥-=om O V v T 'V T 'V -+++=om21221REF 1T 'V R R R R R V R V DL H D CC 212D CC L 2=)2(21)2(=V V V V V R R R V V V +-=+-图9.4.4 窗口比较器窗口比较器的电压传输特性如下图9.4.5所示.当v I>V H时，v O1为高电平，D3导通；v O2为低电平, D4截止，v O= v O1。

窗口比较器电路图解
单限电压比较器和滞回电压比较器在输入电压ui单一方向变化时，输出电压uo只跃变一次。

因此只能检测出ui与一个参考电压值的大小关系。

假如要推断ui是否在两个给定的电压之间，就要采纳窗口比较器。

图1（a）是一种窗口比较器，外加参考电压URHURL，R1、R2和稳压管DZ构成限幅电路。

图 1 窗口比较器及其电压传输特性当输入电压uiURH时，uo1=+UOM，uo2=﹣UOM，因而二级管D1导通、D2截止，所以电路的输出电压uo=UZ。

当输入电压uiURL时uo1=﹣UOM，uo2= + UOM，因而二级管D1截止、D2导通，所以电路的输出电压uo=UZ。

当输入电压URLuiURH时，uo1=﹣UOM，uo2=﹣UOM，因而二级管D1和D2都截止，所以电路的输出电压uo=0。

窗口比较器的电压传输特性如图1（b）所示。

通过以上3种电压比较器的分析，可得出以下结论。

①在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的状况。

②一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。

③电压传输特性的3个要素是输出电压的高电平、低电平，阀值电压和输出电压的跃变方向。

输出电压的高电平、低电平打算于限幅电路；阀值电压是使输出电压uo从高电平跃变为低电平或者从低电
平跃变为高电平的某一输入电压；ui等于阀值电压时输出电压的跃变方向打算于同相输入端和反相输入端的相对大小关系。

常见电压比较器分析比较电压比较器通常由集成运放构成,与普通运放电路不同的就是,比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。

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,虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。

一、零电平比较器(过零比较器)电压比较器就是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较与鉴别的电路。

参考电压为零的比较器称为零电平比较器。

按输入方式的不同可分为反相输入与同相输入两种零电位比较器,如图1(a)、(b)所示图1 过零比较器(a)反相输入;(b)同相输入通常用阈值电压与传输特性来描述比较器的工作特性。

阈值电压(又称门槛电平)就是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值,简称为阈值,用符号UTH表示。

估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。

这个临界条件就是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零),即U+=U–。

对于图1(a)电路,U–=Ui, U+=0, UTH=0。

传输特性就是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。

画传输特性的一般步骤就是:先求阈值,再根据电压比较器的具体电路,分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)与输入电压由最高到最低(负向过程)两种情况下,输出电压的变化规律,然后画出传输特性。

二、任意电平比较器(俘零比较器)将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压UR(设为直流电压),由于UR的大小与极性均可调整,电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。

图2 任意电平比较器及传输特性(a)任意电平比较器;(b)传输特性图3 电平检测比较器信传输特性(a)电平检测比较器;(b)传输特性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、低两个电平之间反复地跳变,可能使输出状态产生误动作。