电压比较器(过零比较器)

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进行比较和鉴别的电路。

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和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

通常用阈值电压和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)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)和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的大小和极性均可调整，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

电压比较器LM393

【教材分析】

“电压比较器”这部分内容是上海市劳动技术教材（科教版）高二年级第二章控制技术里面电子控制系统部分的内容。理解掌握电压比较器电路的工作原理对于后续“光电自动循迹小车” 控制原理部分的学习非常重要。

LM393数字电路作为一个新的知识点，如果结合“光电自动循迹小车”电路图讲解，由于还涉及到输入输出部分的分析，很多学生理解起来有困难。只有将电压比较器在电路中的功能及应用讲清讲透彻，在这个基础条件上再让学生学习制作“光电自动循迹小车”能起到事半功倍的效果。

本节课从电压比较器接法分析和实验验证入手，一步步引导学生深入探讨，然后结合生活实例让学生动手设计制作“光控照明电路”，在实践中加深学生对于电压比较器的理解掌握。

【学情分析】

由于高二已进行文理分班， 考虑到本班级是文科班，在课堂教学内容安排上我尽量降低难度，在理论知识讲解上要透彻，在实践操作指导上要细致，能让大多数学生都能体验技术设计的过程，感受技术活动的乐趣。

在前阶段的学习中学生已经认识了基本的电子元器件如电阻、发光二极管、传感器等，用电子实验板搭建过几个简单电路，也了解了一些数字集成电路的知识。通过生活实例讲解电压比较器作用后，让学生通过实验板搭建实验验证，在此过程中学生既能理解电压比较器功能，又能了解LM393的电路接法。在此基础上结合生活实际启发学生设计制作“光控照明电路”，引导学生拓宽思路，开拓视野，有助于培养学生分析问题解决问题的能力，有助于学生综合设计能力的提高。

【教学目标】

1、知识与技能

（1）初步学会识读集成电路LM393的内部结构和引脚图。

（2）理解电压比较器在电路中的作用和接入电路的方法。

（3）学会用集成电路LM393设计制作简单的电子作品。

2、过程与方法

（1）共同探讨电压比较器接入电路的方法，选择合适电子元器件在电子实验板上搭建验证电路，探究电压比较器电路的工作原理。

建 平 县 职 业 教 育 中 心 备 课 教 案

课 题 模块（单元）

项目（课）

电压比较器

授课班级 11电子 授课教师 安森

授课类型 新授 授课时数 2

教学目标 知识目标 过零比较器的工作原理及电压传输特性

能力目标 滞回比较器电压传输特性的推导

情感态度目标 培养学生的学习兴趣，培养学生的爱岗敬业精神

教学核心 教学重点 过零比较器的工作原理及电压传输特性；

滞回比较器工作原理及电压传输特性。

教学难点 滞回比较器电压传输特性的推导

思路概述 本节以讲授为主，并借助多媒体形象、生动的特点理解基本概念。

教学方法 读书指导法、演示法。

教学工具 电脑，投影仪

教 学 过 程

一、组织教学：师生互相问候，安全教育，上实训课时一定要听从老师的指挥，在实训室不要乱动电源。

二、复习提问：

三、导入新课：

1、概述

1）电压传输特性

描述比较器输出电压UO和输入电压Ui函数关系的曲线，称为电压传输特性。

比较器输出只有两个状态：高电平UOH或是低电平UOL，而输入信号一般是连续变化信号。使UO从UOH跃变为UOL，或者从UOL跃变为UOH的输入电压称为阈值电压UT。

比较器一般采用集成运放，设运放同相和反相输入端电压分别U-和U+，有：

U- ＞U+ 时 Uo＝UOL

U- ＜U+ 时 Uo＝UOH

2）集成运放的非线性工作区

比较器一般是开环工作或正反馈状态，其增益很大。教材P409图8.2.1，分别给出了运放的开环状态，引人正反馈的和电压传输特性。这时输入电压和输出电压之间的关系不再是线性关系。

3） 电压比较器的类型

简单比较器，滞回比较器和窗口比较器。

简单比较器只有一个阈值电压，而滞回比较器和窗口比较器具有两个阈值电压。

4）比较器基本特点

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。

过零比较器

年7月18日 点击次数:3906

过零比较器

过零比较器,顾名思义,其阈值电压UT=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+UOM或-UOM。当输入电压uI<0V时,UO=+UOM;当输入时,UO=-UOM。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UOH和UOL,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UOM。设稳压管DZ1的稳定电压为UZ1,稳压管DZ2的稳定电压为UZ2,UZ1和UZ2的正向导通电压均为UD。

当uI<0时,由于集成运放的输出电压u/O=+UOM,DZ1使工作在稳压状态,DZ2工作在正向导通状态,所以输出电压u O=UOH=（UZ1+UD）

当uI>0时,由于集成运放的输出电压u/O=-UOM,DZ2使工作在稳压状态,DZ1工作在正 u O=UOL=-（UZ2+UD）向导通状态,所以输出电压 ★两只稳压管稳压值相同

若要求,UZ1=UZ2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±UZ。当uI<0时,u O=UOH=UZ; 当uI>0时,u O=UOL=★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+UOM,就是-UOM。这样,必将导致稳压管击穿而工作在稳压状态,DZ构成负反馈通路,使反相输入端为“虚地”,限流电阻上的电流iR等于稳压管的电流iZ,输出电压u O=±UZ。

电路优点：

◆ 由于集成运放的净输入电压和净输入电流均近似为零,从而保护了输入级;◆由于集成运放并没有工作到非线性区,因而在输零时,其内部的晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区,或从饱和区逐渐进入截止区,所以提高了输出电压的变化