2.2由集成运放构成的电压比较器分析与测试(7节课)

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02
电压比较器工作
原理
二. 电压比较器工作原理
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。可 用来比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压 的大小关系)：当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输 出为高电平；当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出 为低电平；可工作在线性工作区和非线性工作区。工作在线性工作区时 特点是虚短，虚断；工作在非线性工作区时特点是跳变，虚断； 由于比较器的输出只有低电平和高电平两种状态，所以其中的集成 运放常工作在非线性区。从电路结构上看，运放常处于开环状态，又是 为了使比较器输出状态的转换更加快速，以提高响应速度，一般在电路 中接入正反馈。下面让我们来看看详细的电压比较器原理分析。
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二. 电压比较器工作原理
图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+” 端) 及反相 输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及 地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和 VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>V A；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：V A>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout输出低电平。 根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。如果把VA输入到反相端，V B输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如 图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、 VB的输入端有关。
电路比较器

电压比较器通常由运算放大器（OpAmp）或差分放大器构成，其工作原 理基于运算放大器的非线性特性。
电压比较器的应用场景
电压比较器在各种电子设备和系 统中广泛应用，如模拟-数字转 换器、自动控制系统、传感器接
口等。
在电源管理中，电压比较器用于 检测电源电压是否正常，从而保 护电路免受过压或欠压的损害。
电压比较器的电源电路设计
电源电压范围
电源电路应能够提供稳定的电源 电压，以满足电压比较器的正常
工作需求。
电源噪声抑制
为了减小电源噪声对比较器性能的 影响，电源电路应具有噪声抑制功 能。
电源效率
为了降低能耗和提高系统稳定性， 电源电路应具有较高的电源效率。
04
电压比较器的应用实例
电压比较器在信号处理中的应用
电压比较器的线性工作范围问题
总结词
线性工作范围是电压比较器的重要性能指标，如果超出其线性范围，电压比较器的输出可 能失真或不稳定。
详细描述
电压比较器的线性工作范围受到其内部电路设计和制造工艺的限制。当输入信号的幅度超 过一定范围时，电压比较器的输出可能不再是理想的阶跃信号，而是出现失真或振荡现象 。
未来电压比较器的发展方向
研究新型的电压比较器结构和设计方 法，以提高性能和降低成本。
加强电压比较器的智能化和自适应控 制研究，以提高其适应性和应用范围 。
探索电压比较器与其他电子器件的集 成和优化，以实现更小尺寸和更高可 靠性的系统。
拓展电压比较器的应用领域，如物联 网、人工智能、新能源等新兴领域， 以满足不断增长的市场需求。
阈值检测
在自动控制系统中，电压比较器用于检测系统参数是否超过预设 阈值，从而触发相应的控制动作。
调节系统

一、单选题1、对于理想运算放大器，不管它的工作状态如何，总是（）。

A.同相输入端与反相输入端的电压相等B.开环差模电压放大倍数为无穷大C.输出电阻为无穷大D.两输入端的电流相等，但不为零正确答案：B2、以下对“负反馈对放大电路性能的影响”的描述中错误的是（）。

A.减小非线性失真B.扩展通频带C.提高放大倍数的稳定性D.提高放大倍数值正确答案：D3、一个由理想运算放大器组成的同相输入比例运算电路，其输入输出电阻是（）。

A.输入电阻低，输出电阻高B.输入、输出电阻均很高C.输入电阻高，输出电阻低D.输入、输出电阻均很低正确答案：C4、在由集成运放构成的反相输入比例运算电路中，比例系数为10，集成运放加±15V电源，输入电压为-1.8V，则输出电压最接近于（）。

A.18VB.13.5VC.30VD.10V正确答案：B5、集成运放工作在线性区时，总近似有（）。

A.输入电阻为零B.反相输入端与同相输入端等电位C.输出电压接近与电源电压D.输出电阻为无穷大正确答案：B6、下图电路中，R1＝R2=100kΩ, C=0.01μF，集成运算放大器加±15V电源。

输入为正负对称、峰－峰值6V、频率200Hz的方波电压，则输出波形是（）。

A.方波B.三角波C.正负尖脉冲D.梯形波正确答案：B7、如图中电路，R＝Rb=10kΩ，C=0.1μF，ui=3sin1000t V，则uo=( )。

A.3sin(1000t+90°) VB. 3sin1000t VC.3sin(1000t-90°) VD.-3sin1000t V正确答案：C8、差分放大电路中所谓共模信号是指两个输入信号电压( )A.大小不等、极性相反B.大小不等、极性相同C.大小相等、极性相同D.大小相等、极性相反正确答案：C9、如图所示运放电路中，Uo与Ui的关系是( ) 。

A. Uo=-αUi/2B.Uo=UiC.Uo=-(1+α)UiD.Uo=(2+α)Ui正确答案：A10、如图所示的滞回比较器，UOm=±15V，R1=10kΩ，Rf=20kΩ，则其正向阈值URH=( )。

{
adresult[i]=ovi2.GetMeasResult(i);
vosa1[i]= (adresult[i]/500*1000); //vosa1为UNITA在采样电阻RJ1A,RJ2A被短接时辅助运放的输
}
出电压，单位为mv。
。。。。。。
for (i=0; i< SITENUM; i++)
{
}
放大倍数，再乘以1000将输出结果转化为mv单位。
cbit.SetOn(-1);
dvi0.SetClamp(100,100);
dvi1.SetClamp(100,100);
//每次使用到箝位时，在测试完本函数时回复100%。
dvi0.Set(FV, 0, DVI400_50V, DVI400_400MA, RELAY_ON); dvi1.Set(FV, 0, DVI400_50V, DVI400_400MA, RELAY_ON); ovi0.Set(FV, 0, OVI40_5V, OVI40_40MA, RELAY_ON); ovi2.Set(FI, 0, OVI40_5V, OVI40_40MA, RELAY_ON); delay_ms(RELAY_TIME);
设定，样例程序中设定为1ms。
DUT_RELAY_ON(K1K4, K11, OPEN_2, UNIT_A, K17, K7_K12, OPEN_5, K15K16, OPEN_7,
H_OVI1,OPEN_8); ovi2.MeasureVI(MV, SAMPLE_TIMES, 20); //ovi2 MV模式，采样点数为SAMPLE_TIMES(样例
SR的测试，或用于同反相输入端的开短路测试）。 •OVI2：连接辅助运放的输出端，测量所有闭环直流参数。 •QTMU+：时间测量单元，连接被测运放的输出端，测量时间参数SR。 ACSM+：交流信号源，连接DUT反相输入端，提供交流参数BW所需的交流信号；