第四节 集成电压比较器
第四节 集成电压比较器
一、电压比较器的作用 电压比较器的作用是：对两个输入端的输入电压进行 比较，并根据比较结果，在输出端输出高或者低两个电平 的电压，即输出电压V。只有两个状态，高电平状态或者低 电平状态。 例如、电路如图所示 y为待比较的输入信号电压 >00 VREF为输入参考电压 A 分析： 与VREr在输入端进行比较 当y,-VREF<O时
一、电压比较器的作用 电压比较器的作用是：对两个输入端的输入电压进行 比较，并根据比较结果，在输出端输出高或者低两个电平 的电压，即输出电压 VO 只有两个状态，高电平状态或者低 电平状态。 例如、电路如图所示 vo A VREF v ∞ I vI 为待比较的输入信号电压 VREF 为输入参考电压 分析： vI与VREF 在输入端进行比较 当 vI −VREF 0 时
当V,一VREF00 A y。为高电平，输出电压Vomax。 当Vi一VREF>0时 y。为低电平，输出电压Vomin 传输特性曲线如图所示 V Omax 由传输特性曲线可以看出： 当y,-/REE=0 时 0 VREF y。的状态将发生突变。 Vomin 当VY=VREF 时 我们称VREF为门限电压或阈值电压
vo A VREF v ∞ 当 − 0 I vI VREF 时 vo 为高电平，输出电压Vomax 。 当 vI −VREF 0 时 vo 为低电平，输出电压Vomin 。 传输特性曲线如图所示 vI vo VOmax VOmin 0 VREF 由传输特性曲线可以看出： 当 vI −VREF = 0 时 vo 的状态将发生突变。 当 vI =VREF 时 我们称 VREF 为门限电压或阈值电压
Vomax与Vomin是集成运放输出的两个极限电压，其值取决 于正、负电源电压Vcc与ⅣE一般比电源电压低1~2V。 上述电路的集成运放为理想的，如果在实际应用中， 电压比较器的传输特性曲线将偏离理想的传输特性曲线， 如图所示： o 当Ad为有限值时， VRF仍为电压比较器的门 限电压，此时，V必须偏 离VRF一定数值后，才能 达到y。的高电平值或低电 Vomin 平值
Vomax与Vomin是集成运放输出的两个极限电压，其值取决 于正、负电源电压VCC 与 |VEE|一般比电源电压低1~2V。 上述电路的集成运放为理想的，如果在实际应用中， 电压比较器的传输特性曲线将偏离理想的传输特性曲线， 如图所示： vI vo VOmax VOmin VREF 0 当 Avd 为有限值时， VREF 仍为电压比较器的门 限电压，此时，VI 必须偏 离VREF 一定数值后，才能 达到vo 的高电平值或低电 平值
o VOma 根据特性曲线得： N 0 VI-VREE VI=VREF Vo 当达到高电平Vomax时， EVREE A o max 当达到低电平Vomn时， V=+
vI vo VOmax VOmin VREF 0 根据特性曲线得： I REF o vd v V v A − = vd o I REF A v v = V − 当达到高电平Vomax时， vd o I REF A v v V max = − 当达到低电平Vomin时， vd o I REF A v v V min = +
二、具有不同比较特性的电压比较器电路 1、单限电比较器 电路如图所示 00 根据电路可知： VREF=V+=0 待测信号从反相端输入，R 故称为反相过零电压比较器 或称为过零检测器。 R,为限流电阻。稳压二极管Dz、D2组成电平变换电路。 根据稳压变换电路可知： Vomx =Vs1+V(om)2 Vomn=-(V:2+'Vom）
二、具有不同比较特性的电压比较器电路 1、单限电比较器 电路如图所示 vo A R1 ∞ vI Dz1 Dz2 R R 根据电路可知： VREF= V+ = 0 待测信号从反相端输入， 故称为反相过零电压比较器 或称为过零检测器。 R1 为限流电阻。稳压二极管Dz1 、Dz2 组成电平变换电路。 根据稳压变换电路可知： Vo max = Vz1 +V(o n)2 ( ) Vo min = − Vz2 +V(o n)1
例如、Vz1=6V、V2=6V、Vom1=0.7V、V(om20.7V 则V。mx=V1+Vom2=6V+0.7V=6.7V Vmn=-(V:2+Vo)=-(6W+0.7V)=-6.7V 波形变换 >00 R 1
例如、Vz1 = 6V 、Vz2 = 6V、V(on)1 =0.7V、V(on)2=0.7V 则 Vo max = Vz1 +V(o n)2 = 6V + 0.7V = 6.7V Vo min = −(Vz2 +V(o n)1 ) = −(6V + 0.7V) = −6.7V 波形变换 vI 0 t vo A R1 ∞ vI Dz1 Dz2 R R vo 0 t VOH VOL
进一步讨论，？≠VREF时的单限比较器。 电路如图所示 R2 R 根据电路可知： VREF R 当y,=y=0时 输出电平才开始转换，即 R-R//R i=i+i VREF-V+y,一V 0 R R 解得：V,= 称为此电路的门限电压 R
进一步讨论，vI ≠ VREF 时的单限比较器。 电路如图所示 vo A R1 ∞ vI Dz1 Dz2 R1 R=R1 //R2 R2 VREF i1 i i2 根据电路可知： 当 v+ = v− = 0 时 输出电平才开始转换，即 1 2 i = i + i 0 1 2 = − + − = − − R v v R V v REF I 解得： I VREF R R v 1 2 = − 称为此电路的门限电压
2、迟滞比较器 例如、在单限电压比较器中，若输入正弦电压接近门限 电压附近时，如果输入正弦电压上叠加噪声和千扰，则有可 能在阈值附近多次转换，造成输出端出现错误转换，因此， 为了提高电压比较器的抗干扰能力，需要一个带有迟滞性的 电压比较器。迟滞特性如图所示 它有两个门限电压， OH 即一个是由高电平变换 低电平的门限电压用 Vu表示，另一个是由 低电平变换高电平的门 限电压用V表示
2、迟滞比较器 例如、在单限电压比较器中，若输入正弦电压接近门限 电压附近时，如果输入正弦电压上叠加噪声和干扰，则有可 能在阈值附近多次转换，造成输出端出现错误转换，因此， 为了提高电压比较器的抗干扰能力，需要一个带有迟滞性的 电压比较器。迟滞特性如图所示 vI vo VOH VOL VIL VIH 它有两个门限电压， 即一个是由高电平变换 低电平的门限电压用 VIH表示，另一个是由 低电平变换高电平的门 限电压用VIL表示
OH V称为上门限电压 V称为下门限电压 两者的差值称为门限宽度 或迟滞宽度。 △V=Vm-Vu 电路如图所示 与单限比较器不同的0一飞 R 是引入一个正反馈。 REEL VREF 当 V,=y时 R 比较器处于变换状态，因此V所对应的门限电压为：
vI vo VOH VOL VIL VIH VIH称为上门限电压 VIL称为下门限电压 两者的差值称为门限宽度 或迟滞宽度。 V =VIH −VIL 电路如图所示 vo A R1 ∞ vI Dz1 Dz2 R R2 R3 VREF 与单限比较器不同的 是引入一个正反馈。 当 + = − v v 时 比较器处于变换状态，因此VI 所对应的门限电压为：