东华大学出版社：《光电信息技术》教材电子教案（PPT课件讲稿）第一章光电信息技术物理基础 1.3.3电压比较器

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总路 N1:33电压比较器电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较当二者幅度相等时,输出电压产生跃变,由高电平变成低电平,或者第由低电平变成高电平。从而据此来判断输入信号的大小和极性。章单限电压比较器图1.31a所示为输入参考电压U:=0的单限电压比较器,又称过零光检测器。图中,R1和稳定管D1、D2组成电平变换电路,将集成运放的信输出极限电压变换为数字电路要求的逻辑电平,它们分别为UoH=Uz2息 Upion), UoL=-(Uz +UD(on)) 技式中,U2和UD(on分别为稳压管的稳压电压和正向导通电压。术过零检测器应用广泛。例如,当待比较的输入信号电压u1为正弦波物理时在理想情况下,u自负值过零时,uo由高电平UoH下跃到低电平UoL基 ;u1自正值过零时,u由低电平Uot下跃到高电平UoH。结果是输出电础压为过零时阶跃的方波电压,如图133-1b所示

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 1 §1.3.3 电压比较器回目录电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较，当二者幅度相等时，输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。从而据此来判断输入信号的大小和极性。一、单限电压比较器图1.3.3-1 a 所示为输入参考电压UF = 0的单限电压比较器，又称过零检测器。图中，R1和稳定管D1 、D2 组成电平变换电路，将集成运放的输出极限电压变换为数字电路要求的逻辑电平，它们分别为 UOH = UZ + UD(on) ，UOL = -( UZ + UD(on) ) 式中，UZ 和UD(on)分别为稳压管的稳压电压和正向导通电压。过零检测器应用广泛。例如，当待比较的输入信号电压uI 为正弦波时,在理想情况下，uI自负值过零时，uO 由高电平UOH 下跃到低电平UOL ；uI自正值过零时，uO 由低电平UOL 下跃到高电平UOH 。结果是输出电压为过零时阶跃的方波电压，如图1.3.3-1b 所示。上一节

总路 N1:33电压比较器 R t R A R (a) U (b) 第一章光电信息技术物理基础图133-1过零检测器款E 上国下国写录

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 2 §1.3.3 电压比较器回目录图1.3.3-1 过零检测器

总路 N1:33电压比较器进一步讨论门限电压不为零的单限比较器。这种比较器有两种实现电路。一种是将输入参考电压u加到集成运放的同相输入端;第另一种是将输入参考电压U加到集成运放的反相输入端,如图章 133-3所示。 R 由于u+=0,u.就必须通 R 过零时输出电平才开始电 3 A 转换,因此,在理想情息 REF 况下,根据技 R1∥R i1+2=UF/R1+u1/ 术 D 物求得门限电压为-(R2 理基图133-3单限比较器电路 /R1)UF。础款E 上国下国写录

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 3 §1.3.3 电压比较器回目录进一步讨论门限电压不为零的单限比较器。这种比较器有两种实现电路。一种是将输入参考电压UF 加到集成运放的同相输入端；另一种是将输入参考电压UF加到集成运放的反相输入端，如图 1.3.3-3 所示。图1.3.3-3 单限比较器电路由于u+ =0， u- 就必须通过零时输出电平才开始转换，因此，在理想情况下，根据 i1 + i2 = UF / R1 + uI / R2 = 0 求得门限电压为 –（R2 /R1）UF

总路 N1:33电压比较器二、迟滞比较器将比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端,形成正反第馈,如图1.33-4a所示,待比较电压u1加到反相输入端。通常将这种电路称为迟滞比较器,又称施密特触发器。在理想情况下, 它的比较特性如图1334b所示。本 UI U 光电信息技术物理基础 (a)电路 (b)比较特性图133-4迟滞比较器款E

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 4 §1.3.3 电压比较器回目录二、迟滞比较器将比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，如图1.3.3-4 a所示，待比较电压uI加到反相输入端。通常将这种电路称为迟滞比较器，又称施密特触发器。在理想情况下，它的比较特性如图1.3.3-4 b 所示。图1.3.3-4 迟滞比较器

路 N1:33电压比较器由图可见,它有两个门限电压,分别称为上门限电压UH和下门限电压Un,两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度第 △U=UH-Uu 章假设比较器输出高电平UoH,则UoH和UF共同加到同相输入端的合成电压为 R 光 R oH 电 R1+R2 R+R 信当u由小增大地通过U+1时,输出电压由UoH下跃到Uot。可见,息上式所示的U+1就是比较器的上门限电压,即UH=U1 技当比较器输出为低电平Uo时,按同样的分析求得加到同相输入术端的合成电压为物 R R 理 +2 U。,+ R,+r 2 R +R 基 2 础款E

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 5 §1.3.3 电压比较器回目录由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压UIH 和下门限电压UIL ，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度， ΔU = UIH - UIL 假设比较器输出高电平UOH，则UOH和UF 共同加到同相输入端的合成电压为当uI 由小增大地通过U+1 时，输出电压由UOH下跃到UOL 。可见，上式所示的U+1 就是比较器的上门限电压，即UIH = U+1 。当比较器输出为低电平UOL 时，按同样的分析求得加到同相输入端的合成电压为 F 1 2 1 OH 1 2 2 1 U R R R U R R R U + + + + = F 1 2 1 Ol 1 2 2 2 U R R R U R R R U + + + + =

总路 N1:33电压比较器若u1由大减小地通过U2时,则输出电压u由UoL下跃到UoH。可见,上式所示的U2就是比较器的下门限电压,即U1=U2。相应的第迟滞宽度为章 R 调节R1和R2,可以改变△U。 △U=Um0uR+R 光电信在实际应用中,利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影息响。例如,在过零检测器中,若输入正弦电压上叠加噪声和干扰,技则由于零值附近多次过零。输出端就会出现错误阶跃,如图术 1.335所示。采用迟滞比较器,只要噪声和干扰的大小处在迟滞物宽度内,就不会引起错误的阶跃。在某些集成比较器的内部电路基中已引入正反馈,产生上述迟滞特性,不必再加外部正反馈电路。础款E

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 6 §1.3.3 电压比较器回目录若uI 由大减小地通过U+2 时，则输出电压uO 由UOL下跃到UOH 。可见，上式所示的U+2 就是比较器的下门限电压，即UIL = U+2 。相应的迟滞宽度为 ( U U ) R R R U U U OH OL 1 2 2 IH IL − +  = − = 调节R1 和R2 ，可以改变ΔU。在实际应用中，利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。例如，在过零检测器中，若输入正弦电压上叠加噪声和干扰，则由于零值附近多次过零。输出端就会出现错误阶跃，如图 1.3.3-5 所示。采用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。在某些集成比较器的内部电路中已引入正反馈，产生上述迟滞特性，不必再加外部正反馈电路

总路 N1:33电压比较器三、窗口比较器窗口比较器是用来检测给定范围电压的电路,图133-6a是它第的比较特性,相应的电路如图133-6b所示。 R Uo 章光电信息技术物理基础 (b) 图133-6窗口比较器

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 8 §1.3.3 电压比较器回目录三、窗口比较器窗口比较器是用来检测给定范围电压的电路，图1.3.3-6 a 是它的比较特性，相应的电路如图1.3.3-6 b 所示。图1.3.3-6 窗口比较器上一页

总路 N1:33电压比较器图中,A1接成精密整流电路,A2为单限比较器。第当u>0且u-Un0且u-Um1>0时,集成运放A1的输出电压为负值,致使二信极管D2截止、D1导通,相应的u为 R/2 OI R1) (u-U RI 款E

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 9 §1.3.3 电压比较器回目录图中，A1 接成精密整流电路，A2 为单限比较器。当uI > 0 且uI - UR1 0 且uI - UR1 > 0时，集成运放A1 的输出电压为负值，致使二极管D2 截止、D1 导通，相应的u’OI 为 (u U ) 2 1 (u U ) R R / 2 u I R1 I R1 ' O1 = − − = − −

总路 N1:33电压比较器这时,加到A2反相输入端的电压除了分别通过R的u、Um和第 Ua2外,还增加了通过R/4的u。根据 uO1 =O R R R/4 求得上门限电压Um=Ux1+U2 相应的宽度AU=Um-Ul1=2Ua 章光电信息技术物理基础款E 上国下国写录

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 1 0 §1.3.3 电压比较器回目录这时，加到A2 反相输入端的电压除了分别通过R 的uI 、UR1 和 UR2 外，还增加了通过R/4 的u’OI。根据求得上门限电压UIH = UR1 + UR2 。相应的宽度 ΔU = UIH - UIL = 2UR2 0 R / 4 u R U R U R u ' I R1 R2 O1 − + + =

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