光学课件-电压比较器.pptVIP

* * 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1.3.3-1 b 所示。 上一节 图1.3.3-1 过零检测器 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 。 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 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 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 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。 图1.3.3-5 过零检测器中的错误阶跃 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 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时，集成运放A1 的输出电压为正值，致使二极管D2 导通、D1 截止，因此= 0 ，这时，uI 、UR1 和UR1 分别通过电阻R 加到 A2 的反相输入求得下门限电压 UIL = UR1 – UR2 。 当uI > 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 * *