集成运放组成的电压比较器电路

集成运放组成的电压比较器电路:

1. 功能及应用：主要用来判断输入信号电位之间的相对大小，它至少有两个输入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号Ui，另一个则接基准电压VR 定门限电压(或称阀值)的UT。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的矩形波，应用于模－数转换，波形产生及变换，及越限警等。
2. 运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，Ui数量级，为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。二比较器则希望其输入的线性范围越笑越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在儿有必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1，请注意横、纵坐标标度的不同


(1) 从途中可化称

(2) 若Ui发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性区时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存在。
(3) 若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。
(4) 若用正反馈使Aod↑，则可缩短状态的转换时间。
3. 分类：
(1) 单限比较器
(2) 迟滞比较器(Schmitt)
(3) 双限比较器(窗口比较器)
二. 单限比较器
1. Ui与UR分别接运放两输入端的开环串接比较器，见图8.2.2


ΔUi>UR Uo=+Uom
ΔUiR Uo=-Uom
ΔUi=UR Uo发生翻转(或称突变)

UT=UR 门限电压或阀值，若UR=0称为过零比较器
Δ当Ui与UR互换位置，此时Uo以Ui=UR为对称轴与交换量对称。
2. Ui与UR并联在运放同一输入端时的开环并接比较器 见图8.2.3


Δ在同相端可作Therenin等效


当Uoc>0时，即

Uo=+Uom
当Uoc
可见

Δ若把运放的同相端

与反相端互换，则与图8.2.2(b)类同
三. 迟滞比较器(正反馈比较器)
其特点

抗干扰能力较强。在单限比较器种，如果Ui受到干扰，在阀值附近回出现Ui+ΔUi(干扰信号多出现在阀值电压上，下波动，以致出现条纹误翻转，而迟滞比较器利用其传输特性的回差电压，输入的干扰信号不能使状态误翻转。
1. 两种迟滞比较器的传输特性 见图8.2.4

动画演示
　
Δ同相型：Ui接运放同相端
反相型：Ui接运放反相端
Δ均由二根传输特性(1)，(2)合成，同相型. 当Ui从低值↑≥UTH，Uo从UOL↑UOH；当Ui从高值↓≤UOL时，Uo从UOH↓UOL。反相型则类同。
Δ UTH，UTL为二个阀值，ΔUT(回差)＝UTH－UTL
Δ |UOH|=|UOL|或|UOH|≠|UOL|根据输出是否有箝位电路而定。
2. 二种基型迟滞比较器
(1) 反相型迟滞比较器 见图8.2.5


Ui=U－，Uo被箝位在±UZ，避免运放计入过饱和。
假设Ui在足够低时，Uioff=+UZ (始终稳定)
此时

Δ当Ui从低值↑ 若Ui≥U+时，Uo从+UZ↓ -UZ
此时

Δ当Ui从高值↓至Ui≤

，Uo从-UZ↑+UZ
Δ门限宽度ΔUT=UTH-UTL=

Δ当UR=0时，

ΔUi无论从足够低或足够高单调增加或单调减少，Uo仅翻转一次，即过了阀值后就维持在一种稳态。
(2) 同相迟滞比较器 见图 8.2.6


UR=U－
设Ui足够低，使U+R，Uo=UoL=-UZ (初始稳态)
若要使Uo从-UZ↑+UZ，必须使Ui↑，以致使U+≥U－=UR才行，此时对应的Ui=UTH
Δ当Ui从低值↑，使

即

此时Uo从-UZ↑+UZ
Δ当Ui从高值↓，使

时所对应的Ui=UTL

即

此时Uo从+UZ↓-UZ

同上面反相型类同，Ui单调升或单调降，Uo只改变一次状态，过了阀值后只维持在一种稳态上。
四. 双限比较器 (窗口比较器)
其特点是Ui单调升或单调降，Uo均有两次突变，与单限比较器和迟滞比较器有区别，因此它可以判别Ui是否在两个电平之间。它实际上由二个单限开环比较器组成，D1，D2作用为隔断，Uo1，Uo2连接通路，避免Uo1，Uo2极性相反时，互为对方提供低阻通路而造成运放损坏。


ΔUiRL(RH)

ΔUi>URH(>URL)

ΔURLiRH

Δ采用上面窗口比较器可以区分三极管β是否在需要范围内，比如记为合格范围为 50100均要取出，则可用发光二极管亮表示一种越限极警，不亮记为可通过即β合格。
Δ改接一下上述输入输出回路即方便可得


要区分β=50，100 找出时应得URL及URH




对应图 8.2.7(b) 传输特性可画出β与Uo的关系
即