電壓比較器 PPT課件

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1、 電壓比較器的功能是電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較,并根據(jù)比較結(jié)果對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較,并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。輸出高、低兩個(gè)電平。電壓比較器電壓比較器 電壓電壓比較器有專用的集成芯片可供使用,也可用集成比較器有專用的集成芯片可供使用,也可用集成運(yùn)放組成,這里只討論后者。運(yùn)放組成,這里只討論后者。 由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài),因此,由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài),因此,用作比較器的用作比較器的運(yùn)放將運(yùn)放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。比較器比較器在信號(hào)變換在信號(hào)變換、檢測(cè)、檢測(cè)和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用。和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用

2、。 此外由于高電平相當(dāng)于邏輯此外由于高電平相當(dāng)于邏輯“1”,低電平相當(dāng)邏輯,低電平相當(dāng)邏輯“0”,所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路,所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。第1頁/共31頁電壓比較器的基本特性電壓比較器的基本特性 1. 輸出輸出 高電平高電平(UoH)和低電平和低電平(UoL) 用運(yùn)放構(gòu)成的比較器,其輸出的高電平用運(yùn)放構(gòu)成的比較器,其輸出的高電平UoH和低電平和低電平UoL可分別接近于正電源電壓可分別接近于正電源電壓(UCC)和負(fù)電源電壓和負(fù)電源電壓(-UCC)。電壓比較器的電路符號(hào)電壓比較器的電路符號(hào)第2頁/共31頁 理想的電壓比較器,在高、理想的電壓比較器

3、,在高、低電平轉(zhuǎn)換的門限低電平轉(zhuǎn)換的門限UT處具有處具有階躍的傳輸特性。階躍的傳輸特性。 實(shí)際運(yùn)放的實(shí)際運(yùn)放的Aud不為無窮大。在不為無窮大。在UT附近存在著一個(gè)比附近存在著一個(gè)比較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非UoH,也非,也非UoL,故,故無法對(duì)輸入電平大小進(jìn)行判別。無法對(duì)輸入電平大小進(jìn)行判別。2. 鑒別靈敏度鑒別靈敏度udA 這就要求運(yùn)放:這就要求運(yùn)放: 顯然,顯然,Aud越大,則這個(gè)不靈敏區(qū)就越小,稱比較器越大,則這個(gè)不靈敏區(qū)就越小,稱比較器的鑒別靈敏度越高。的鑒別靈敏度越高。 第3頁/共31頁轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 3.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 作為比較器的另一個(gè)重

4、要特性就是轉(zhuǎn)換速度,即比較器輸出狀態(tài)作為比較器的另一個(gè)重要特性就是轉(zhuǎn)換速度,即比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。 通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短,以便實(shí)現(xiàn)高速比較。通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短,以便實(shí)現(xiàn)高速比較。為此可對(duì)比較器施加正反饋,以提高轉(zhuǎn)換速度。為此可對(duì)比較器施加正反饋,以提高轉(zhuǎn)換速度。第4頁/共31頁非線性應(yīng)用的條件:非線性應(yīng)用的條件:運(yùn)放開環(huán)或施加正反饋。運(yùn)放開環(huán)或施加正反饋。理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)非線性應(yīng)用特點(diǎn):非線性應(yīng)用特點(diǎn):0oCCoLoCCoHiiuuuUUuuuUU 此時(shí),兩輸入端此時(shí),兩輸入端“虛短路虛短路”的概念不再

5、適用。的概念不再適用。 i-i+第5頁/共31頁1 電壓比較器電壓比較器 電壓比較器的功能是電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較,對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較,并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。 電壓電壓比較器有專用的集成芯片可供使用,也可用集成比較器有專用的集成芯片可供使用,也可用集成運(yùn)放組成,這里只討論后者。運(yùn)放組成,這里只討論后者。 由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài),因此,由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài),因此,用作比較器的用作比較器的運(yùn)放將運(yùn)放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。電壓比較器的基本特性電壓比較器的基本特性 1.

6、 輸出輸出 高電平高電平(UoH)和低電平和低電平(UoL) 3.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度2. 鑒別靈敏度鑒別靈敏度第6頁/共31頁非線性應(yīng)用的條件:非線性應(yīng)用的條件:運(yùn)放開環(huán)或施加正反饋。運(yùn)放開環(huán)或施加正反饋。理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)非線性應(yīng)用特點(diǎn):非線性應(yīng)用特點(diǎn):0oCCoLoCCoHiiuuuUUuuuUU 此時(shí),兩輸入端此時(shí),兩輸入端“虛短路虛短路”的概念不再適用。的概念不再適用。 i-i+第7頁/共31頁 一一. 反相電壓比較器反相電壓比較器 電路如圖所示,電路如圖所示, 輸入信號(hào)輸入信號(hào)ui加在反相端,參考加在反相端,參考電壓電壓ur 加在同相端。加在同

7、相端。1.1 簡(jiǎn)單電壓比較器簡(jiǎn)單電壓比較器 ui ur , uo=UOL其傳輸特性其傳輸特性 uo= f ( ui )當(dāng)該電路的參考電壓為零時(shí),則為反相過零比較器。當(dāng)該電路的參考電壓為零時(shí),則為反相過零比較器。 0UoH第8頁/共31頁2. 同相電壓比較器同相電壓比較器 ui ur , uo=UOH其傳輸特性其傳輸特性 uo= f ( ui )當(dāng)參考電壓為零時(shí),則為同相過零比較器。當(dāng)參考電壓為零時(shí),則為同相過零比較器。 電路如圖所示,電路如圖所示, 輸入輸入 信號(hào)信號(hào)ui加在同相端,參考加在同相端,參考 電壓電壓ur 加在反相端。加在反相端。 0第9頁/共31頁例例1. 若若 ui=5sint

8、 V ur =2V, UCC =12V。 試畫出反相和同相比試畫出反相和同相比較器的輸出波形。較器的輸出波形。反相比較器反相比較器同相比較器同相比較器第10頁/共31頁 例例2.將不規(guī)則的輸入波將不規(guī)則的輸入波 形整形成規(guī)則的矩形波。形整形成規(guī)則的矩形波。 例例3.若若ur為三角波,而為三角波,而ui為緩為緩變信號(hào),實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。變信號(hào),實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。 反相比較器反相比較器反相過零比較器反相過零比較器第11頁/共31頁 一一. 反相電壓比較器反相電壓比較器 簡(jiǎn)單電壓比較器簡(jiǎn)單電壓比較器其傳輸特性其傳輸特性 uo= f ( ui ) UoH 02. 同相電壓比較器同相電壓比較器第12頁/共31頁

9、簡(jiǎn)單比較器應(yīng)用中存在的問題簡(jiǎn)單比較器應(yīng)用中存在的問題 . 輸出電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間受運(yùn)放的限制,使高頻脈沖的邊緣輸出電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間受運(yùn)放的限制,使高頻脈沖的邊緣不夠陡峭;不夠陡峭;. 抗干擾能力差。在比較門限處,輸出將產(chǎn)生多次跳變??垢蓴_能力差。在比較門限處,輸出將產(chǎn)生多次跳變。2. 遲滯比較器遲滯比較器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第13頁/共31頁 為了解決以上兩個(gè)問題,在比較器中引入為了解決以上兩個(gè)問題,在比較器中引入正反饋正反饋,構(gòu)成所謂,構(gòu)成所謂“遲滯遲滯比較器比較器”。 這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力,同時(shí)由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力,同時(shí)由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換,從而改善

10、了輸出波形的邊緣。換,從而改善了輸出波形的邊緣。 一一. .反相遲滯比較器反相遲滯比較器 反相遲滯比較器電路如反相遲滯比較器電路如圖所示。圖所示。 R1和和R2將輸出電壓將輸出電壓uo反饋到運(yùn)放的同相端,構(gòu)反饋到運(yùn)放的同相端,構(gòu)成正反饋。為簡(jiǎn)單計(jì),成正反饋。為簡(jiǎn)單計(jì),R1端端所接的參考電平為地電位。所接的參考電平為地電位。下面來分析該電路的傳輸特性下面來分析該電路的傳輸特性第14頁/共31頁112foHRUUURR當(dāng)輸出一旦變?yōu)榈碗娖?,則同相端也同時(shí)跳變?yōu)楫?dāng)輸出一旦變?yōu)榈碗娖?,則同相端也同時(shí)跳變?yōu)?當(dāng)當(dāng)ui很負(fù)使很負(fù)使u 以后,以后,uo將維持在低電平。將維持在低電平。UUU第15頁/共31頁

11、112oLRUUURR 反之,反之,ui由大逐漸變小時(shí),由于同相端電位變?yōu)橛纱笾饾u變小時(shí),由于同相端電位變?yōu)?因而因而ui必須小到必須小到 時(shí),輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。時(shí),輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖健4藭r(shí)的輸入電壓稱為此時(shí)的輸入電壓稱為下門限電壓下門限電壓,記為,記為UTL。 UTL= UU對(duì)應(yīng)的傳輸特性曲線如圖所示。對(duì)應(yīng)的傳輸特性曲線如圖所示。 UTHUTL112THoHRUURR電壓的傳輸特性電壓的傳輸特性112TLoLRUURR第16頁/共31頁 由于其傳輸特性很像磁由于其傳輸特性很像磁性材料的磁滯回線,所以稱性材料的磁滯回線,所以稱之為遲滯比較器或滯回比較之為遲滯比較器或滯回比較器

12、。器。 111212()2THTLoHoLCCRRUUUUUURRRR 遲滯比較器的上、下門限電遲滯比較器的上、下門限電壓之差稱之為壓之差稱之為回差回差,用,用U表示,即表示,即 回差回差U的大小,將決定比較器的抗干擾能力,的大小,將決定比較器的抗干擾能力, U越越大,則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時(shí)使比較器的鑒別靈敏度降大,則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時(shí)使比較器的鑒別靈敏度降低。因?yàn)檩斎腚妷旱?。因?yàn)檩斎腚妷簎i的峰峰值必須大于回差,否則,輸出的峰峰值必須大于回差,否則,輸出電平不可能轉(zhuǎn)換。電平不可能轉(zhuǎn)換。第17頁/共31頁例例4. 若若 ui=5sint V , R1 =10k, R2 =50k ,UCC

13、 =12V。 試畫出反相試畫出反相遲滯遲滯比較器的輸出波形。比較器的輸出波形。101221050THUV10( 12)21050TLUV 解解第18頁/共31頁 二二. 同相遲滯比較器同相遲滯比較器電路如圖所示,當(dāng)電路如圖所示,當(dāng)ui很負(fù)很負(fù)使使u+VTH,則比較器輸出低電平,繼電器K吸合,散熱風(fēng)扇得電工作,使大功率器件降溫。VA、VTH電壓變化及比較器輸出電壓Vout的特性如下圖。這里要說清楚的是VA開始大于VTH時(shí),風(fēng)扇工作,但散熱體有較大的熱量,要經(jīng)過一定時(shí)間才能把溫度降到80以下。 從溫控電路可看出,要改變閾值溫度TTH十分方便,只要相應(yīng)地改變VTH值即可。VTH值增大,TTH增大;反

14、之亦然,調(diào)整十分方便。只要RT確定,RT的溫度特性確定,則R1、R2、RP可方便求出。第25頁/共31頁單片集成專用電壓比較器單片集成專用電壓比較器 1.通用低速型通用低速型(LM311/211/111)第26頁/共31頁 2.通用型通用型/中速型中速型(LM119)第27頁/共31頁 3. 高精度高精度/低失調(diào)低失調(diào)/低功耗低功耗(LM339/239/139)第28頁/共31頁 4. 高速高速/低功耗低功耗(MAX901903)第29頁/共31頁作業(yè):作業(yè): 若若 ui=6sint v,ur=5v,R1 =20k, R2 =50k , UCC =12V。 試畫出傳輸特性,并畫出輸出電壓波形。試畫出傳輸特性,并畫出輸出電壓波形。第30頁/共31頁感謝您的觀看!第31頁/共31頁

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