2022-2023学年高二物理竞赛课件：具有不同比较特性的电压比较器

具有不同比较特性的电压比较器 () - 具有不同比较特性的电压比较器 单限电压比较器 特点：运放开环工作。 过零比较器 - + A vo vI + - R1 D1 D2 R R （VREF =0） R1限流电阻，与D1、D2共同构成电平变换电路。 VOH = VZ + VD(on) VOL= -( VZ + VD(on) ) vI vo VOH VOL 0 比较特性 t vO 0 t vI 0 仪器放大器 仪器放大器是用来放大微弱差值信号的高精度放大器。 特点：KCMR很高、 Ri 很大， Av 在很大范围内可调。 三运放仪器放大器 由 得 由 得 由减法器A3得： 若R1 = R2 、 R3 = R5 、 R4 = R6 整理得 vI1 + - A1 R1 -+ A2 RG vo1 vO vI2 -+ A3 R2 R3 R4 R5 R6 iG vo2 6.2 电压比较器 电压比较器的作用 比较两输入信号大小，并以输出高、低电平来指示。 电压比较器的特点 输入模拟量，输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。 6.2.1 电压比较器的作用 电压比较器工作原理 只要开环Avd很大，则v+、v-间的微小差值，即可使运放输出工作在饱和状态。 由 可知 v+ > v- 时， vo=Vomax（正饱和值） v+ < v- 时， vo=Vomin （负饱和值） v+ = v- 时，逻辑状态转换 因此 理想比较特性 - + A vo vI VREF vI vo VREF Vomax Vomin 0 vI < VREF 时， vo=Vomax vI > VREF 时， vo=Vomin vI = VREF 时，逻辑状态转换 理想特性 vI vo VREF Vomax Vomin 0 实际比较特性 实际特性 vI < VREF -Vomax/Avd 时， vo=Vomax vI > VREF -Vomin /Avd 时， vo=Vomin 注：Avd 越大，比较特性越接近理想特性， VREF作为 门限值的比较精度越高。 单限比较器 - + A vo vI + - R3 D1 D2 R1//R2 VREF R1 R2 i1 i2 分析方法： 1）令v-= v+求出的输入电压vI 即门限电平。 2）分别分析vI大于门限、小于门限时的输出vO电平。 令 得门限电平 即v+ < v- 若 则vO = VOL 即v+ > v- 若 则vO = VOH 比较特性 vI vo VOH VOL VREF R2 R1 - 单限比较器优点： 电路结构简单，可不计有限KCMR的影响。 单限比较器缺点： 电路抗干扰能力差。 例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰信号时，输出会出现误操作。 t vO 0 vI t 0 迟滞比较器（施密特触发器） - + A vo vI + - R3 D1 D2 R VREF R1 R2 特点 正反馈电路。 具有双门限。 令 得门限电平： 反相输入迟滞比较器 迟滞宽度： vI vo VOH 0 比较特性 VOL VIL VIH - + A vo vI + - R3 D1 D2 R VREF R1 R2 令 得门限电平： 同相输入迟滞比较器 迟滞宽度： vI vo VOH 0 比较特性 VOL VIL VIH 将反相迟滞比较器中的vI与VREF交换，即得同相输入迟滞比较器。 迟滞比较器优点： 电路抗干扰能力强。 例：反相输入迟滞比较器的比较特性如图示，在已知输入信号时，试画输出信号波形。 vI (V) vo(V) 0 比较特性 7 -7 -6 6 vI (V) t 0 10 -10 6 - 6 t vO (V) 0 7 -7 迟滞比较器应用——方波发生器 - + A vo + - R3 D1 D2 R R1 R2 C 门限电平 设t =0时，vO=VOH ，初始 vC=0 则VOH 经R向C充电 vC按指数规律 当vC VIH 时 vO跳变为VOL 此时C经R放电 vC按指数规律 当vC VIL时 vO又上跳到VOH 可证振荡周期： t vO 0 vC t 0 VIH VIL VOH VOL 　双限比较器 参考电压 UREF1 > UREF2 　　若 uI 低于 UREF2 ，运放 A1 输出低电平，A2 输出高电平，二极管 VD1 截止，VD2导通，输出电压 uO 为高电平； 　　若 uI 高于 UREF1 ，运放 A1 输出高电平，A2 输出低电平，二极管 VD2 截止，VD1 导通，输出电压 uO 为高电平； $