《《电压比较器》PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《电压比较器》PPT课件.ppt(31页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、电压比较器,电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较,并根据比较结果输出高、低两个电平。,电压比较器,电压比较器有专用的集成芯片可供使用,也可用集成运放组成,这里只讨论后者。由于比较器输出只有两个状态,因此,用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。,比较器在信号变换、检测和波形产生电路中有广泛应用。,此外由于高电平相当于逻辑“1”,低电平相当逻辑“0”,所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路。,电压比较器的基本特性,1.输出 高电平(UoH)和低电平(UoL)用运放构成的比较器,其输出的高电平UoH和低电平UoL可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压(-UCC)。,
2、电压比较器的电路符号,理想的电压比较器,在高、低电平转换的门限UT处具有阶跃的传输特性。,实际运放的Aud不为无穷大。在UT附近存在着一个比较的不灵敏区。在该区域内输出既非UoH,也非UoL,故无法对输入电平大小进行判别。,2.鉴别灵敏度,这就要求运放:,显然,Aud越大,则这个不灵敏区就越小,称比较器的鉴别灵敏度越高。,3.转换速度 作为比较器的另一个重要特性就是转换速度,即比较器输出状态发生转换所需要的时间。,通常要求转换时间尽可能短,以便实现高速比较。为此可对比较器施加正反馈,以提高转换速度。,非线性应用的条件:运放开环或施加正反馈。,理想集成运放非线性应用时的特点,非线性应用特点:,此
3、时,两输入端“虚短路”的概念不再适用。,1 电压比较器,电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较,并根据比较结果输出高、低两个电平。,电压比较器有专用的集成芯片可供使用,也可用集成运放组成,这里只讨论后者。由于比较器输出只有两个状态,因此,用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。,电压比较器的基本特性,1.输出 高电平(UoH)和低电平(UoL),3.转换速度,2.鉴别灵敏度,非线性应用的条件:运放开环或施加正反馈。,理想集成运放非线性应用时的特点,非线性应用特点:,此时,两输入端“虚短路”的概念不再适用。,一.反相电压比较器 电路如图所示,输入信号ui加在反相端,参考电压ur
4、 加在同相端。,1.1 简单电压比较器,ui ur,uo=UOL,当该电路的参考电压为零时,则为反相过零比较器。,0,2.同相电压比较器,ui ur,uo=UOH,当参考电压为零时,则为同相过零比较器。,电路如图所示,输入 信号ui加在同相端,参考 电压ur 加在反相端。,0,例1.若 ui=5sint V ur=2V,UCC=12V。试画出反相和同相比较器的输出波形。,反相比较器,同相比较器,例2.将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。,例3.若ur为三角波,而ui为缓变信号,实现脉宽调制。,反相比较器,反相过零比较器,一.反相电压比较器,简单电压比较器,0,2.同相电压比较器,简单比较器应
5、用中存在的问题,.输出电压转换时间受运放的限制,使高频脉冲的边缘不够陡峭;,.抗干扰能力差。在比较门限处,输出将产生多次跳变。,2.迟滞比较器双稳态触发器,为了解决以上两个问题,在比较器中引入正反馈,构成所谓“迟滞比较器”。这种比较器具有很强的抗干扰能力,同时由于正反馈加速了状态转换,从而改善了输出波形的边缘。,一.反相迟滞比较器,反相迟滞比较器电路如图所示。R1和R2将输出电压uo反馈到运放的同相端,构成正反馈。为简单计,R1端所接的参考电平为地电位。,下面来分析该电路的传输特性,当输出一旦变为低电平,则同相端也同时跳变为,当ui由负逐渐增大到ui=U+时,输出将由高电平跳变为低电平。对于反
6、相电路uo从高跳到低所对应的ui电压称为上门限电压,记为UTH。可见,UTH=U+,由于,因而 ui 以后,uo将维持在低电平。,反之,ui由大逐渐变小时,由于同相端电位变为,因而ui必须小到 时,输出才由低电平跳变为高电平。此时的输入电压称为下门限电压,记为UTL。UTL=,对应的传输特性曲线如图所示。,电压的传输特性,由于其传输特性很像磁性材料的磁滞回线,所以称之为迟滞比较器或滞回比较器。,迟滞比较器的上、下门限电压之差称之为回差,用U表示,即,回差U的大小,将决定比较器的抗干扰能力,U越大,则抗干扰能力越强。但同时使比较器的鉴别灵敏度降低。因为输入电压ui的峰峰值必须大于回差,否则,输出
7、电平不可能转换。,例4.若 ui=5sint V,R1=10k,R2=50k,UCC=12V。试画出反相迟滞比较器的输出波形。,解,二.同相迟滞比较器,电路如图所示,当ui很负使u+u=0 时,uo为低电平UoL。,此时,同相端电位u+为,当ui由负增大到使U+=0时,输出将由低电平跳变为高电平。此时的ui即为上门限电压UTH。,输出一旦变为高电平,则同相端也同时跳变为,UTH,=0,由上式解得,反之,ui由正减小到使 时,输出将由高电平跳变为低电平。此时的ui即为下门限电压UTL。,对应的传输特性如图所示。,UTL,=0,由上式解得,二.迟滞比较器双稳态触发器,3.集成运算放大器选择指南,前
8、面已经介绍了集成运算放大器在线性和非线性方面的应用。为便于说明电路的工作原理和电路性能指标的计算,分析中我们都假设运放具有理想的特性。,但实际运放的性能是不理想的,必然使分析计算的结果产生误差,甚至造成无法实现我们预计的功能。因此,实际中必须根据信号特征和电路需要精心选择不同性能的集成运放。,集成运放的选择应根据电路所需的精度和速度(带宽)决定。同时要考虑运放的价格,力求电路有尽可能高的性价比。,一般集成运算放大器的选择原则:,(1).如果没有特殊要求,选用通用型运算放大器(如LM741、LM324等)。,(2).如系统要求精密,温漂小,噪声干扰低,则选择高精度、低漂移、低噪声的集成运放。,(
9、3).如系统要求运放输入阻抗高,输入偏流小,则选择高输入阻抗运算放大器。,(4).若系统对功耗有严格要求,则选择低功耗运放。,(5).若系统工作频率高,则选择宽带、高速集成运放或比较器。,1.散热风扇自动控制电路 一些大功率器件或模块在工作时会产生较多热量使温度升高,一般采用散热片并用风扇来冷却以保证正常工作。负温度系数热敏电阻RT粘贴在散热片上检测功率器件的温度(散热片上温度比器件温度略低),当5V电压加在RT及R1电阻上时,在A点有一个电压VA。当散热片上的温度上升时,则热敏电阻RT的阻值下降,使VA上升。,电压比较器实际应用举例,RT的电阻与温度变化是单值函数。如果设定在80时应接通散热
10、风扇,这80即设定的阈值温度TTH,在特性曲线上可找到在80时对应的RT的阻值。R1的阻值是不变的,则可以计算出在80时的VA值,R2与RP组成分压器,当5V电源电压是稳定电压时,调节RP可以改变VB的电压。VB值为比较器设定的阈值电压,称为VTH。设计时希望散热片上的温度一旦超过80时接通散热风扇实现散热,则VTH的值应等于80时的K值。一旦VAVTH,则比较器输出低电平,继电器K吸合,散热风扇得电工作,使大功率器件降温。VA、VTH电压变化及比较器输出电压Vout的特性如下图。这里要说清楚的是VA开始大于VTH时,风扇工作,但散热体有较大的热量,要经过一定时间才能把温度降到80以下。,从温控电路可看出,要改变阈值温度TTH十分方便,只要相应地改变VTH值即可。VTH值增大,TTH增大;反之亦然,调整十分方便。只要RT确定,RT的温度特性确定,则R1、R2、RP可方便求出。,单片集成专用电压比较器,1.通用低速型(LM311/211/111),2.通用型/中速型(LM119),3.高精度/低失调/低功耗(LM339/239/139),4.高速/低功耗(MAX901903),作业:,若 ui=6sint v,ur=5v,R1=20k,R2=50k,UCC=12V。试画出传输特性,并画出输出电压波形。,