1、十六 電壓比較電路一、電壓比較器的基本概念：電壓比較器是對輸入信號進行鑒幅與比較的電路，是組成非正弦波發生電路的基本單元電路，在測量和控制中有著相當廣泛的應用。電壓比較器的功能是對兩個輸入電壓的大小進行比較，并根據比較結果輸出高、低兩個電平。此外，由于高電平相當于邏輯“1”，低電平相當邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數字電路之間的接口電路.由于比較器輸出只有兩個狀態，因此，用作比較器的運放將工作在開環或正反饋的非線性狀態。電壓比較器的電路符號二、電壓比較器的基本特性：1. 輸出 高電平(UoH)和低電平(UoL)用運放構成的比較器，其輸出的高電平UOH和低電平UOL可分別接近于正電源電壓(U

2、CC)和負電源電壓(-UCC)。2. 鑒別靈敏度 理想的電壓比較器，在高、低電平轉換的門限UT處具有階躍的傳輸特性。這就要求運放： 實際運放的AUd不為無窮大。在UT附近存在著一個比較的不靈敏區。在該區域內輸出既非UOH，也非UOL，故無法對輸入電平大小進行判別。顯然，AUd越大，則不靈敏區就越小，稱比較器的鑒別靈敏度越高。3.轉換速度作為比較器的另一個重要特性就是轉換速度，即比較器輸出狀態發生轉換所需要的時間。通常要求轉換時間盡可能短，以便實現高速比較。為此可對比較器施加正反饋，以提高轉換速度。理想集成運放非線性應用時的特點 非線性應用的條件：運放開環或施加正反饋。非線性應用特點：反相電壓比

3、較器 電路如圖所示， 輸入信號Ui加在反相端，參考電壓Ur 加在同相端。 ui ur ， uo=uOH ui ur ， uo=uOL當該電路的參考電壓為零時，則為反相過零比較器。 同相電壓比較器 電路如圖所示， 輸入信號Ui加在同相端，參考電壓Ur 加在反相端。 ui ur，uo=uoH當參考電壓為零時，則為同相過零比較器。其傳輸特性 UO= f ( ui ) 簡單比較器應用中存在的問題1. 輸出電壓轉換時間受運放的限制，使高頻脈沖的邊緣不夠陡峭；2. 抗干擾能力差。在比較門限處，輸出將產生多次跳變。為了解決以上兩個問題，在比較器中引入正反饋，構成所謂“遲滯比較器”。這種比較器具有很強的抗干擾

4、能力，同時由于正反饋加速了狀態轉換，從而改善了輸出波形的邊緣。遲滯比較器又稱施密特觸發器, 滯回比較器。這種比較器的特點是當輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。 UR是某一固定電壓，改變UR值能改變閾值及回差大小。以圖2.1(a)所示的反相滯回比較器為例，計算閾值并畫出傳輸特性圖2.1 滯回比較器及其傳輸特性：(a)反相輸入；(b)同相輸入 1.正向過程 正向過程的閾值為形成電壓傳輸特性的abcd段 2，負向過程 負向過程的閾值為形成電壓傳輸特性上defa段。由于它與磁滯回線形狀相似，故稱之為滯

5、回電壓比較器。利用求閾值的臨界條件和疊加原理方法，不難計算出圖2.1(b)所示的同相滯回比較器的兩個閾值 兩個閾值的差值UTH=UTH1UTH2稱為回差。 由上分析可知，改變R2值可改變回差大小，調整UR可改變UTH1和UTH2，但不影響回差大小。即滯回比較器的傳輸特性將平行右移或左移，滯回曲線寬度不變。 圖2.2 比較器的波形變換 (a)輸入波形；(b)輸出波形例如，滯回比較器的傳輸特性和輸入電壓的波形如圖2.3(a)、(b)所示。根據傳輸特性和兩個閾值(UTH12V, UTH2=2V)，可畫出輸出電壓uo的波形，如圖2.3(c)所示。從圖(c)可見，ui在UTH1與UTH2之間變化，不會引

6、起uo的跳變。但回差也導致了輸出電壓的滯后現象，使電平鑒別產生誤差。三、 比較器的應用3.1.窗口比較器 窗口比較器的電路如圖3.1所示。電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構成。設R1 =R2，則有： 圖3.1窗口比較器窗口比較器的電壓傳輸特性如下圖3.2所示.當vIVH時，vO1為高電平，D3導通；vO2為低電平, D4截止，vO= vO1。當vIvI VL時，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO為低電平。圖3.2 窗口比較器的電壓傳輸特性3.2 比較器主要用來對輸入波形進行整形，可以將不規則的輸入波形整形為方波輸出,其原理圖如圖3.3所示 (a) 正弦波變換為矩形波 (

7、b) 有干擾正弦波變換為方波圖3.3比較器原理圖非正弦波發生電路1方波發生電路方波發生電路是由滯回比較電路和RC定時電路構成的，電路如圖3.4所示。圖3.4 方波發生電路電源剛接通時, 設電容C充電， 升高。參閱圖3.5：圖3.5方波發生電路 輸出波形當 時， ，所以 電容C放電， 下降。當 ， 時，返回初態。方波周期用過渡過程公式可以方便地求出 2三角波發生電路三角波發生器的電路如圖3.6所示。它是由滯回比較器和積分器閉環組合而成的。圖3.6三角波發生器電路（1）當vO1=+VZ時,則電容C充電, 同時vO按線性逐漸下降，當使A1的VP 略低于VN 時，vO1 從+VZ跳變為-VZ。波形圖參閱圖3.7圖3.7三角波發生器電路輸出波形（2）在vO1=-VZ后，電容C開始放電，vO按線性上升，當使A1的VP略大于零時，vO1從-VZ跳變為+ VZ ，如此周而復始，產生振 蕩。vO的上升時間和下降時間相等，斜率絕對值也相等，故vO為三角波。（3）輸出峰值（4）振蕩周期：3 . 鋸齒波發生電路 鋸齒波發生器的電路如圖3.8所示。顯然，為了獲得鋸齒波，應改變積分器的充放電時間常數。圖中的二極管D和R將使充電時間常數減為(RR)C，而