集成運放組成的電壓比較器電路

集成運放組成的電壓比較器電路:

1. 功能及應用：主要用來判斷輸入信號電位之間的相對大小，它至少有兩個輸入端及一個輸出端，通常用一個輸入端接被比較信號Ui，另一個則接基準電壓VR 定門限電壓(或稱閥值)的UT。輸出通常僅且僅有二種可能即高、低二電平的矩形波，應用于模－數(shù)轉換，波形產(chǎn)生及變換，及越限警等。
2. 運放的工作狀態(tài)：開環(huán)和正反饋應用：運放在線性運用時，由于開環(huán)增益一般在105以上，所以其對應的輸入的線性范圍很小，Ui數(shù)量級，為了拓寬其線性范圍就必須引入負反饋，降低其開環(huán)增益。二比較器則希望其輸入的線性范圍越笑越好(即比較靈敏度越高)采用開環(huán)或使開環(huán)增益更高的正反饋應用。在兒有必要重復展現(xiàn)運放開環(huán)電壓傳輸特性。見圖8.2.1，請注意橫、縱坐標標度的不同


(1) 從途中可化稱

(2) 若Ui發(fā)出變化，使Uo從負波飽和值突變到正飽和值，只在經(jīng)過極窄的線性區(qū)時，才遵循在線性工作時才特有的“虛短”，其它時刻“虛短”不復存在。
(3) 若橫坐標采用與縱坐標相同的標尺，則線性部分特性與縱軸合攏。
(4) 若用正反饋使Aod↑，則可縮短狀態(tài)的轉換時間。
3. 分類：
(1) 單限比較器
(2) 遲滯比較器(Schmitt)
(3) 雙限比較器(窗口比較器)
二. 單限比較器
1. Ui與UR分別接運放兩輸入端的開環(huán)串接比較器，見圖8.2.2


ΔUi>UR Uo=+Uom
ΔUiR Uo=-Uom
ΔUi=UR Uo發(fā)生翻轉(或稱突變)

UT=UR 門限電壓或閥值，若UR=0稱為過零比較器
Δ當Ui與UR互換位置，此時Uo以Ui=UR為對稱軸與交換量對稱。
2. Ui與UR并聯(lián)在運放同一輸入端時的開環(huán)并接比較器 見圖8.2.3


Δ在同相端可作Therenin等效


當Uoc>0時，即

Uo=+Uom
當Uoc
可見

Δ若把運放的同相端

與反相端互換，則與圖8.2.2(b)類同
三. 遲滯比較器(正反饋比較器)
其特點

抗干擾能力較強。在單限比較器種，如果Ui受到干擾，在閥值附近回出現(xiàn)Ui+ΔUi(干擾信號多出現(xiàn)在閥值電壓上，下波動，以致出現(xiàn)條紋誤翻轉，而遲滯比較器利用其傳輸特性的回差電壓，輸入的干擾信號不能使狀態(tài)誤翻轉。
1. 兩種遲滯比較器的傳輸特性 見圖8.2.4

動畫演示
　
Δ同相型：Ui接運放同相端
反相型：Ui接運放反相端
Δ均由二根傳輸特性(1)，(2)合成，同相型. 當Ui從低值↑≥UTH，Uo從UOL↑UOH；當Ui從高值↓≤UOL時，Uo從UOH↓UOL。反相型則類同。
Δ UTH，UTL為二個閥值，ΔUT(回差)＝UTH－UTL
Δ |UOH|=|UOL|或|UOH|≠|UOL|根據(jù)輸出是否有箝位電路而定。
2. 二種基型遲滯比較器
(1) 反相型遲滯比較器 見圖8.2.5


Ui=U－，Uo被箝位在±UZ，避免運放計入過飽和。
假設Ui在足夠低時，Uioff=+UZ (始終穩(wěn)定)
此時

Δ當Ui從低值↑ 若Ui≥U+時，Uo從+UZ↓ -UZ
此時

Δ當Ui從高值↓至Ui≤

，Uo從-UZ↑+UZ
Δ門限寬度ΔUT=UTH-UTL=

Δ當UR=0時，

ΔUi無論從足夠低或足夠高單調增加或單調減少，Uo僅翻轉一次，即過了閥值后就維持在一種穩(wěn)態(tài)。
(2) 同相遲滯比較器 見圖 8.2.6


UR=U－
設Ui足夠低，使U+R，Uo=UoL=-UZ (初始穩(wěn)態(tài))
若要使Uo從-UZ↑+UZ，必須使Ui↑，以致使U+≥U－=UR才行，此時對應的Ui=UTH
Δ當Ui從低值↑，使

即

此時Uo從-UZ↑+UZ
Δ當Ui從高值↓，使

時所對應的Ui=UTL

即

此時Uo從+UZ↓-UZ

同上面反相型類同，Ui單調升或單調降，Uo只改變一次狀態(tài)，過了閥值后只維持在一種穩(wěn)態(tài)上。
四. 雙限比較器 (窗口比較器)
其特點是Ui單調升或單調降，Uo均有兩次突變，與單限比較器和遲滯比較器有區(qū)別，因此它可以判別Ui是否在兩個電平之間。它實際上由二個單限開環(huán)比較器組成，D1，D2作用為隔斷，Uo1，Uo2連接通路，避免Uo1，Uo2極性相反時，互為對方提供低阻通路而造成運放損壞。


ΔUiRL(RH)

ΔUi>URH(>URL)

ΔURLiRH

Δ采用上面窗口比較器可以區(qū)分三極管β是否在需要范圍內(nèi)，比如記為合格范圍為 50100均要取出，則可用發(fā)光二極管亮表示一種越限極警，不亮記為可通過即β合格。
Δ改接一下上述輸入輸出回路即方便可得


要區(qū)分β=50，100 找出時應得URL及URH




對應圖 8.2.7(b) 傳輸特性可畫出β與Uo的關系
即