7.2 電壓比較器歸納

電壓傳輸特性：電壓比較器的輸出電壓u_O與輸入電壓u_I的函數(shù)關(guān)系u_O=f(u_I)一般用曲線(xiàn)來(lái)描述，稱(chēng)為電壓傳輸特性。

閾值電壓：使u_O從U_OH躍變U_OL為，或者U_OL從躍變?yōu)?/span>U_OH的輸入電壓稱(chēng)為閾值電壓，或轉(zhuǎn)折電壓，記作U_T。

l       輸出電壓高電平U_OH和低電平U_OL的數(shù)值；

l       閾值電壓的數(shù)值U_T；

l       當(dāng)u_I變化且經(jīng)過(guò)U_T時(shí)，u_O躍變的方向，即是U_OH從躍變?yōu)?/span>U_OL，還是U_OL從躍變?yōu)?/span>U_OH。

集成運(yùn)放的非線(xiàn)性工作區(qū)

◆電路特點(diǎn)：在電壓比較器電路中，集成運(yùn)放不是處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)（即沒(méi)有引入反饋），就是只引入了正反饋。

◆輸出電壓：達(dá)到正的最大值或負(fù)的最大值。

◆凈輸入電流為零，即i_P=i_N=0。

單限比較器：電路只有一個(gè)閾值電壓，輸入電壓u_I逐漸增大或減小過(guò)程中，當(dāng)通過(guò)U_T時(shí)，輸出電壓u_O產(chǎn)生躍變，從高電平U_OH躍變?yōu)榈碗娖?/span>U_OL，或者從U_OL躍變?yōu)?/span>U_OH。

滯回比較器：電路有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓u_I從小變大過(guò)程中使輸出電壓u_O產(chǎn)生躍變的閾值電壓U_T1，不等于從大變小過(guò)程中使輸出電壓u_O產(chǎn)生躍變的閾值電壓U_T2，電路具有滯回特性。

窗口比較器：電路有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓u_I從小變大或從大變小過(guò)程中使輸出電壓u_O產(chǎn)生兩次躍變。

◆過(guò)零比較器：其閾值電壓U_T=0V。電路如圖(a)所示，集成運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓為+U_OM或-U_OM。當(dāng)輸入電壓u_I<0V時(shí)，U_O=+U_OM；當(dāng)輸入電壓u_I>0V時(shí)，U_O=-U_OM。電壓傳輸特性如圖(b)所示。

◆非零比較器：如下圖(a)所示為一般單限比較器：

當(dāng)u_I<U_T時(shí)，u_N<u_P，所以u^/o=+U_OM，uo=U_OH=+U_Z；

當(dāng)u_I>U_T時(shí)，u_N>u_P，所以u^/o=-U_OM，uo=U_OL=-U_Z。

綜上所述，分析電壓傳輸特性三個(gè)要素的方法是：

★通過(guò)研究集成運(yùn)放輸出端所接的限幅電路來(lái)確定電壓比較器的輸出低電平U_OL和輸出高電平U_OH；

★寫(xiě)出集成運(yùn)放同相輸入端、反相輸入端電位u_N和u_P的表達(dá)式，令u_N=u_P，解得輸入電壓就是閾值電壓；

★uo在u_I過(guò)U_T時(shí)的躍變方向決定于u_I作用于集成運(yùn)放的哪個(gè)輸入端。

※當(dāng)u_I從反相輸入端輸入時(shí)，u_I<U_T，uo=U_OH；u_I>U_T，uo=U_OL。

※當(dāng)u_I從同相輸入端輸入時(shí)，u_I<U_T，uo=U_OL；u_I>U_T，uo=U_OH。

滯回比較器

滯回比較器：有滯回特性，具有抗干擾能。從反相輸入端輸入的滯回比較器電路如下圖（a）所示，電路中引入了正反饋。

◆當(dāng)u_I<-U_T，u_N<u_P，因而uo=+U_Z，所以u_P=+U_T。u_I>+U_T，uo=-U_Z。

◆當(dāng)u_I>+U_T，u_N>u_P，因而uo=-U_Z，所以u_P=-U_T。u_I<-U_T，uo=+U_Z。

可見(jiàn)，uo從+U_Z躍變?yōu)?/span>-U_Z和uo從-U_Z躍變?yōu)?/span>+U_Z的閾值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖（b）所示。

窗口比較器

外加參考電壓U_RH>U_RL，電阻R₁，R₂和穩(wěn)壓管D_Z構(gòu)成限幅電路。

工作原理：

★當(dāng)輸入電壓u_I>U_RH時(shí)，u_I>U_RL，所以集成運(yùn)放A₁的輸出u_O1=+U_OM，A₂的輸出u_O2=-U_OM。使得二極管D₁導(dǎo)通D₂截止，電流通路如圖所標(biāo)注，穩(wěn)壓管D_Z工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓u_O=+U_Z。

★當(dāng)輸入電壓u_I<U_RL時(shí)，u_I<U_RH，所以集成運(yùn)放A₁的輸出u_O1=-U_OM，A₂的輸出u_O2=+U_OM。使得二極管D₂導(dǎo)通D₁截止，電流通路如圖所標(biāo)注，穩(wěn)壓管D_Z工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓u_O=+U_Z。

★U_RL<u_I<U_RH時(shí)，u_O1=u_O2=-U_OM，所以D₁和D₂均截止，穩(wěn)壓管截止，u_O=0。

通過(guò)以上三種電壓比較器的分析，可得出如下結(jié)論：

☆在電壓比較器中，集成運(yùn)放多工作在非線(xiàn)性區(qū)，輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能的情況。

☆一般用電壓傳輸特性來(lái)描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。

☆電壓傳輸特性的三個(gè)要素是輸出電壓的高、低電平，閾值電壓和輸出電壓的躍變方向。輸出電壓的高、低電平?jīng)Q定于限幅電路；令u_N=u_P，所求的u_I就是閾值電壓；u_I等于閾值電壓時(shí)輸出電壓的躍變方向決定于輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端。

集成電壓比較器

作用：可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二值信號(hào)，即只有高電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號(hào)。

應(yīng)用：作為模擬電路和數(shù)字電路的接口電路。

特點(diǎn)：比集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益低，失調(diào)電壓大，共模抑制比??；但其響應(yīng)速度快，傳輸延遲時(shí)間短，而且不需外加限幅電路就可直接驅(qū)動(dòng)TTL、CMOS和ECL等集成數(shù)字電路；有些芯片帶負(fù)載能力很強(qiáng)，還可直接驅(qū)動(dòng)繼電器和指示燈。

分類(lèi)：

★按一個(gè)器件上所含有電壓比較器的個(gè)數(shù)，可分為單、雙和四電壓比較器；

★按功能，可分為通用型、高速型、低功耗型、低電壓型和高精度型電壓比較器；

★按輸出方式，可分為普通、集電極（或漏極）開(kāi)路輸出或互補(bǔ)輸出三種情況。集電極（或漏極）開(kāi)路輸出電路必須在輸出端接一個(gè)電阻至電源?；パa(bǔ)輸出電路有兩個(gè)輸出端，若一個(gè)為高電平，則另一個(gè)必為低電平。

工作狀態(tài)：指電路按電壓傳輸特性工作。

禁止?fàn)顟B(tài)：指電路不再按電壓傳輸特性工作，從輸出端看進(jìn)去相當(dāng)于開(kāi)路，即處于高阻狀態(tài)。