《電壓比較器 》PPT課件.ppt

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1、電壓比較器,電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。,電壓比較器,電壓比較器有專(zhuān)用的集成芯片可供使用，也可用集成運(yùn)放組成，這里只討論后者。 由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài)，因此，用作比較器的運(yùn)放將工作在開(kāi)環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。,比較器在信號(hào)變換、檢測(cè)和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用。,此外由于高電平相當(dāng)于邏輯“1”，低電平相當(dāng)邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。,電壓比較器的基本特性,1. 輸出 高電平(UoH)和低電平(UoL) 用運(yùn)放構(gòu)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(UCC)和負(fù)電源電壓(-UCC

2、)。,電壓比較器的電路符號(hào),理想的電壓比較器，在高、低電平轉(zhuǎn)換的門(mén)限UT處具有階躍的傳輸特性。,實(shí)際運(yùn)放的Aud不為無(wú)窮大。在UT附近存在著一個(gè)比較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非UoH，也非UoL，故無(wú)法對(duì)輸入電平大小進(jìn)行判別。,2. 鑒別靈敏度,這就要求運(yùn)放：,顯然，Aud越大，則這個(gè)不靈敏區(qū)就越小，稱(chēng)比較器的鑒別靈敏度越高。,3.轉(zhuǎn)換速度 作為比較器的另一個(gè)重要特性就是轉(zhuǎn)換速度，即比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。,通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，以便實(shí)現(xiàn)高速比較。為此可對(duì)比較器施加正反饋，以提高轉(zhuǎn)換速度。,非線性應(yīng)用的條件：運(yùn)放開(kāi)環(huán)或施加正反饋。,理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn),非線性應(yīng)用特

3、點(diǎn)：,此時(shí)，兩輸入端“虛短路”的概念不再適用。,1 電壓比較器,電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。,電壓比較器有專(zhuān)用的集成芯片可供使用，也可用集成運(yùn)放組成，這里只討論后者。 由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài)，因此，用作比較器的運(yùn)放將工作在開(kāi)環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。,電壓比較器的基本特性,1. 輸出 高電平(UoH)和低電平(UoL),3.轉(zhuǎn)換速度,2. 鑒別靈敏度,非線性應(yīng)用的條件：運(yùn)放開(kāi)環(huán)或施加正反饋。,理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn),非線性應(yīng)用特點(diǎn)：,此時(shí)，兩輸入端“虛短路”的概念不再適用。,一. 反相電壓比較器 電路如圖所示， 輸入信號(hào)ui加在反

4、相端，參考電壓ur 加在同相端。,1.1 簡(jiǎn)單電壓比較器,ui ur ， uo=UOL,當(dāng)該電路的參考電壓為零時(shí)，則為反相過(guò)零比較器。,0,2. 同相電壓比較器,ui ur ， uo=UOH,當(dāng)參考電壓為零時(shí)，則為同相過(guò)零比較器。,電路如圖所示， 輸入 信號(hào)ui加在同相端，參考 電壓ur 加在反相端。,0,例1. 若 ui=5sint V ur =2V, UCC =12V。 試畫(huà)出反相和同相比較器的輸出波形。,反相比較器,同相比較器,例2.將不規(guī)則的輸入波 形整形成規(guī)則的矩形波。,例3.若ur為三角波，而ui為緩變信號(hào)，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。,反相比較器,反相過(guò)零比較器,一. 反相電壓比較器,簡(jiǎn)單電壓

5、比較器,0,2. 同相電壓比較器,簡(jiǎn)單比較器應(yīng)用中存在的問(wèn)題,. 輸出電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間受運(yùn)放的限制，使高頻脈沖的邊緣不夠陡峭；,. 抗干擾能力差。在比較門(mén)限處，輸出將產(chǎn)生多次跳變。,2. 遲滯比較器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，在比較器中引入正反饋，構(gòu)成所謂“遲滯比較器”。 這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而改善了輸出波形的邊緣。,一.反相遲滯比較器,反相遲滯比較器電路如圖所示。 R1和R2將輸出電壓uo反饋到運(yùn)放的同相端，構(gòu)成正反饋。為簡(jiǎn)單計(jì)，R1端所接的參考電平為地電位。,下面來(lái)分析該電路的傳輸特性,當(dāng)輸出一旦變?yōu)榈碗娖?，則同相端也同時(shí)跳變?yōu)?當(dāng)ui由負(fù)逐

6、漸增大到ui =U+時(shí)，輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖?。?duì)于反相電路uo從高跳到低所對(duì)應(yīng)的ui電壓稱(chēng)為上門(mén)限電壓，記為UTH。可見(jiàn)，UTH = U+,由于 ，因而 ui 以后，uo將維持在低電平。,反之，ui由大逐漸變小時(shí)，由于同相端電位變?yōu)?因而ui必須小到 時(shí)，輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。此時(shí)的輸入電壓稱(chēng)為下門(mén)限電壓，記為UTL。 UTL=,對(duì)應(yīng)的傳輸特性曲線如圖所示。,電壓的傳輸特性,由于其傳輸特性很像磁性材料的磁滯回線，所以稱(chēng)之為遲滯比較器或滯回比較器。,遲滯比較器的上、下門(mén)限電 壓之差稱(chēng)之為回差，用U表示，即,回差U的大小，將決定比較器的抗干擾能力， U越大，則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時(shí)使比

7、較器的鑒別靈敏度降低。因?yàn)檩斎腚妷簎i的峰峰值必須大于回差，否則，輸出電平不可能轉(zhuǎn)換。,例4. 若 ui=5sint V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =12V。 試畫(huà)出反相遲滯比較器的輸出波形。,解,二. 同相遲滯比較器,電路如圖所示，當(dāng)ui很負(fù) 使u+ u=0 時(shí)，uo為低電平UoL。,此時(shí)，同相端電位u+為,當(dāng)ui由負(fù)增大到使U+=0時(shí)，輸出將由低電平跳變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí)的ui即為上門(mén)限電壓UTH。,輸出一旦變?yōu)楦唠娖剑瑒t同相端也同時(shí)跳變?yōu)?UTH,=0,由上式解得,反之，ui由正減小到使 時(shí)，輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖健４藭r(shí)的ui即為下門(mén)限電壓UTL。,對(duì)應(yīng)的傳輸特性如

8、圖所示。,UTL,=0,由上式解得,二. 遲滯比較器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,3. 集成運(yùn)算放大器選擇指南,前面已經(jīng)介紹了集成運(yùn)算放大器在線性和非線性方面的應(yīng)用。為便于說(shuō)明電路的工作原理和電路性能指標(biāo)的計(jì)算，分析中我們都假設(shè)運(yùn)放具有理想的特性。,但實(shí)際運(yùn)放的性能是不理想的，必然使分析計(jì)算的結(jié)果產(chǎn)生誤差，甚至造成無(wú)法實(shí)現(xiàn)我們預(yù)計(jì)的功能。因此，實(shí)際中必須根據(jù)信號(hào)特征和電路需要精心選擇不同性能的集成運(yùn)放。,集成運(yùn)放的選擇應(yīng)根據(jù)電路所需的精度和速度（帶寬）決定。同時(shí)要考慮運(yùn)放的價(jià)格，力求電路有盡可能高的性價(jià)比。,一般集成運(yùn)算放大器的選擇原則：,(1).如果沒(méi)有特殊要求，選用通用型運(yùn)算放大器(如LM741、LM32

9、4等)。,(2).如系統(tǒng)要求精密，溫漂小，噪聲干擾低，則選擇高精度、低漂移、低噪聲的集成運(yùn)放。,(3).如系統(tǒng)要求運(yùn)放輸入阻抗高，輸入偏流小，則選擇高輸入阻抗運(yùn)算放大器。,(4).若系統(tǒng)對(duì)功耗有嚴(yán)格要求，則選擇低功耗運(yùn)放。,(5).若系統(tǒng)工作頻率高，則選擇寬帶、高速集成運(yùn)放或比較器。,1.散熱風(fēng)扇自動(dòng)控制電路 一些大功率器件或模塊在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多熱量使溫度升高，一般采用散熱片并用風(fēng)扇來(lái)冷卻以保證正常工作。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻RT粘貼在散熱片上檢測(cè)功率器件的溫度(散熱片上溫度比器件溫度略低)，當(dāng)5V電壓加在RT及R1電阻上時(shí)，在A點(diǎn)有一個(gè)電壓VA。當(dāng)散熱片上的溫度上升時(shí)，則熱敏電阻RT的阻值下降

10、，使VA上升。,電壓比較器實(shí)際應(yīng)用舉例,RT的電阻與溫度變化是單值函數(shù)。如果設(shè)定在80時(shí)應(yīng)接通散熱風(fēng)扇，這80即設(shè)定的閾值溫度TTH，在特性曲線上可找到在80時(shí)對(duì)應(yīng)的RT的阻值。R1的阻值是不變的，則可以計(jì)算出在80時(shí)的VA值,R2與RP組成分壓器，當(dāng)5V電源電壓是穩(wěn)定電壓時(shí)，調(diào)節(jié)RP可以改變VB的電壓。VB值為比較器設(shè)定的閾值電壓，稱(chēng)為VTH。設(shè)計(jì)時(shí)希望散熱片上的溫度一旦超過(guò)80時(shí)接通散熱風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)散熱，則VTH的值應(yīng)等于80時(shí)的K值。一旦VAVTH，則比較器輸出低電平，繼電器K吸合，散熱風(fēng)扇得電工作，使大功率器件降溫。VA、VTH電壓變化及比較器輸出電壓Vout的特性如下圖。這里要說(shuō)清楚的是

11、VA開(kāi)始大于VTH時(shí)，風(fēng)扇工作，但散熱體有較大的熱量，要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能把溫度降到80以下。,從溫控電路可看出，要改變閾值溫度TTH十分方便，只要相應(yīng)地改變VTH值即可。VTH值增大，TTH增大；反之亦然，調(diào)整十分方便。只要RT確定，RT的溫度特性確定，則R1、R2、RP可方便求出。,單片集成專(zhuān)用電壓比較器,1.通用低速型(LM311/211/111),2.通用型/中速型(LM119),3. 高精度/低失調(diào)/低功耗(LM339/239/139),4. 高速/低功耗(MAX901903),作業(yè)：,若 ui=6sint v，ur=5v，R1 =20k， R2 =50k ， UCC =12V。 試畫(huà)出傳輸特性，并畫(huà)出輸出電壓波形。,