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1、電壓比較器,電壓比較器的功能是對兩個(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)放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。,比較器在信號(hào)變換、檢測和波形產(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(-
2、UCC)。,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)換的門限UT處具有階躍的傳輸特性。,,實(shí)際運(yùn)放的Aud不為無窮大。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,故無法對輸入電平大小進(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)
3、,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。,1 電壓比較器,電壓比較器的功能是對兩個(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,
4、輸入信號(hào)ui加在反相端,參考電壓ur 加在同相端。,1.1 簡單電壓比較器,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,,反相過零比
5、較器,一. 反相電壓比較器,簡單電壓比較器,0,2. 同相電壓比較器,簡單比較器應(yīng)用中存在的問題,. 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。為簡單計(jì),R1端所接的參考電平為地電位。,下面來分析該電路的傳輸特性,,當(dāng)輸出一旦變?yōu)?/p>
6、低電平,則同相端也同時(shí)跳變?yōu)?當(dāng)ui由負(fù)逐漸增大到ui =U+時(shí),輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖?。對于反相電路uo從高跳到低所對應(yīng)的ui電壓稱為上門限電壓,記為UTH。可見,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)的輸入電壓稱為下門限電壓,記為UTL。 UTL=,對應(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,所以稱之為遲滯比較器或滯回比較器。,遲滯比較器的上、下門限電 壓之差稱之為回差,用U表示,即,回差U的大小,將決定比較器
7、的抗干擾能力, U越大,則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時(shí)使比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即為上門限電壓UTH。,輸出一旦變?yōu)楦唠娖?,則同相端也同時(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
8、變?yōu)榈碗娖?。此時(shí)的ui即為下門限電壓UTL。,對應(yīng)的傳輸特性如圖所示。,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).
9、如果沒有特殊要求,選用通用型運(yùn)算放大器(如LM741、LM324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
10、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,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,稱為VTH。設(shè)計(jì)時(shí)希望散熱片上的溫度一旦超過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、
11、VTH電壓變化及比較器輸出電壓Vout的特性如下圖。這里要說清楚的是VA開始大于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。 試畫出傳輸特性,并畫出輸出電壓波形。,