电压比较器的功能:比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平,表示两个输入电压的大小关系。电压比较器的作用:它可用作模拟电路和数字电路的接口,还可以用作波形产生和变换电路等。 电路的构成是利用集成运放工作在非线性状态所具有的特性,即集成运放在开环工作状态或处于正反馈工作状态。理想运放的电压放大倍数为无穷大,当时,输出趋于正向饱和,
,当
时,输出趋于反向饱和 电压比较器中的集成运放通常工作在非线性区。及满足如下关系:
电压比较器可分为单限比较器和滞回比较器。下面分别予以叙述。
1、单限比较器
我们把参考电压和输入信号分别接至集成运放的同相和反相输入端,就组成了简单的电压比较器即单限比较器。单限比较器仅具有一个阈值电压,我们将比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压的值。它还被称为门限电压,简称为:阈值。用符号UTH表示。如图06-27(a)所示:
下面我们对对图06-27(a)所示的电路进行分析它的传输特性如图06-27(b)所示:
它表明:输入电压从低逐渐升高经过UR时,uo将从高电平变为低电平。相反,当输入电压从高逐渐到低时,uo将从低电平变为高电平。 利用单限比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。
[例] 电路如06-27(a)所示,输入电压为正弦波如图06-28所示,试画出输出波形
解:输出波形与UR有关,输出波形如图06-29所示
单限比较器结构简单,灵敏多高,但是抗干能力差,因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有:滞回比较器和窗口比较器。
2.滞回比较器
单限比较器电路简单,但抗干扰能力差。在阈值电压附近任何微小的变化,都会引
起输出电压的跳变。滞回比较器具有滞回特性,有抗干扰能力强的特点,但灵敏度比单限比较器低。滞回比较器电路的特点是集成运放引入了正反馈,滞回比较器又称施密特触发器,应用十分广泛。图06-30(a)是一个反相输入的滞回比较器,从图中看出
整理得
上述两个门限之差称为门限宽度或回差,用符号表示,即
由上式说明,门限宽度的值处决于稳定电压
以及
之值。而与
无关,也就是说,改变
可使滞回曲线左右移动,但形状不改变。其传输特性曲线如图06-30(b)所示,
我们前面学习的比较器都是用集成运放构成的,它存在着一定的缺点。我们一般用集成电压比较器来代替它。集成电压比较器的固有特点是:
可直接驱动TTL等数字集成电路器件;
它的响应速度比同等价格集成运放构成比较器快;
为提高速度,集成电压比较器内部电路的输入级工作电流较大.