基础4种常用电压比较器的特性分析

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薄膜电路基础4种常⽤电压⽐较器的特性分析
电压⽐较器通常由集成运放构成,与普通运放电路不同的是,⽐较器中的集成运放⼤多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输⼊端加⼀个很⼩的信号,运放就会进⼊⾮线性区,属于集成运放的⾮线性应⽤范围。在分析⽐较器时,虚断路原则仍成⽴,虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。
1尾气吸收塔
过零⽐较器
电压⽐较器是将⼀个模拟输⼊信号ui与⼀个固定的参考电压UR进⾏⽐较和鉴别的电路。
参考电压为零的⽐较器称为零电平⽐较器,也加过零⽐价器。按输⼊⽅式的不同可分为反相输⼊和同相输⼊两种零电位⽐较器,如图1(a)、(b)所⽰。
图1 过零⽐较器
(a)反相输⼊
(b)同相输⼊
通常⽤阈值电压和传输特性来描述⽐较器的⼯作特性。
阈值电压(⼜称门槛电平)是使⽐较器输出电压发⽣跳变时的输⼊电压值,简称为阈值,⽤符号UTH表⽰。
传输特性是⽐较器的输出电压uo与输⼊电压ui在平⾯直⾓坐标上的关系。
画传输特性的⼀般步骤是:先求阈值,再根据电压⽐较器的具体电路,分析在输⼊电压由最低变到最⾼(正向过程)和输⼊电压由最⾼到最低(负向过程)两种情况下,输出电压的变化规律,然后画出传输特性。
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俘零⽐较器
将零电平⽐较器中的接地端改接为⼀个参考电压UR(设为直流电压),由于UR的⼤⼩和极性均可调整,电路成为任意电平⽐较器或称俘零⽐较器。
图2 任意电平⽐较器及传输特性
(a)任意电平⽐较器
(b)传输特性
图3 电平检测⽐较器信传输特性
金丝雀定位(a)电平检测⽐较器
(b)传输特性
电平电压⽐较器结构简单,灵敏度⾼,但它的抗⼲扰能⼒差。也就是说,如果输⼊信号因⼲扰在阈值附近变化时,输出电压将在⾼、低两个电平之间反复地跳变,可能使输出状态产⽣误动作。为了提⾼电压⽐较器的抗⼲扰能⼒,下⾯介绍有两个不同阈值的滞回电压⽐较器。
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滞回电压⽐较器
滞回⽐较器⼜称施密特触发器、迟滞⽐较器。这种⽐较器的特点是当输⼊信号ui逐渐增⼤或逐渐减⼩时,它有两个阈值,且不相等,其传输特性具有“滞回”曲线的形状。
滞回⽐较器也有反相输⼊和同相输⼊两种⽅式。
UR是某⼀固定电压,改变UR值能改变阈值及回差⼤⼩。
以图4(a)所⽰的反相滞回⽐较器为例,计算阈值并画出传输特性
图4 滞回⽐较器及其传输特性
(a)反相输⼊
(b)同相输⼊
▶正向过程
正向过程的阈值为:
形成电压传输特性的abcd段。
▶负向过程
负向过程的阈值为:
形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似,故称之为滞回电压⽐较器。
萃取装置利⽤求阈值的临界条件和叠加原理⽅法,不难计算出图4(b)所⽰的同相滞回⽐较器的两个阈值:
两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。
由上分析可知,改变R2值可改变回差⼤⼩,调整UR可改变UTH1和UTH2,但不影响回差⼤⼩。即滞回⽐较器的传输特性将平⾏右移或左移,滞回曲线宽度不变。
图5 ⽐较器的波形变换
(a)输⼊波形
(b)输出波形
kumool
例如,滞回⽐较器的传输特性和输⼊电压的波形如图6(a)、(b)所⽰。根据传输特性和两个阈值(UTH1=2V, UTH2=–
2V),可画出输出电压uo的波形,如图6(c)所⽰。从图(c)可见,ui在UTH1与UTH2之间变化,不会引起uo的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象,使电平鉴别产⽣误差。
图6 说明滞回⽐较器抗⼲扰能⼒强的图
塑料染(a)已知传输特性
(b)已知ui波形
(c)根据传输特性和ui波形画出的uo波形
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窗⼝电压⽐较器
电平⽐较器和滞回⽐较器有⼀个共同特点,即ui单⽅向变化(正向过程或负向过程)时,uo只跳变⼀次。只能检测⼀个输⼊信号的电平,这种⽐较器称为单限⽐较器。
双限⽐较器⼜称窗⼝⽐较器。它的特点是输⼊信号单⽅向变化(例如ui 从⾜够低单调升⾼到⾜够⾼),可使输出电压uo跳变两次,其传输特性如图7(b)所⽰,它形似窗⼝,称为窗⼝⽐较器。窗⼝⽐较器提供了两个阈值和两种输出稳定状态可⽤来判断ui 是否在某两个电平之间。
图7 窗⼝⽐较器电路及传输特性
(a)窗⼝⽐较器
(b)传输特性

本文发布于:2023-06-21 12:52:45,感谢您对本站的认可!

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