(6.3)--电压比较器.pdf

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1、概念概念概念概念工作工作工作原理工作原理原理原理电压电压电压比较器电压比较器比较器比较器基本基本基本电路基本电路电路电路引入引入引入 引入 电压比较器 电压比较器电压比较器电压比较器分析图示电路中分析图示电路中分析图示电路中分析图示电路中LEDLEDLEDLED灯亮的条件灯亮的条件灯亮的条件灯亮的条件分析并比较图示红圈两个器件工作原理的分析并比较图示红圈两个器件工作原理的分析并比较图示红圈两个器件工作原理的区别分析并比较图示红圈两个器件工作原理的区别区别区别引入引入引入 引入 电压比较器 电压比较器电压比较器电压比较器电压比较器（简称比较器）是一种常用的集成电路。用来电压比较器（简称比较器）是

2、一种常用的集成电路。用来比较输入电压和参考电压的大小，对输入信号进行鉴别与比较。比较输入电压和参考电压的大小，对输入信号进行鉴别与比较。其结构如图所示。其结构如图所示。它可用于报警器电路、自动控制电路、它可用于报警器电路、自动控制电路、V/F变换电路、高变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路以及过零检测电路等。速采样电路、电源电压监测电路以及过零检测电路等。电压比较器也可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用电压比较器也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，它是组成非正弦波发生电路的基本单作波形产生和变换电路等，它是组成非正弦波发生电路的基本单元。利用简单电压比较器

3、可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。元。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但两者有一定的区别比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但两者有一定的区别:1、比较器的翻转速度快，大约在、比较器的翻转速度快，大约在ns 数量级，而运放翻转速度数量级，而运放翻转速度一般为一般为us 数量级。数量级。2、运放可以接入负反馈电路运放可以接入负反馈电路，而比较器不使用负反馈而比较器不使用负反馈，虽然虽然运算放大器（运放）和比较器的区别运算放大器（运放）和比较器的区别引入引入引入 引入 电压比较器 电压比较器电压比较器电压比较器2、运放可以接入负反馈电路运

4、放可以接入负反馈电路，而比较器不使用负反馈而比较器不使用负反馈，虽然虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因其内部没有补偿电路，所比较器也有同相和反相两个输入端，但因其内部没有补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。3、比较器中间级很少、比较器中间级很少,也没有内部的补偿电路，这使得比较器也没有内部的补偿电路，这使得比较器比运放速度快很多，而运放针对线性区工作的需要加入了补偿电路比运放速度快很多，而运放针对线性区工作的需要加入了补偿电路，所以比较器不适合作运放使用。所以比较器不适合作运放使用。4 4、比较器的输出只有高电平和低电平，常处于开环状态

5、和非线、比较器的输出只有高电平和低电平，常处于开环状态和非线、比较器的输出只有高电平和低电平，常处于开环状态和非线、比较器的输出只有高电平和低电平，常处于开环状态和非线性工作区。有时为了提高其响应速度，可在电路中接入正反馈。性工作区。有时为了提高其响应速度，可在电路中接入正反馈。性工作区。有时为了提高其响应速度，可在电路中接入正反馈。性工作区。有时为了提高其响应速度，可在电路中接入正反馈。LM393LM393是一种专业的电压比较器，速度快，延延迟时间小，可用是一种专业的电压比较器，速度快，延延迟时间小，可用是一种专业的电压比较器，速度快，延延迟时间小，可用是一种专业的电压比较器，速度快，延延迟

6、时间小，可用在专门的电压比较场合。在专门的电压比较场合。在专门的电压比较场合。在专门的电压比较场合。引入引入引入 引入 电压比较器 电压比较器电压比较器电压比较器电压比较器的功能：比较两个电压的大小电压比较器的功能：比较两个电压的大小电压比较器的功能：比较两个电压的大小电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电用输出电压的高或低电用输出电压的高或低电用输出电压的高或低电平表示两个输入电压的大小关系平表示两个输入电压的大小关系平表示两个输入电压的大小关系平表示两个输入电压的大小关系)：当”当”当”当”+”+”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平输入端电压高于”输入端时

7、，电压比较器输出为高电平；输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平；当”当”当”当”+”+”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平。输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平。特点：特点：运放处于开环状态，虚断成立、运放处于开环状态，虚断成立、虚短虚短不成立不成立LM393LM393芯片芯片芯片芯片LM393LM393内部结构内部结构内部结构内部结构一、基本的电压比较器一、基本的电压比较器一、基本的电压比较器一、基本的电压比较器

8、同相电压比较器同相电压比较器同相电压比较器同相电压比较器V VREFREF称为称为阈值阈值电压电压：输输出跃出跃变所对变所对应应的输入电压。的输入电压。当当当当 v v+vv 时时，时时，v vo o=V VoHoHv v+v V VREF REF 时时，时时，v vo o=V VoHoHv vi iVvv 时时，时时，v vo o=V VoHoHv v+v v 时时，时时，v vo o=V VoLoL即即即即 v vi i VVVREFREF时时，时时，v vo o=V VoLoL(b)电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性(a)电路结构电路结构电路结构电路结构输入为三角波时，输入

9、为三角波时，反相电反相电反相电反相电压比较器和同相电压比较器压比较器和同相电压比较器压比较器和同相电压比较器压比较器和同相电压比较器输输出为相反的矩形波。出为相反的矩形波。一、基本的电压比较器一、基本的电压比较器一、基本的电压比较器一、基本的电压比较器反相电压反相电压反相电压反相电压比较器比较器比较器比较器同相电压同相电压同相电压同相电压比较器比较器比较器比较器二二二、过零电压比较器二、过零电压比较器、过零电压比较器、过零电压比较器基本结构基本结构基本结构基本结构(a)同相过零比较器同相过零比较器(b)反相过零比较器反相过零比较器(d)电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性(c)电压

10、传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性反相反相过零比较器，过零比较器，输入正弦波，输出为方波。输入正弦波，输出为方波。二、过零电压比较器二、过零电压比较器二、过零电压比较器二、过零电压比较器二、过零电压比较器二、过零电压比较器二、过零电压比较器二、过零电压比较器求电路的输出波形求电路的输出波形求电路的输出波形求电路的输出波形基本结构（带限幅电路）基本结构（带限幅电路）基本结构（带限幅电路）基本结构（带限幅电路）二二二、电压比较器二、电压比较器、电压比较器、电压比较器设设稳稳压压管管的的稳定稳定电压为电压为设设稳稳压压管管的的稳定稳定电压为电压为U UZ Z，忽略忽略稳稳压压管管的正的正向

11、导通向导通压压降降忽略忽略稳稳压压管管的正的正向导通向导通压压降降则则则则 v vi i V VREF REF，v vo o=V VZ Z v vi i V VREFREF，v vo o=-V VZ Z(b)电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性(a)电路结构电路结构电路结构电路结构三三三、示例三、示例、示例、示例,求图示电路的传输特性求图示电路的传输特性求图示电路的传输特性求图示电路的传输特性6,0.7,3ZDREFVV VV VV=已知例例1.(b)电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性(a)电路结构电路结构电路结构电路结构三三三、示例三、示例、示例、示例例例例例2.2

12、.2.2.求图示电路的传输特性求图示电路的传输特性求图示电路的传输特性求图示电路的传输特性-+CVREFvivoR1R20voVREF+VOHv+R1R2_(b)电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性0vi-VOLR3(a)电路结构电路结构电路结构电路结构0=-=0REFREFi+1i122+v-vV-v+=RvVRRRvv vO vI+A C R RL D vO+vID vL 例例例例3 3 3.3.电路如图所示，当正弦波时，定性画出电路如图所示，当正弦波时，定性画出。、的波形的波形及及LOO vvv vI(a)O 23 4 t v 三三三、示例三、示例、示例、示例解：解：（1）A

13、构成过零比较器构成过零比较器（2）RC 为微分电路，为微分电路，t vO VOHO VOL(b)t v O O(c)vL O(d)t（3）D 限幅、检波限幅、检波三三三、示例三、示例、示例、示例例例例例4.4.4.4.分析图示电路中分析图示电路中分析图示电路中分析图示电路中LEDLEDLEDLED灯亮的条件灯亮的条件灯亮的条件灯亮的条件1k这是一个高低电平判别电路。第一个器件构成电压跟随器，其这是一个高低电平判别电路。第一个器件构成电压跟随器，其输出电压为输出电压为Vi，第二个器件为比较器，当，第二个器件为比较器，当Vi5V时，输出高电时，输出高电平，二极管导通，三极管基极为高电平，三极管导通

14、，发光二平，二极管导通，三极管基极为高电平，三极管导通，发光二极管发光。该电路可用作高低电平报警电路使用。极管发光。该电路可用作高低电平报警电路使用。R1NTC1KSW1Vcc电机电机自动控制电路三三三、示例三、示例、示例、示例例例5 5.图示电路为图示电路为电机自动控制电路，试分析其工作原理。P1R2M电机-+图示电路中，当温度升高时，负温度系数（NTC1）热敏电阻阻值降低，比较器反相输入端电阻增加，比较器输出低电平，继电器工作，开关SW1闭合，电机转动。该电路可用于模拟灭火电路或者散热装置等。四四四、仿真四、仿真、仿真、仿真TVi-1.001.00Vo20.00-+OP1+VS1+VS2+

15、Vivo时间s0.0010.00m20.00m30.00m40.00m50.00mVo-20.00比较器比较器双双电源电源供供电，电压大小为电，电压大小为操操作作说明说明：1、过零电压比较器、过零电压比较器；2、Vim=1V，50Hz，正弦波，正弦波；3、利用、利用瞬瞬时时分析观察分析观察输入输输入输出出波形。波形。15VTVi-1.001.00Vo8.00-+OP1+VS1+VS2+ViVoDz1Dz2四四四、仿真四、仿真、仿真、仿真时间s0.0010.00m20.00m30.00m40.00m50.00mVo-8.00比较器比较器双双电源电源供供电，电压大小为电，电压大小为操操作作说明说明：1、带限幅带限幅的过零电压比较器的过零电压比较器；2、Vim=1V，50Hz，正弦波，正弦波；3、利用、利用瞬瞬时时分析观察分析观察输入输输入输出出波形。波形。15V总总总 结总 结结结电压比较器应用广泛，可用于测量技术，A/D变换电路、电网过电压检测电路等电路中，大家可查阅相关资料，分析电路工作原理，并重点分析电压比较器在电路中的作用。