7.4.1

簡單電壓比較器7.4.2遲滯比較器7.4集成運放的非線性應用7.4.3

窗口比較器概述1uiuo+UOM-UOMAo越大，運放的線性范圍越小，輸入大于,則輸出uo要么為+UOM，要么為-UOM。線性放大區*復習uiuo_++Aou-u+2概述運放的非線性應用

1.電路中的運放處于非線性狀態。++Auoui比如：運放開環應用uoui運放開環、有正反饋時，處于非線性狀態3由于處于線性與非線性狀態的運放的分析方法不同，所以分析電路前，首先確定運放是否工作在線性區。確定運放工作區的方法：判斷電路中有無負反饋。若有負反饋，則運放工作在線性區；若無負反饋，或有正反饋，則運放工作在非線性區。處于非線性狀態運放的特點：1.虛短路不成立。2.ri仍可以認為很大。3.rO=0。3.電路中的運放處于非線性狀態，外圍電路也有非線性元件（二極管、三極管）。5tuiuotUZ-UZ–+AuoR1RFuiDZR+運放處于線性狀態，但外圍電路有非線性元件——穩壓二極管。R：限流電阻。一般取100。DZ雙向穩壓管例：限幅器6–+AuoR1RFuiDZ+當時，在雙向穩壓管的作用下，當時，雙向穩壓管不通，運放工作在線性狀態。*另一種形式的限幅器：雙向穩壓管接于負反饋回路上。反向比例運算電路7–+AuoR1RFuiUZ+uoui0+UZ+UZ傳輸特性8電壓比較器的主要作用是進行電平檢測。7.4.1簡單電壓比較器利用電壓比較器進行電平檢測波形示意圖tuI0uO0tuR參考電壓10

常用的電壓比較器有：零電平比較器(過零比較器)非零電平比較器(單限比較器)遲滯比較器（滯回比較器）窗口比較器(雙限比較器)3．電壓比較器的類型簡單比較器125．電壓比較器的分析方法若U-＞U+則UO=-UOM；若U-＜U+則UO=+UOM。只有當U-=U+時，輸出狀態才發生跳變；反之，若輸出發生跳變，必然發生在U-=U+的時刻。虛斷（運放輸入端電流=0）注意：此時不能用虛短！Ui=U--U+uo+UOM-UOM理想情況實際情況電壓比較器在輸出狀態跳變過程中，運放可視為在線性區工作。按理想情況分析14uoU+-U-0+UOM-UOM++uoU+U_uo0+UOM-UOMU--U+注意：稱之為同相比較器稱之為反相比較器15++uouiURuoui0+Uom-UomURUR為參考電壓(閾值電壓：P285定義)當ui>UR時,uo=+Uom當ui<UR時,uo=-Uom

一、非零電平比較器若ui從同相端輸入（同相電壓比較器）16++uouiURuoui0+Uom-UomUR當ui<UR時,uo=+Uom當ui>UR時,uo=-Uom

若ui從反相端輸入電壓比較器（反相電壓比較器）17uoui0+UOM-UOM++uoui:當UR=0時++uouiuoui0+UOM-UOM電壓比較器二、零電平比較器18++uiuoui0+UZ-UZuoUZuoui0+UOM-UOM++uoui忽略了正向壓降UF電壓比較器用穩壓管穩定輸出電壓20為了限制集成運放的差模輸入電壓，保護其輸入級，可加二極管限幅電路。作用：a）使Uo∠0時的輸出更接近0；b）DZ有存儲效應，D的跳變速度快，使輸出接近矩形波。D※211.遲滯比較器(下行)特點:電路中使用正反饋和uo相連，而uo有兩個值，所以對應的U+就有兩個值。故閾值電壓就有兩個值。1、因為有正反饋，所以輸出飽和。2、當uo正飽和時(uo=+UOM)：Hom211+UURRRU+=+=3、當uo負飽和時(uo=-UOM)：Lom211+UURRRU+=+-=－++uoRR2R1uiU+（反相滯回比較器）23－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomU+HU+L設ui

,當ui=<U+L,

uo從-UOM+UOM這時,uo=-UOM,U+=U+L設初始值:

uo=+UOM,U+=U+H設ui,當ui=>U+H,

uo從+UOM-UOM遲滯比較器Hom211+UURRRU+=+=LU+24tuiU+HU+LtuoUom-Uom－++uoRR2R1uiU+遲滯比較器例:設輸入為正弦波,畫出輸出的波形。uoui0+Uom-UomU+HU+L假設開始時UO為UOM想想:假設開始時UO為–UOM?26－++uoRR2R1uiUR上下限（用疊加定理）uoui0U+HU+L傳輸特性+UOM-UOM遲滯比較器加上參考電壓后的遲滯比較器(下行)：U+=U-時所對應的ui值就是閾值是否閾值？27R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UR=9V當輸入ui為如圖所示的波形時，畫出輸出uo的波形。－++uoRR2R1uiURuoui0U+HU+L傳輸特性上下限：=10V=2V遲滯比較器例題：2V10V28滯回比較器可以組成矩形波、鋸齒波等非正弦信號發生電路，也可以實現波形變換。與單限比較器相比，滯回比較器的主要優點是抗干擾能力強。波形示意圖如右所示：tuI0uO0t正向門限電平+UZ-UZUT-UT+負向門限電平滯回比較器的主要優點30tuI0uO0t正向門限電平+UZ-UZUT-UT+負向門限電平干擾太大，滯回功能會失效31－++uoRR2R1uiURuoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomU+HU+L遲滯比較器遲滯比較器(下行)兩種電路傳輸特性的比較:320URRRuRRRom211i212=+++－++uoRR2R1ui0URRRRRRom211212=+-+ui當uo=-UOM當uo=+UOMui=ui=遲滯比較器2.遲滯比較器(上行)（同相滯回比較器）

令令uoU+-U-0+UOM-UOM以前學習的過零同相比較器33U+HU+Luoui0Uom-Uom傳輸特性曲線－++uoRR2R1ui上下門限電壓遲滯比較器34－++uoRR2R1uiUR上下門限電壓URURRRuRRRom211i212=+++當uo=+UOM當uo=-UOMURRRRRRom211212=+-+uiURUR

R2RR21++UR

R2RR21++加上參考電壓后的遲滯比較器(上行)：35－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1ui對照U+HU+Luoui0Uom-UomU+HU+Luoui0Uom-Uom加上參考電壓后的遲滯比較器(上行)傳輸特性：36

輸出電壓高電平UOH和低電平UOL的數值；閾值電壓的數值UH（U+H、U+L）；當ui

變化且經過UH時，uO躍變。躍變的方向決定于同相比較器還是反相比較器。

為了正確畫出電壓傳輸特性，必須求出以下三個要素：注意：37電壓比較器是一種常見的模擬信號處理電路，它將一個模擬輸入電壓與一個參考電壓進行比較，并將比較的結果輸出。比較器的輸出只有兩種可能的狀態：高電平或低電平，為數字量；而輸入信號是連續變化的模擬量，因此比較器可作為模擬電路和數字電路的“接口”。38在如圖所示電路中，R1=R2=5kΩ，基準電壓UREF=2V，穩壓管的穩定電壓UZ=±5V，輸入電壓為如圖所示的三角波，試畫出輸出電壓。[例1]電壓傳輸特性的趨勢.UT的具體值有待下面求得.無正反饋,單閾值39解：令uN=uP=0，則求出閾值電壓所以畫出輸出波形如圖所示：40141在左圖（a）所示電路中，已知R1=50kΩ，R2=100kΩ，穩壓管的穩定電壓UZ=±9V，輸入電壓uI的波形如右圖（a）所示，試畫出輸出電壓uo的波形。[例2]有正反饋,雙閾值42解：輸出高電平和低電平分別為UZ=±9V，閾值電壓畫出電壓傳輸特性如圖（c）所示。根據電壓傳輸特性便可畫出uo的波形，如圖（b）所示。從波形可以看出，uI的變化在±UT之間時，uo不變，表現出一定的抗干擾能力。兩個閾值電壓的差值愈大，電路的抗干擾能力愈強，但靈敏度變差；因此應根據具體需要確定差值的大小。三要素法：43設計一個電壓比較器，使其電壓傳輸特性如圖（a）所示，要求所用電阻值在20~100kΩ之間。※討論題3解：根據電壓傳輸特性可知，輸入電壓作用于同相輸入端，而且uo=UZ=±6V，UT1=UT2=3V，電路沒有外加基準電壓，故電路如圖（b）所示。求解閾值電壓的表達式：44所以，若取R1為25kΩ，則R2應取為50kΩ；若取R1為50kΩ，則R2應取為100kΩ。故本題有無問題？問題在哪里？請改正之！※45實驗中的加熱裝置可用一個100Ω/2W的電阻RT模擬，將此電阻靠近Rt即可。差動放大電路滯回比較器三極管放大電路如圖所示，它是由負溫度系數電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）Rt為一臂組成測溫電橋，其輸出經測量放大器放大后由滯回比較器輸出“加熱”與“停止”信號，經三極管放大后控制加熱器“加熱”與“停止”.改變滯回比較器的比較電壓UR即改變控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回寬度確定實例1請同學們自薦或推薦一兩名同學做此實驗46由上述分析可見差動放器輸出電壓u01經分壓后給A2組成的滯回比較器，與反相輸入端的參考電壓UR相比較。當同相輸入端的電壓信號大于反相輸入端的電壓時，A2輸出正飽和電壓，三極管T飽和導通。通過發光二極管LED的發光情況，可見負載的工作狀態為加熱。反之，當同相輸入信號小于反相輸入端電壓時，A2輸出負飽和電壓，三極管T截止，LED熄滅，負載的工作狀態為停止。調節RW4可改變參考電平，也同時調節了上下門限電平，從而達到設定溫度的目的。

電橋的主要功能是把微小的電壓變化或其他原因引起的電橋穩定性變化表現出來，這個電壓偏差可以是幾個微伏到幾千幾萬微伏，如果沒有電橋的穩定性功能是很難解決這些出現在個別元器件上的偏差的。加熱停止加熱47調整管取樣電路脈寬調制(PWM)電路開關調整管控制濾波頻率固定的三角波誤差放大續流iLUIuBT比較放大器比較器uE

A

CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基準電壓三角波發生器uT開關穩壓電源的基本工作原理一、串聯型開關穩壓電路組成框圖誤差放大器放大的是比較出來的結果.就是采樣和基準的誤差，所以比較放大器是放大比較出來的誤差。實例2481.

取樣環節：

R1、R2分壓提取取樣電壓uF（反饋電壓）2.

基準電壓環節：提供穩壓的基準電壓UREF3.

放大環節：比較放大器A1，放大差值（UREF－uF）4.

調整環節：調整管T由開關信號uB控制通斷，穩定輸出電壓UO詳解T-+495.

LC濾波器及續流二極管D：濾波和續流得到平穩的直流電壓。6.

脈寬調制比較器C：反相端接uT（三角波發生器的輸出），同相端接uA（比較放大器輸出），輸出開關信號uB驅動調整管。三角波發生器與比較器組成的電路稱為脈寬調制電路(PWM)T-+50當uB為高電平→T飽和、D截止，uE=UI,經LC濾波到負載RL同時iL↑時→L和C儲存能量當uB為低電平→T截止、D導通，uE＝－UD≈0，D續流→LC泄放能量給RL供電，輸出較平穩的直流電壓開關電源的工作原理T-+51工作波形—占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調制式(PWM)T-+52穩壓原理T-+53忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量:Vo的推算過程54實例3

比較器在D類放大器的應用PMOSNMOS從PWM波形中提取出放大后的音頻信號，需將D類放大器的輸出送入一個低通濾波器

55送入低通濾波器前的信號56:

求下圖所示電壓比較器的閾值，并畫出傳輸特性。課堂練習設UOH=12V，UOL=-12V，VD為理想二極管。1257輸入信號的頻譜圖濾波前輸出信號的頻譜圖濾波后輸出信號的頻譜圖582參考答案：上下閾值分別為：UO=UOH時，UD導通，UR=（10/30）*12+(20/30)*UTH1=9VUTH1=(9-4)(2/3)=7.5VUO=UOL時，UD截止，UTH2=9V為同相滯回比較器，傳輸特性如下，59UTH1=(30*2)/(10+30)+(10*6)/(10+30)=3VUTH2=(30*2)/(10+30)+[10*(-6)]/(10+30)=0V1參考答案:上下閾值分別為為反相滯回比較器其傳輸特性如下：60了解

7.4.3

雙限比較器（窗口比較器）其中：UA>UBRUAA1D1RUBA2D2uIuORLRRuO0uIUBUA下門限上門限單限比較器和滯回比較器在輸入電壓單一方向變化時，輸出電壓只躍變一次，因而不能檢測輸入電壓是否在兩個給定電壓VA、VB之間，而窗口比較器具有這一功能。其電路及傳輸特性曲線如右下圖所示：61由圖可知：當uI<UB時：A1的輸出端為低電平；A2的輸出端為高電平，則二極管D2導通，D1截止，輸出電壓uO為高電平。特性曲線如右圖所示：

雙限比較器的工作原理RUAA1D1RUBA2D2uIuORLRRuO0uIUBUA下門限上門限其中：UA>UB注意:連接高低通止下臺階上臺階UOA2UOA162當uI>UA時：A1的輸出端為高電平，A2的輸出端為低電平，則二極管D1導通，D2截止，輸出電壓uO也是高電平。

特性曲線如右圖所示：RUAA1D1RUBA2D2uIuORLRRuO0uIUBUA下門限上門限其中：UA>UB雙限比較器工作原理低高止通63當UB<uI<UA時；A1、A2的輸出端均為低電平，兩個二極管均截止，輸出電壓uO為低電平。特性曲線如右圖所示：RUAA1D1RUBA2D2uIuORLRRuO0uIUBUA下門限上門限其中：UA>UB雙限比較器工作原理64雙限比較器及其傳輸特性動畫65由兩個簡單比較器組成的窗口比較器（a）電路圖（b）傳輸特性注意:連接法66窗口比較器應用

——三極管

值分選電路用雙電壓比較器LM393設計一個β值分選電路，要求當被測三極管的β<150或β>250，LED不亮，表示不合格；當150<β<250，LED亮，表示合格。已知電源電壓Vcc=12V，三極管集電極電阻R2=2K。uO0uIU2U1下門限上門限671、根據題意要求，設計與計算Rb的阻值，調節W1使Rb回路總阻值等于設定值并連接好電路。2、根據Rb取值和被測晶體管

值范圍計算出Uc的正常范圍，按照Uc的變化范圍在萬用表幫助下調節W2、W3到設定的上限UREF1與下限電壓UREF2。3、測量被測三極管的靜態直流電壓并記錄，判斷三極管是否處于放大狀態，如不是放大狀態則檢查電路是否連接有誤或Rb取值設計不當，裝入一些已知直流

值的晶體三極管，驗證電路工作情況。68單限比較器：電路只有一個閾值電壓，輸入電壓uI逐漸增大或減小過程中，當通過UT時，輸出電壓uO產生躍變，從高電平UOH躍變為低電平UOL，或者從UOL躍變為UOH。滯回比較器：電路有兩個閾值電壓，輸入電壓u