1電壓比較器運(yùn)放有兩個(gè)工作區(qū)：線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)。運(yùn)算電路使用的是運(yùn)放的線性區(qū)電壓比較器使用的是運(yùn)放的非線性區(qū)注意：在運(yùn)算電路中所使用的“虛地”概念在非線性條件下不滿足；只在臨界狀態(tài)時(shí)才可使用。2一、概述1、概念及構(gòu)成

通過對(duì)兩輸入電壓的相對(duì)比較，在輸出端得到高電平或低電平結(jié)果的電路器件。vovi0+Uom-UomVREFuo與ui的函數(shù)關(guān)系uo=f(ui)稱為電壓傳輸特性。引起uo發(fā)生跳變得參考電壓稱為閾值電壓（或門檻電壓），記為uT。3若

UiP<UiN

，則VO=VOL+Uom-UomVREFvovi0閾值電壓2.基本工作原理及分析方法運(yùn)放在理想情況下：Aod＝∞，Iid＝0，UiP=UiN在開環(huán)狀態(tài)下：完整的電壓比較器電路：如果電路接成正反饋形式也可得到同樣效果。若

UiP>UiN

，則VO=VOH4

對(duì)比較器電路的分析不能像對(duì)放大電路和運(yùn)算電路的方法。一般的分析方法是集中在輸出跳變得瞬間所對(duì)應(yīng)的ui來分析uo與ui的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這時(shí)可認(rèn)為電路滿足uiP=uiN，iP=iN=0，ui=uT。

一般電壓比較器按uT的不同和連接方式的不同可以有：?jiǎn)伍T限比較器滯回比較器窗口比較器5二、單門限比較器只有一個(gè)閾值電壓uT的比較器，傳輸曲線如圖。+UoH-UoLVTvovi0若

Ui>UT

時(shí)，VO=VOH

若

Ui<UT

時(shí)，VO=VOL根據(jù)uT的取值不同可分為過零比較器和一般門限比較器。1、過零比較器

過零比較器用途非常廣泛，在交流調(diào)壓、電氣控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用。根據(jù)所接輸入端得不同可以有同相過零比較器和反相過零比較器。6uoui0+UOM-UOM同相、反相過零比較器:uoui0+UOM-UOMuiuouT=0uouiuT=072、一般門限比較器當(dāng)uT≠0條件下構(gòu)成的比較器，有兩種電路形式。uREF為參考電壓，根據(jù)比較器在臨界狀態(tài)條件可求得電路的閾值電壓。圖1：圖18圖2：圖2uT應(yīng)用：電平顯示器、逐次比較A/D等。+UoH-UoLVTvovi09++uouituituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā栴}：若反相端不是接地，而是接參考電壓VREF，輸出波形會(huì)有什么樣的變化？10三、滯回比較器（施密特觸發(fā)器）

單門限電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高。但抗干擾能力差，如輸入電壓在uT附近時(shí)會(huì)造成uo反復(fù)跳動(dòng)，造成比較器工作不穩(wěn)定。

為解決這一問題，可將比較器設(shè)置兩個(gè)閾值，只要干擾信號(hào)不超過這兩個(gè)閾值比較器就不會(huì)跳變，從而提高比較器的抗干擾能力。利用這種思想設(shè)計(jì)出來的電壓比較器稱為滯回比較器。或稱施密特觸發(fā)器。1、電路構(gòu)成

如圖所示，電路是在單門限比較器基礎(chǔ)上增加了正反饋電路實(shí)現(xiàn)的。112、估算閾值按臨界條件下的比較器狀態(tài)來計(jì)算。在臨界跳變時(shí)根據(jù)疊加原理，有由于uP=uN，故此時(shí)uP對(duì)應(yīng)的ui即為uT，而uT又與uo的初始狀態(tài)有關(guān)，uo=±uz，故1）反相端輸入12uoui0+Uz-UzUT1UT2電壓傳輸特性如圖所示。當(dāng)uR=0時(shí)，傳輸特性即為如圖曲線；當(dāng)uR≠0時(shí)，傳輸特性曲線將水平移動(dòng)；當(dāng)uZ改變時(shí)，傳輸特性曲線垂直移動(dòng)。特點(diǎn)：輸出端從高電平跳變到低電平對(duì)應(yīng)的閾值電壓與從低電平跳變到高電平對(duì)應(yīng)的閾值電壓不同！13tuiU+HU+LtuoUom-Uom例:設(shè)輸入為正弦波,畫出輸出的波形。－++uoRR2R1uiU+141516172）滯回比較器(同相端輸入)根據(jù)疊加原理，有在臨界跳變時(shí)UT1UT2uoui0UZ-UZ18四、窗口比較器

單門限比較器和滯回比較器有一個(gè)共同特點(diǎn)就是當(dāng)ui單方向變化時(shí)，uo只會(huì)有一次跳變。如果希望檢測(cè)ui是否在兩給定電壓之間時(shí)就可以采用窗口比較器。1、電路構(gòu)成uOuIURLURHUOH

窗口比較器的特點(diǎn)是ui單方向變化時(shí)可以使uo產(chǎn)生兩次跳變。其電壓傳輸特性如圖。19

該電路由兩個(gè)單門限比較器接成同相、反相輸入形式構(gòu)成的。

圖中使uRH>uRL，D1、D2作用是防止電流回流損壞運(yùn)放，電阻、穩(wěn)壓管為限流和電平匹配設(shè)置。2、工作原理及閾值特性20結(jié)論：（1）在電壓比較器中，集成運(yùn)放一般是工作在非線性區(qū)，輸出電壓一般為正、負(fù)最大值。（2）一般用電壓傳輸特性來描述電壓比較器中的輸出、輸入電壓間的函數(shù)關(guān)系。（3）電壓傳輸特性的決定因素為輸出電壓的高低電平、閾值電壓及其跳變方向。自學(xué)“集成電壓比較器”21作業(yè)：P46515、1622主要學(xué)習(xí)：1、了解常見非正弦波形2、方波發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)及頻率的計(jì)算3、三角波及鋸齒波發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)及頻率的計(jì)算4、進(jìn)一步理解電壓比較器及其應(yīng)用8-3非正弦波發(fā)生電路23特點(diǎn):時(shí)間的函數(shù);幅值變化有突變點(diǎn)。無法用初等函數(shù)進(jìn)行描述。方波:矩形波:尖頂波:鋸齒波:鐘形波:梯形波:階梯波:幾種常見的非正弦波三角波:241.電路結(jié)構(gòu)一、方波發(fā)生器反相輸入的遲滯比較器，輸出經(jīng)積分電路再輸入到此比較器的輸入端。上下限:－++RR1R2Cucuo252.工作原理：(1)設(shè)uo

=

+UOM,此時(shí)，輸出給C充電,uc

則：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦uc>U+H

,就有u->u+,在uc<U+H

時(shí)，u-

<u+,uo

立即由＋UOM

變成－UOM

,設(shè)uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UOM不變UOM26此時(shí)，C

經(jīng)輸出端放電,再反向充電(2)當(dāng)uo

=

-UOM時(shí)，u+=U+Luc達(dá)到U+L時(shí)，uo上翻－++RR1R2C+ucuoU+HuctU+L當(dāng)uo

重新回到＋UOM

以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。-UOM270U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期與頻率的計(jì)算：－++RR1R2C+ucuof=1/T此期間是分析問題時(shí)的假設(shè),實(shí)際上用示波器觀察波形時(shí)看不到這段波形.28周期與頻率的計(jì)算：－++RR1R2C+ucuo0U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2TT=T1+T2=2T2，因正反向充電條件一樣T1=T2。uc(t)=UC(

)+

UC(0+)-UC(

)e,=RC-t

T2階段uc(t)的過渡過程方程為:290U+HuctU+L+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC(

)+

UC(0+)-UC(

)e,=RC-t

UC(0+)=UC(

)=+UOMt=T2時(shí),uc(t=T2)=周期與頻率的計(jì)算：)21ln(21RRRCT2+=30方波（非正弦波）發(fā)生器原理1、電路中必須有開關(guān)特性的器件。可以是電壓比較器、集成模擬開關(guān)、TTL與非門等。2、反饋網(wǎng)絡(luò)。它的作用是通過輸出信號(hào)的反饋，改變開關(guān)器件的狀態(tài)。3、延遲環(huán)節(jié)。用RC電路的充放電來實(shí)現(xiàn)。4、其他輔助部分如積分電路等。在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》中也有利用這些原理實(shí)現(xiàn)方波發(fā)生器31思考題：點(diǎn)b是電位器RW

的中點(diǎn)，點(diǎn)a

和點(diǎn)c

是b的上方和下方的某點(diǎn)。試定性畫出點(diǎn)電位器可動(dòng)端分別處于

a、b、c

三點(diǎn)時(shí)的uo-uc

相對(duì)應(yīng)的波形圖。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc設(shè)Rwa>RwcUOMuo0t-UOM此即為占空比可調(diào)的方波發(fā)生電路或稱矩形波發(fā)生電路32反向積分器方波發(fā)生器二、三角波發(fā)生器矩形波經(jīng)積分電路便可產(chǎn)生三角波，但是此電路要求前后電路的時(shí)間常數(shù)配合好，不能讓積分器飽和。－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2三角波發(fā)生器電路1:33

三角波發(fā)生器(續(xù))UOMuo10t-UOM－++R1R3R4C1uc_uo-+++C2R5R2uo134反相積分器反相輸入的遲滯比較器－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1特點(diǎn):由上行的遲滯比較器和反相積分器級(jí)聯(lián)構(gòu)成,遲滯比較器的輸出作為反相積分器的輸入,反相積分器的輸出又作為遲滯比較器的輸入.三角波發(fā)生器電路2:35－++uoRR2R1ui上下門限電壓反相輸入的遲滯比較器U+HU+Luoui0Uom-Uom反相積分器ui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uomuo-++CRRui回顧:36－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1(1)設(shè)t=0時(shí),uo1=+UOM,uc(0)

=0,uo=0u1+u1+=o212uRRR+o1211uRRR++=OM211URRR+>u1-=0,uo1保持+UOMUOMuo10t-UOM三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):37－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(2)t=0~t1:uo1(0)

=+UOM,uo(0)

=0ò-=dtuRC1uo1o=-OMURCtt=t1:uo(t=t1)=OM21LURRU-=+uo1從+UOM

-UOMt1UOMuo10t-UOMU+LU+Huo(a)(b)21RCRRt1=將(b)式代入(a)式,可解出:三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):38－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1u1+(3)t=t1~t2:uo1(t1)

=-UOM

,uo(t1)

=U+L

t=t2:uo(t=t2)=OM21HURRU=+uo1從-UOM

+UOM21RCRRt2=3可解出:UOMuo10t-UOMt1U+LU+Huo=uo(t1)

uò-dt=uRC1o1o+OMURC(t-t1)OM21URR-t1tt2三角波發(fā)生器電路2(續(xù)):39(4)t=t2~t3:uo1(t2)

=+UOM

,uo(t2)

=U+H

t=t3:uo(t=t3)=OM21+LURRU=-uo1從+UOM

-UOM21RCRRt3=5可解出:=uo(t2)

uò-dt=uRC1o1o-OMURC(t-t2)OM21URRt2t－++－