电压比较器工作原理及设计应用.docx
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电压比较器工作原理及设计应用
電壓比較器工作原理及設計應用
電壓比較器(以下簡稱比較器)是一種常用的積體電路。
它可用於報警器電路、自動控制電路、測量技術,也可用於V/F變換電路、A/D變換電路、高速採樣電路、電源電壓監測電路、振盪器及壓控振盪器電路、過零檢測電路等。
什麼是電壓比較器
簡單地說,電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小(也有兩個數字電壓比較的,這裏不介紹),並判斷出其中哪一個電壓高,如圖1所示。
圖1(a)是比較器,它有兩個輸入端:
同相輸入端(“+” 端) 及反相輸入端(“-”端),有一個輸出端Vout(輸出電平信號)。
另外有電源V+及地(這是個單電源比較器),同相端輸入電壓VA,反相端輸入VB。
VA和VB的變化如圖1(b)所示。
在時間0~t1時,VA>VB;在t1~t2時,VB>VA;在t2~t3時,VA>VB。
在這種情況下,Vout的輸出如圖1(c)所示:
VA>VB時,Vout輸出高電平(飽和輸出);VB>VA時,Vout輸出低電平。
根據輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。
如果把VA輸入到反相端,VB輸入到同相端,VA及VB的電壓變化仍然如圖1(b)所示,則Vout輸出如圖1(d)所示。
與圖1(c)比較,其輸出電平倒了一下。
輸出電平變化與VA、VB的輸入端有關。
圖2(a)是雙電源(正負電源)供電的比較器。
如果它的VA、VB輸入電壓如圖1(b)那樣,它的輸出特性如圖2(b)所示。
VB>VA時,Vout輸出飽和負電壓。
如果輸入電壓VA與某一個固定不變的電壓VB相比較,如圖3(a)所示。
此VB稱為參考電壓、基準電壓或閾值電壓。
如果這參考電壓是0V(地電平),如圖3(b)所示,它一般用作過零檢測。
比較器的工作原理
比較器是由運算放大器發展而來的,比較器電路可以看作是運算放大器的一種應用電路。
由於比較器電路應用較為廣泛,所以開發出了專門的比較器積體電路。
圖4(a)由運算放大器組成的差分放大器電路,輸入電壓VA經分壓器R2、R3分壓後接在同相端,VB通過輸入電阻R1接在反相端,RF為回饋電阻,若不考慮輸入失調電壓,則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關係式為:
Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。
若R1=R2,R3=RF,則Vout=RF/R1(VA-VB),RF/R1為放大器的增益。
當R1=R2=0(相當於R1、R2短路),R3=RF=∞(相當於R3、RF開路)時,Vout=∞。
增益成為無窮大,其電路圖就形成圖4(b)的樣子,差分放大器處於開環狀態,它就是比較器電路。
實際上,運放處於開環狀態時,其增益並非無窮大,而Vout輸出是飽和電壓,它小於正負電源電壓,也不可能是無窮大。
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