集成运放组成的电压比较器.docx

1.功能及应用：主要用来判断输入信号电位之间的相对大小，它至少有两个输入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号Ui，另一个则接基准电压VR定门限电压(或称阀值)的UT。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的矩形波，应用于模－数转换，波形产生及变换，及越限警等。
2.运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，Ui数量级，为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1，请注意横、纵坐标标度的不同

(1)从途中可化称
(2)若Ui发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性区
时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存在。
(3)若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。
(4)若用正反馈使Aod↑，则可缩短状态的转换时间。
3.分类：
(1)单限比较器
(2)迟滞比较器(Schmitt)
(3)双限比较器(窗口比较器)
二.单限比较器
1.Ui与UR

ΔUi>URUo=+Uom
ΔUi<URUo=-Uom
ΔUi=URUo发生翻转(或称突变)
UT=UR谶纬门限电压或阀值，若UR=0称为过零比较器
Δ当Ui与UR互换位置，此时Uo以Ui=UR为对称轴与交换量对称。
2.Ui与UR并联在运放同一输入端时的开环并接比较器

Δ在同相端可作Therenin等效

当Uoc>0时，即Uo=+Uom
当Uoc<0时，即Uo=-Uom
可见
Δ若把运放的同相端与反相端互换，则与图8.2.2(b)类同
三.迟滞比较器(正反馈比较器)
其特点抗干扰能力较强。在单限比较器种，如果Ui受到干扰，在阀值附近回出现Ui+ΔUi(干扰信号多出现在阀值电压上，下波动，以致出现条纹误翻转，而迟滞比较器利用其传输特性的回差电压，输入的干扰信号不能使状态误翻转。
1.两种迟滞比较器的传输特性

动画演示
迟滞比较器在单调区间内只能变化一次；
对于反相：Ui从小变到大时，Uo一直为高电平，只有当Ui到达上门限电压时，Uo翻转为低电平，之后随着Ui不断增大，Uo始终为低；在Ui减小时，必须减到下门限电压时，Uo才会翻转为高电平
对于同相：Ui从小变到大时，Uo一直为低电平，只有当Ui到达上门限电压时，Uo翻转为高电平，之后随着Ui不断增大，Uo始终为高；在Ui减小时，必须减到下门限电压时，Uo才会翻转为低电平

Δ同相型：Ui接运放同相端
反相型：Ui接运放反相端
Δ均由二根传输特性(1)，(2)合成，同相型.当Ui从低值↑≥UTH，Uo从UOL↑UOH；当Ui从高值↓≤UTL时，Uo从UOH↓UOL。反相型则类同。
ΔUTH，UTL为二个阀值，ΔUT(回差)＝UTH－UTL
Δ|UOH|=|UOL|或|UOH|≠|UOL|根据输出是否有箝位电路而定。
2.二种基型迟滞比较器
(1)反相型迟滞比较器

Ui=U－，Uo被箝位在±UZ，避免运放计入过饱和。
假设Ui在足够低时，Ui<U+，Uo=Uoff=+UZ(始终稳定)
此时
Δ当Ui从低值↑若Ui≥U+时，Uo从+UZ↓-UZ
此时
Δ当Ui从高值↓至Ui≤，Uo从-UZ↑+UZ
Δ门限宽度ΔUT=UTH-UTL=
Δ当UR=0时，
ΔUi无论从足够低或足够高单调增加或单调减少，Uo仅翻转一次，即过了阀值后就维持在一种稳态。因为当过阀值电压后，Uo从低变为高或从高变为低了，正反馈到Ur（Uth）端，使该阀值电压变高或变低了。只要门限宽度ΔUT=UTH-UTL
幅度大于UI在阀值电压波动的幅度，Uo就不会翻转了，所以比单限比较器抗干扰能力强多了。

注××××××：Ui和Ur的位置应该互换一下
UTL=U－
设Ui足够低，使U+<U－=UR，Uo=UoL=-UZ(初始稳态)
若要使Uo从-UZ上升到+UZ，必须使Ui↑，以致使U+≥U－=UR才行，而此时对应UR的Ui=UTH
Δ当Ui从低值↑，使
即此时Uo从-UZ↑+UZ
Δ当Ui从高值↓，使时所对应的Ui=UTL

即此时Uo从+UZ↓-UZ

同上面反相型类同，Ui单调升或单调降，Uo只改变一次状态，过了阀值后只维持在一种稳态上。
我的理解：首先求出阀值电压；阀值电压是在放大器处在线性区域时求得的，不过在正反馈中，线性区域很窄。在该区域，才可以用到虚断和虚短的概念。
（在正反馈状态下，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似等于0，才能用到虚断和虚短的）
Vp=Vn=Ur
Vr=R1*Ui/(R1+R2)+R2*Uo/(R1+R2)（1）
而