電壓比較器的應(yīng)用

零交比較器

零交比較器的功能是將輸入信號(hào)與零電位進(jìn)行比較，測(cè)定輸入電壓是大于零還是小于零，用輸出電壓是高或低電平給出判斷的結(jié)果。圖5.4-63示出了零交比較器的電路。

圖5.4-63的零交比較器，是同相端接地，反相端接輸入信號(hào)，相對(duì)零電平進(jìn)行比較。對(duì)圖5.4-63的零交比較器，又稱為反相零交比較器，若將圖5.4-63中輸入信號(hào)加在同相端，使反相接地，就得到了同相零比較器。

實(shí)際上，由于運(yùn)放輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響，使輸入信號(hào)U1在稍許偏離零的電壓上發(fā)生切換。如圖5.4-62所示。所以在實(shí)際應(yīng)用中，使用調(diào)零電路對(duì)失調(diào)進(jìn)行補(bǔ)償，才能使信號(hào)在0V時(shí)比較器切換。調(diào)零電路吸能在一定溫度下，對(duì)失調(diào)進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)由于溫漂引起的失調(diào)還會(huì)使切換點(diǎn)發(fā)生稍許偏移。

圖5.4-64示出了有補(bǔ)償失調(diào)的零交比較器和用零交比較器用作整形電路的波形圖。

任意電平比較器

1、雙端輸入式電壓比較器

圖5.4-65為雙端輸入式比較器。將基準(zhǔn)電壓UR加在運(yùn)放的同相端，比較信號(hào)U4加在反相端。實(shí)現(xiàn)電壓比較。當(dāng)UR為零時(shí)，就成為零交比較器。其工作原理與零交比較器相同，只是切換點(diǎn)電壓不是0V而是基準(zhǔn)電壓UR的值。當(dāng)U1大于UM時(shí)，比較器輸出作出0的響應(yīng)。

2、單端輸入式電壓比較器

單端輸入式比較器是將輸入信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)都加在比較器的反相端，使電路工作在反相輸入狀態(tài)，輸入信號(hào)將不引進(jìn)共模電壓，因此，特別適用于基準(zhǔn)電平超過運(yùn)放共模電壓范圍的情況。圖5.4-66示出了單端輸入式比較器的電路。

該電路的門限電位為

由此得出

由式可知，改變R2/R1的比值，或者改變基準(zhǔn)電壓UR，都能方便地調(diào)節(jié)門限電位。

該電路缺點(diǎn)是輸入阻抗低，當(dāng)R2/R1的值比較大時(shí)，失調(diào)電壓U10及其溫漂對(duì)電路的影響也變大。

電平滯后比較器

圖5.4-67是反相型滯后比較器。由圖中可以看出，引進(jìn)正反饋后，使電路產(chǎn)生兩個(gè)門限電壓UTH和-UTH，它們是使比較器翻轉(zhuǎn)的切換點(diǎn)。UTH和-UTH的差值△UTH是門限寬度，即是滯后電壓。忽略運(yùn)放的失調(diào)，用疊加原理可得雙向翻轉(zhuǎn)閥值為

由上式可見，改變UR可調(diào)節(jié)閥值而不影響滯后電壓，就使設(shè)計(jì)者有了根據(jù)預(yù)計(jì)的最大噪聲電壓的值而選較比其大些的門限寬度△UTH，使電路具有一個(gè)等于門限寬度的內(nèi)建抗噪聲度。每當(dāng)比較器切換， 小于門限寬度的干擾將不會(huì)引起再切換，不會(huì)造成錯(cuò)誤的動(dòng)作。這一優(yōu)越的特性，使有滯后特性的比較器成為用途最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的一種電路。

圖5.4-67中的二極管VD和穩(wěn)壓管VZ是后級(jí)電路電平需要所加的反饋限幅元件，C1是加速電容，超加速轉(zhuǎn)換過程，減小比較器響應(yīng)時(shí)間的作用。為了得到最小的失調(diào)誤差，應(yīng)使R1=R2||R1。

圖5.4-67B示出了這種電平滯后比較器的傳輸特性圖，由圖中看出具有下行遲滯特性，簡(jiǎn)稱下行特性，又稱下行遲滯比較器。

如將圖5.4-67的U1和UR對(duì)換，經(jīng)上述同樣的分析，則遲滯特性將由下行特性變成上行特性，又稱上行遲滯特性由下行特性變成上行特性，又稱上行遲滯比較器。

窗口電壓比較器

窗口電壓比較器如圖5.4-68所示。圖中比較器A1的同相端設(shè)置在參考上限電平UH=UL+KUZ上，比較器A2的反相端設(shè)置在參考下限電平UL上。同一輸入信號(hào)加在兩個(gè)比較器上，與兩個(gè)參考電平同時(shí)比較，可以看出，只有當(dāng)UL﹤U1﹤UH時(shí)，兩個(gè)比較器輸出均是高電平，把兩個(gè)比較器輸出均是高電平，把兩個(gè)比較器輸出“與”起來(lái)，輸出UO也是邏輯電平1。這種情況只有在UL﹤U1﹤UH范圍內(nèi)才會(huì)發(fā)生。這個(gè)電路產(chǎn)生了一個(gè)窗口范圍，它用邏輯1輸出來(lái)表明輸入信號(hào)落在UL和UH所予定的范圍之中。當(dāng)U1﹤UL或U1﹥UH時(shí)，輸出邏輯電平是零，說明輸入信號(hào)落在窗口之外。所以窗口電壓比較器廣泛用于分選和自動(dòng)控制系統(tǒng)中。