電壓比較器

電壓比較器

電壓比較器是對輸入信號進行鑒別與比較的電路,是組成非正弦波發生電路的基本單元電路。常用的電壓比較器有單限比較器、滯回比較器、窗口比較器、三態電壓比較器等。

電壓比較器它可用作模擬電路和數字電路的介面,還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變為同頻率的方波或矩形波。

工作原理


電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器。
電壓比較器的功能:比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平,表示兩個輸入電壓的大小關係):
當”+”輸入端電壓高於”-”輸入端時,電壓比較器輸出為高電平;
當”+”輸入端電壓低於”-”輸入端時,電壓比較器輸出為低電平;
可工作在線性工作區和非線性工作區。
工作在線性工作區時特點是虛短,虛斷;
工作在非線性工作區時特點是跳變,虛斷;
由於比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態,所以其中的集成運放常工作在非線性區。從電路結構上看,運放常處於開環狀態,又是為了使比較器輸出狀態的轉換更加快速,以提高響應速度,一般在電路中接入正反饋。

功能改進


簡單的電壓比較器結構簡單,靈敏度高,但是抗干擾能力差,因此我們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有:滯回比較器和窗口比較器。

產品特點


運放是通過反饋迴路和輸入迴路的確定“運算參數”,比如放大倍數,反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋,直接比較兩個輸入端的量,如果同相輸入大於反相,則輸出高電平,否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量,而輸出是開關(高低電平)量。一般應用中,有時也可以用線性運算放大器,在不加負反饋的情況下,構成電壓比較器來使用。

運算放大器


運算放大器採用差分輸入,而且具有較高增益,這與比較器的特性相似,所以在實際應用中可以作為低性能比較器使用。
理論上一個開環組態(無負反饋)的運放可以發揮低端比較器的作用。當正相輸入端(V+)的電壓高於反相輸入端(V-)時,由於運放較高的開環增益,在輸出端輸出一個正向飽和電壓+Usat。當反相輸入端(V-)的電壓高於正相輸入端(V+)時,在輸出端輸出一個反向飽和電壓-Usat。而對工作在線性段負反饋組態、由分離電壓供電(±V)的運放而言,其傳遞函數可寫作:,這與非線性無負反饋的比較器不同。
實踐中,與使用專用比較器相比使用運放比較器有以下缺點:
● ● 運放被設計為工作在有負反饋的線性段,因此飽和的運放一般有較慢的翻轉速度。大多數運放中都帶有一個用於限制高頻信號下壓擺率的補償電容。這使得運放比較器一般存在微秒級的傳播延遲,與之相比專用比較器的翻轉速度在納秒量級。
● ● 運放沒有內置遲滯電路,需要專門的外部網路以延遲輸入信號。
● ● 運放的靜態工作點電流只有在負反饋條件下保持穩定。當輸入電壓不等時將出現直流偏置。
● ● 比較器的作用為數字電路產生輸入信號,使用運放比較器時需要考慮與數字電路介面的兼容性。
● ● 多節運放的不同頻率間可能產生干擾。
● ● 許多運放的輸入端有反向串聯的二極體。運放兩極的輸入一般是相同的,這不會造成問題。但比較器的兩極需要接入不同的電壓,這就可能導致意想不到的二極體的擊穿。