用比较器LM393来实现AD转换
用比较器LM393来实现A/D转换
1.放大器部分，简单的检波，放大，假设得到信号S。
2.LM393右半边那个电压比较器，即2Out->P34，是用S与GND比较得到的输出结果，输出端加了个上拉。
3.LM393左半边那个电压比较器，即1Out-〉P15，就有点复杂，从逻辑上讲：
S P12 P13 1out
0 0 0 0
1 0 0 1
0 1 0 0
1 1 0 0
0 0 1 0
1 0 1 1
0 1 1 0
1 1 1 0
其实从左到右4个三极管起的主要作用是开关作用而已，分别称为Q1,Q2,Q3,Q4.
通过放大器放大后的信号S接在Q1基极
当Q1导通，Q2导通的时候，Vin+=GND+0.7V
当Q1断开，Q2导通的时候，Vin+=GND
当Q1导通，Q2断开的时候，Vin+=Vcc
当Q1断开，Q2断开的时候，Vin+=GND
Q3一直导通
Q4导通的时候，Vin-=GND+0.7V
Q4断开的时候，Vin-=Vcc-0.7V-0.7V（两个二极管的压降）
值得讨论的是当 Q1,Q2,Q4都导通的时候，似乎Vin+与Vin-相等
用普通单片机实现低成本高精度A/D与D/A转换（之一）
摘要：用普通单片机实现低成本的多路A/D与D/A转换，其转换结果为8bit或更高。
关键词：单片机 A/D转换 D/A转换 PWM（脉冲宽度调制）比较器
目前单片机在电子产品中已得到广泛应用，许多类型的单片机内部已带有A/D转换电路，但此类单片机会比无A/D转换功能的单片机在价格上高几元甚至很多，本文给大家提供一种实用的用普通单片机实现的A/D 转换电路，它只需要使用普通单片机的2个I/O脚与1个运算放大器即可实现，而且它可以很容易地扩展成带有4通道A/D转换功能，由于它占用资源很少，成本很低，其A/D转换精度可达到8位或更高，因此很具有实用价值。
其电路如图一所示：
图一
其工作原理说明如下：
1、硬件说明：
图一中“RA0”和“RA1”为单片机的两个I/O脚，分别将其设置为输出与输入状态，在进行A/D转换时，
在程序中通过软件产生PWM，由RA0脚送出预设占空比的PWM波形。RA1脚用于检测比较器输出端的状态。R1、C1构成滤波电路，对RA0脚送出的PWM波形进行平滑滤波。RA0输出的PWM波形经过R1、C1滤波并延时后，在U1点产生稳定的电压值，其电压值U1=VDD*D1/（D1+D2），若单片机的工作电压为稳定的+5V，则U1=5V*D1/（D1+D2）。
图一中的LM324作为比较器使用，其输入负端的U1电压与输入正端的模拟量电压值进行比较，当U1大于模拟量输入电压时，比较器的输出端为低电平，反之为高电平。
2、A/D转换过程：
如果使RA0输出PWM波形，其占空比由小到大逐渐变化，则U1的电压会由小到大逐渐变化，当U1电压超过被测电压时，比较器的输出端由高电平变为低电平，因此可以认为在该变化的瞬间被测的模拟量与U1的电压相等。
由于U1的电压值=VDD*D1/（D1+D2），当VDD固定时，其电压值取决于PWM波形的占空比，而PWM的占空比由单片机软件内部用于控制PWM输出的寄存器值决定，若软件中用1个8位寄存器A来存放RA0输出的PWM的占空比值D1，因此在RA1检测到由“1”变为“0”的瞬间，A寄存器的值D1即为被测电压的A/D转换值，其A/D转换结果为8位。如果用16位寄存器来作输出PWM的占空比，则A/D转换值可达到16位。
3、A/D转换误差分析及解决办法：
A/D转换的误差主要由以下几个方面决定，分别说明如下：
（1）单片机的电源电压VDD：在该A/D转换中，VDD电压是造成A/D转换误差的主要原因，如果使VDD电压精度做到较高，则A/D转换误差可以做到很小，在VDD电压精度为0.5%情况下，实际的A/D转换误差小于1%。
（2）软件产生的PWM占空比：若用于产生PWM的软件设计不良，会使存放占空比的寄存器值与实际输出的PWM占空比不一致，这会导致测量误差。
（3）比较器输入端的失调电压：该电压对A/D转换精度有一定影响，但影响较小。
（4）RC滤波电路的纹波：在R1、C1取值不当的情况下，U1处的电压纹波较大，并且延时时间不够，会使A/D转换产生误差，因此R1、C1取值不能太小，但太大又会影响A/D转换速度，推荐使用图一中所示的R1、C1参数，在纹波合理的情况下，其转换误差也可通过软件消除。
A/D转换误差的解决办法：
（1）对VDD造成的误差，只能通过提高VDD电压精度来解决，它相当于A/D转换的基准电压。
（2）对于软件中PWM设计不良导致的误差，可修改软件进行解决，本文提供了用软件产生PWM的程序流程图，实际使用中可按此流程设计程序。
（3）对比较器及RC滤波电路的纹波导致的误差，在软件中可通过上、下检测法进行消除，即先将PWM的
占空比由小到大变化，使U1电压由低往高逐渐变化，在比较器输出端变化时记录其A/D转换值，再将PWM 的占空比由大到小变化，使U1电压由高到低变化，在比较器输出端变化时记录其A/D转换值，将两次的
A/D转换值进行平均，可有效地消除这两种误差。
（4）对A/D转换值进行数字滤波，如多次转换求平均值等。数字滤波消除误差的方法很多，在此不再赘述。
4、A/D转换速度及提高办法：
由于该A/D转换是通过PWM滤波后再进行比较来完成的，其PWM的产生与滤波都需要一定的时间，因此其A/D转换速度较慢，适用于对A/D转换速度要求不高的产品中，其A/D转换速度取决于以下几个方面：（1）单片机的运行速度：单片机的运行速度越高则PWM的频率可以越高， RC值就可以取得越小，其延时时间也可以更短，转换速度就更快。
（2）被测电压值的大小：由于U1电压时是由小到大逐渐加大的，当被测电压值较小时，U1电压上升到相应值的时间就越短，完成A/D转换的速度就越快。
（3）初始占空比：初始占空比越高，U1电压较大，其上升到被测电压值的时间也就会越短，完成A/D转换的速度也就越快。
由上所述，A/D转换的速度可以通过提高单片机的工作频率，并在预知被测电压范围时尽可能地设置较高的初始占空比值来加快转换速度，如果所要求的 A/D转换精度要求不高，还可以在软件中缩短PWM输出的延时时间来提高A/D转换速度。若单片机带有外部电平变换中断和定时器中断，其A/D转换的精度和速度还可以得到提高。
5、输入电压的测量范围：
A/D转换的输入电压测量范围为0V至单片机的电源电压（VDD），若需要提高被测电压范围，可将输入电压通过电阻分压后进行测量，但其A/D转换的误差会受分压电阻影响。
6、A/D转换通道的多路扩展：
图中所用的运算放大器为LM324，该集成电路内部带有4个运放，其余3个运放的输入端可分别作为另外3个A/D转换通道，其输出端与单片机连接，在软件上略作修改，就可以在不增加成本的情况下实现4路A/D 转换。
7、用同样的工作原理实现D/A转换：
如图二所示，可使该电路很容易地只用单片机的一个I/O脚实现D/A转换功能。其输出的模拟量电压
Vout=VDD*D1/（D1+D2）。该输出电压带有纹波，当RC值足够大时，该纹波值几乎为零，可忽略不计。
图二
8、单片机的A/D转换软件程序流程图：
用普通单片机实现低成本A/D转换（二）
摘要：用普通单片机实现低成本的多路A/D转换。
关键词：单片机 A/D转换比较器计时器
在此前笔者曾介绍了普通单片机实现低成本A/D转换的一种方法，在实际使用中还有其它的不少方法可以实现低成本A/D转换，在本文中我们继续为电子设计者们提供又一种A/D转换方法，该方法同样占用较少的单片机资源，成本也很低，仍然有很强的实用性，该电路曾在锂离子电池充电器中作A/D转换使用，效
果良好。
其电路如图一所示：
图一
其工作原理说明如下：
1、硬件电路说明：
图一中的R1和N1（TL431）产生一个2.495V的稳定电压，作为A/D转换比较基准。R2、V1、VD1、VD2和R3构成一个恒流源电路给C1充电，C1上的电压与恒流源的电流大小及充电时间成正比。MC74HC4051为8选1模拟开关，其输入通道由单片机控制来选择。LM393作为比较器，当C1上的电压由低到高上升到超过模拟开关输出电压时，其输出端会从低电平转变为高电平。“RA0”、“RA1”和“RA2”为单片机的3个 I/O 脚，RA0设置为输入状态，用于检测比较器输出电平变化，RA1和RA2设置为输出状态，RA1输出高电平时，V2导通，用于将C1上的电荷放空， RA2用于选择模拟开关的输入通道。
2、A/D转换过程：
首先RA2输出低电平，使模拟开关选择X0（基准电压）作为输入，RA1输出高电平，使V2导通将C1上的电量放完，然后使RA1输出低电平，使 V2截止，此时C1上的电容开始被充电，同时计数器开始计数，当C1上的电压不断上升，并达到比较器输入负端的电压（此时为基准电压Vref）时，比较器的输出端由低电平转为高电平，此时记录下计数器的计数值，为T1。
接着RA2输出高电平，使模拟开关选择X1（被测电压）作为输入，RA1输出高电平，使V2导通将C1上的电量放完，然后使RA1输出低电平，使V2截止，此时C1上的电容又开始被充电，同时计数器开始计数，当C1上的电压不断上升，并达到比较器输入负端的电压（此时为基准电压）时，比较器的输出端由低电平
转为高电平，此时记录下计数器的计数值，为T2。
由于C1是被恒流充电，因此C1上的电压与充电时间成正比，即V=T*k。当C1的容值与充电的恒流值不变时，k是一个固定不变的常数。由此可以得到：
Vref/T1=V1/T2 ，即 V1=Vref*T2/T1
由于Vref是基准电压（2.495V），因此只要利用单片机的定时器测出T1和T2，就可以计算出被测电压V1的值。
3、A/D转换误差分析及解决办法：
A/D转换的误差主要由以下几个方面决定，分别说明如下：
1、基准电压Vref：在该A/D转换中，Vref电压是造成A/D转换误差的主要原因，如果使Vref电压精度做到较高，则A/D转换误差可以做到很小，在Vref电压精度为0.5%情况下，实际的A/D转换误差小于1%。
2、定时器误差：若单片机对比较器输出端的电位变化反应慢，或定时器误差较大，则测量到的T1与T2值不准，也会导致测量误差。
3、比较器输入端的失调电压：该电压对A/D转换精度有一定影响，但影响较小。
4、运算误差：由于V1值要经过乘除法运算后得到，在进行运算过程中如果数据处理不当，如余数处理不当，也会产生误差。
5、干扰误差：当输入电压不稳时，恒流源的输出电流会有一定的影响，会产生干扰误差。
A/D转换误差的解决办法：
1、对Vref造成的误差，只能通过提高Vref电压精度来解决，它相当于A/D转换的基准电压。
2、对于定时器误差，在单片机中可使RA0口采用带电平变化中断功能的I/O口，以提高反应速度，同时减少恒流源的电流大小，或加大C1电容容量，可以增加T1、T2的测量时间，使计数值加大，达到提高A/D 转换精度的目的。
3、选用灵敏度高的比较器可解决比较器输入端导致的误差问题。
4、对运算误差，可以通过软件上的改进来解决。
5、对于干扰造成的误差，可对A/D转换值进行数字滤波，如多次转换求平均值等方法来解决。数字滤波消除误差的方法很多，在此不再赘述。
4、A/D转换速度及提高办法：
由于该A/D转换是通过恒流源对C1电容充电后再进行比较来完成的，C1电容的充电过程需要一定的时间，因此其A/D转换速度较慢，适用于对A/D转换速度要求不高的产品中，其A/D转换速度取决于以下几个方面：
1、恒流源的电流大小：恒流源的充电电流越大，C1上的电压上升速度就越快，到达被比较电压的时间也
就更短，转换速度就更快。
2、C1电容的大小：其道理与前一点一样，当电容小时，电压上升速度就越快，到达被比较电压的时间也会越短，转换速度就越快。但由于计数值小，由定时器造成的测量误差也有可能加大。
3、单片机的工作频率：由于A/D转换值是经过乘除运算后完成的，因此单片机的运算速度也会对A/D转换速度有影响，尤其当计数器值为16位时。
由上所述，A/D转换的速度可以通过提高单片机的工作频率，增大恒流源的输出电流，减小C1电容容值来加快A/D转换速度，但要注意当T1、T2 计数值太小时有可能使定时器因素造成的误差增大，因此在实际使用中要综合考虑，在提高转换速度时，保证A/D转换精度，选择最适用于产品的参数值。
5、输入电压的测量范围：
A/D转换的输入电压测量范围为0V至4.5V，当C1被充电至大于4.5V时，恒流源输出将不再恒流，C1上的电压与时间将不成正比，因此测量范围只到4.5V。若要提高被测电压范围，可将输入电压通过电阻分压后进行测量，但其A/D转换的误差会受分压电阻影响。
6、A/D转换通道的多路扩展：
图中的8选一模拟开关只用到其中的2路，实际应用中其它的6路也可使用，这样A/D转换的通道可扩展到7路，因此在用4个I/O口情况下，可实现3路A/D转换，在用5个I/O口情况下，可实现7路A/D转换。
基于PWM技术的A/D转换电路的设计及应用
1. 引言
对测控现场的被测模拟信号的处理一般常用A/D或V/F转换技术，两种方法各有特点：A/D转换技术一般用于被测信号速率较高，但干扰不是太严重的场合，而V/F转换技术由于具有较强的抗干扰性且便于实现信号的远传和隔离，因此往往用于现场的干扰较为严重、且信号传输距离较远的场合。但由于V/F 变换的采样速率较低，在对分辨率、采样速率和抗干扰性要求都较高时，则采用V/F转换技术往往也难以满足采样要求。尽管A/D转换的采样速率较高，但由于其抗干扰性较差，从而使系统的可靠性、稳定性和测试精度都会受到影响，有时甚至无法正常工作。
本文提出一种采用PWM技术的新型的高性能模数转换器的设计方法，利用MCU内部的定时器，结合改进的逐次逼近的对分试探算法，只须采用普通元器件即可设计出具有高分辨率的A/D转换器，以实现对模拟电压的测量，通过实验证明该设计能够达到较高的精度和分辨率，电路简单、可靠、成本低、传输信号线少，便于远传或隔离，抗干扰能力强，具有较好的应用价值。
2. 基于PWM技术的A/D转换工作原理及接口电路设计
一般模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。采样就是将一个连续变化的信号x (t) 转换成
时间上离散的采样信号x (n) 。通常采样脉冲的宽度tw 是很短的,故采样输出是断续的窄脉冲。要把一个采样输出信号数字化,需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间,这就是保持过程。量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号,量化的主要问题就是量化误差。编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。这些过程有些是合并进行的。例如,采样和保持就利用一个电路连接完成,量化和编码也是在转换过程同时实现的,且所用时间又是保持时间的一部分[1]。
PWM即脉冲宽度调制，PWM信号是一种周期（T）固定、占空比变化的数字信号。当对其进行积分或低通滤波后，便可获得与其脉冲宽度呈正比的模拟电压，于是将该电压作为试探值与被测模拟量进行比较便可获得与被测模拟量相对应的PWM值或数字量。本设计是利用定时器产生PWM脉冲输出信号，利用比较器作为试探结果状态标志，采用改进的逐次逼近试探算法来实现对被测模拟量的A/D变换。由于一般单片机内部都有定时器，因此可直接利用片内定时器来产生PWM信号即可[2]，本设计采用的是MSP430单片机，由于其内部的定时器A具有比较/捕获功能，且内部具有多个捕获/比较器：CCR0--CCRn，因此利用这种功能可更方便的产生PWM信号，从而实现A/D转换。PWM波形的产生是利用定时器A输出模式中的“复位/置位”模式。例如可利用其中的捕获/比较器CCR0来控制PWM的周期，而用CCR1通道控制PWM的占空比，从而可方便的获得PWM信号，如图1所示“复位/置位”模式输出示意图。
由图1可知，只要改变CCR1和CCR0的值就可以改变输出波形的脉冲宽度和脉冲周期，例如，以CCR0信号作为脉冲周期控制，当CCR1的值改变时即可改变PWM信号的脉冲宽度或占空比，输出信号就是PWM信号。如图2所示[3]。
若PWM信号的占空比随时间变化，那么经过低通滤波后的输出信号将是幅度变化的模拟信号，因此通过控制PWM信号的占空比，就可以产生不同的模拟信号。本设计中，采用MSP430单片机的定时器A的CCR0来控制周期，采用CCR1来控制占空比，从而产生所需要的PWM信号。
采用PWM技术的A/D转换电路设计如图3、4所示。A/D转换通过MSP430单片机的内部定时器A
产生的PWM信号，通过P23口输出，经过两级RC低通滤波后得到与其对应的模拟信号，然后通过运算放大器构成的电压跟随器进行阻抗变换后，作为试探值送电压比较器LM393的一端，在比较器的另一端接入被测模拟量，两信号在比较器中进行比较，通过检测比较器的输出电平状态即可反映出试探值的大小，由比较器的输出状态调整PWM信号的占空比，产生下一次PWM信号的输出，于是通过不断的试探并修正PWM信号的占空比即可使试探值接近或等于被测量，则此时的脉冲值即为被测量的A/D转换值，可以达到16位的转换精度。另外，由原理图4可知，由于整个电路比较简单且该转换器与系统的连接只有两条信号线：即PWM信号输入线和用于将试探值与被测模拟量进行比较的比较器信号输出线，因此在进行抗干扰隔离时将很容易实现，而在采用普通A/D转换器的电路中进行抗干扰隔离时则要麻烦的多。
3. 微控制器MCU的选型
为方便使用和操作，本设计不但设计简单，而且功耗要低，因此经多方面综合、对比决定采用TI 公司的具有SOC特点的MSP430系列MCU，这是一种超低功耗的16位混合信号控制器，其内部集成了大量的外围模块和温度传感器，特别适用于电池供电的手持式设备或需要对环境温度进行补偿的测试仪器。
MSP430单片机采用最新的低功耗技术，工作在1.8～3.6V 电压下，有正常工作模式( A M ) 和4 种低功耗工作模式；在最小功耗模式下其工作电流仅为0.1μA，而且可以方便地在各种工作模式之间切换。它的超低功耗性在实际应用中，尤其是在电池供电的便携式设备中表现尤为突出。在系统初始化后便进入待机模式，当有允许的中断请求时，CPU 将在6μs的时间内被唤醒，进入活动模式，执行中断服务程序。执行完毕，在RETI 指令之后，系统返回到中断前的状态，继续低功耗模式。
本设计所采用的是MSP430F1232微控制器，具有非常高的集成度，除内部带有具有PWM功能的定
时器外，片内还集成了10通道的1 0位A / D转换、温度传感器、USART、看门狗定时器、片内数控振荡器DCO、大量的具有中断功能的I/O 端口、大容量的片内Flash 和RAM 以及信息Flash 存储器[4]。其中的16位定时器A中带有3个捕获/比较通道，内部的Flash 存储器可以实现掉电保护和软件升级。由此采用MSP430单片机作为该设计的处理器，不但可简化系统电路设计、缩短开发周期，降低系统功耗，还可利用其内部集成的温度传感器，方便的对被测模拟量进行温度补偿，从而使系统的测试精度得以提高。
电压比较器原理介绍
一、电压比较器原理 电压比较器是集成运放非线性应用电路，常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？ 它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压ui加在反相的输入端。 图1电压比较器原理图(a)及传输特性(b) (a)电路图 (b)传输特性当ui＜U R时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压U Z，即 u O＝U Z 当ui＞U R时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降U D，即 uo＝－U D 因此，以U R为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图1(b)为(a)图比较器的传输特性。 常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压比较器，窗口（双限）电压比较器。 二、集成电压比较器简介 作用：可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。应用：作为模拟电路和数字电路的接口电路。 特点：比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯（例如LM311）。 三、电压比较器的应用 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压V A，反相端输入V B。V A和V B的变化如图1(b)所示。
电压比较器实验报告
85 专业：电气工程卓越 人才 姓名：卢倚平 学号： ________ 验 … 一 二、实验内容 五、思考题及实验心得 一、实验目的 了解电压比较器与运算放大器的性能区别: 二、实验数据记录、处理与分析 ①【过零电压比较器电路】 过零电压比较器是电压比较电路的基本结构，它可将交流信号转化为同频率 的双极性矩形波。常用于测量正弦波的频率相位等。当输入电压in< 输出out = 0L ；反之，当输入电压in N out 时，输出out = OH 。 实验仿真: 课程名称: 电路打电r 技术实於 指导老师: 周箭 成绩: 实验名称: 电压比较器及其应用 实验类型: 电子电路实验同组 学生姓名: 邓江毅 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 一、实验目的 2. 举握电压比较器的结构及特点; 3. 掌握电压比较器电圧传输特性的测试方法: 4. 学习比较器在电路设计中的应用。
不疲器?5（￡C1I JS J 时同270.001ms 270.001 ms 0.000s JIf 「反向—] 通道 上 ?4.998 V -4.998 V 0.000 V 通道丿 -17.847V -17.847 V 0.000 V H as 12^1 时基_ 标度：10 msX）iv X轴位移（格）：0 通ilA 刻度： 20 VQ2 Y轴位移 （格）：0 通ilB ____ 刻度：5 VQiv Y轴位移 （榆：0 L保Q外触发 触发 边沿：SB 0回国] 水 平：0 ~ 实测实验记录: 由于时间不足，没有做过零比较器的相关实测 ②【基本单门限比较器电路】 单门限比较器的输入信号Vin接比较器的同相输入端，反相输入端接参考电 压Vref （门限电平）。当输入电压Vin>Vref 输出为高电平VOH:当输入电压Vin 电压比较器电路图 单限比较器电路 OH。图1B为其传输特性。 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件RT的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，UO为 高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，UO输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。 图3 迟滞比较器 图1 不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。 图2 图3为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U4<，U5=，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器BG1是导通 的。当电网电压大于242V时，U4>，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4 比较器原理，比较器的工作原理 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 什么是电压比较器以其原理 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 比较器原理：对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。 比较器两大类别 1.模拟比较器 将模拟量与一标准值进行比较,当高于该值时,输出高(或低)电平.反之,则输出低(或高)电平.例如,将一温度信号接于运放的同相端,反相端接一电压基准(代表某一温度),当温度高于基准值时,运放输出高电平,控制加热器关闭,反之当温度信号低于基准值时,运放输出低电平,将加热器接通.这一运放就是一个简单的比较器,因为输入与输出同相,称为同相比较器..有的模拟比较器具有迟滞回线,称为迟滞比较器,用这种比较器,有助于消除寄生在信号上的干扰. 2.数字比较器 用来比较二组二进制数是否相同,相同时输出(或低)高电平,反之,则输出相反的电平. 最简单的数字比较器是一位二进制数比较器,是一个异或门(或同或门). 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout= (1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、R F开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。 电压比较器工作原理及应用实例 时间：2011-11-24来源：作者：方佩敏 来源：https://www.wendangku.net/doc/3b6875077.html, 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图 1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。 四电压比较器LM339的8个典型应用例子 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。 常见电压比较器分析比较 电压比较器通常由集成运放构成，与普通运放电路不同的是，比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。在分析比较器时，虚断路原则仍成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。 一、零电平比较器(过零比较器) 电压比较器是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别的电路。 参考电压为零的比较器称为零电平比较器。按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图1(a)、(b)所示 图1 过零比较器 (a)反相输入；(b)同相输入 通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。 阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号UTH表示。 估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零)，即U+=U–。对于图1(a)电路，U–=Ui, U+=0, UTH=0。 传输特性是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。 画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)和输入电压由最高到最低(负向过程)两种情况下，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。 二、任意电平比较器(俘零比较器) 将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压UR(设为直流电压)，由于UR的大小和极性均可调整，电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。 图2 任意电平比较器及传输特性 (a)任意电平比较器；(b)传输特性 图3 电平检测比较器信传输特性 (a)电平检测比较器；(b)传输特性 电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差。也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。 三、滞回电压比较器 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两 模拟电子技术自主设计实验 姓名：林启震班级：04101 学号1120410121 实验日期：5.27 台号：教师签字： 电压比较器 一、实验目的 1、掌握电压比较器的分析及其计算 2、学习测试比较器的方法 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 4、直流电源。 三、实验原理及测量方法 电压比较器（通常称为比较器）的功能是比较两个电压的大小。例如，将一个信号电压Ui和另一个参考电压Ur进行比较，在Ui>Ur和Ui (a )电路图 (b )电压传输特性曲线 图2 反向滞回电压比较器 电压比较器的特性可以用电路的传输特性来描述，它是指输出电压与输入电压的关系曲线，如图1(b )为过零比较器的电压传输特性曲线。 可以看出，当输入电压从低逐渐升高或从高逐渐降低经过0电压时，Uo 会从一个电平跳变为另一个电平，称0为过零比较器的阈值。阈值定义为当比较器的输出电平从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压值。 滞回电压比较器的电压传输特性曲线如图2(b )所示。 曲线表明，当输入电压由低向高变化，经过阈值1TH U 时，输出电平由高电平(Uz )跳变为低电平(-Uz )。 2123z TH R U U R R = + 当输入电压由高向低变化，经过阈值2TH U 时，输出电平由低电平(-Uz)跳变为高电平(Uz)。 2123z TH R U U R R -= + 3、电压比较器的测试 测试过零比较器时，可以用一个低频的正弦信号输入至比较器中，直接用双踪示波器监看输出和输入波形，当输入信号幅度适中时，可以发现输入电压大于零、小于零时，输出的高、低电平变化波形，即将正弦波变换为方波。 滞回电压比较器测试时也可由用同样的方法，但在示波器上读取上、下阈值时，误差较大。采用直流输入信号的方案较好，调节输入信号变化，测出输出电平跳变时对应的输入电压值即为阈值。 四、实验内容 1、 过零比较器 （1）连接图1（a ）实验电路，检查无误后，接通12V ±直流电源 （2）测量当Ui 悬空时，Uo 的值 （3）调节信号源，使输出频率为100Hz ，有效值为1V 的正弦波信号，并输入至Ui 端，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形并记录 （4）改变信号发生器的输出电压Ui 幅值，用示波器观察Uo 变化，测出电压传 十六电压比较电路 一、电压比较器的基本概念： 电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。 电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平。此外，由于高电平相当于逻辑“1”，低电平相当逻辑“0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路. 由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。 电压比较器的电路符号 二、电压比较器的基本特性： 1. 输出高电平(U oH )和低电平(U oL ) 用运放构成的比较器，其输出的高电平U OH 和低电平U OL 可分别接近于正电源电压(U CC )和负电源电压(-U CC )。 2. 鉴别灵敏度 理想的电压比较器，在高、低电平转换的门限U T 处具有阶跃的传输特性。 这就要求运放： 实际运放的A Ud 不为无穷大。在U T 附近存在着一个比较的不灵敏区。在该区域内输出既非U OH ，也非U OL ，故无法对输入电平大小进行判别。 显然，A Ud 越大，则不灵敏区就越小，称比较器的鉴别灵敏度越高。 3.转换速度 作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比较器输出状态发生转换所需要的时间。 ud A =∞ u u EE u -u + 通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。 理想集成运放非线性应用时的特点 非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。 非线性应用特点： 反相电压比较器电路如图所示，输入信号U i 加在反相端，参考电压U r 加在同相端。 ＜u r ， u o =u OH ＞ u r ， u o =u OL 当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器。 0o CC oL o CC oH i i u u u U U u u u U U +--+-+ ==>≈-=<≈+= 电压比较器（以下简称比较器）就是一种常用得集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F 变换电路、 A ／D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用得电压比较器。 什么就是电压比较器 简单地说，电压比较器就是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较得，这里不介绍）,并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1（a）就是比较器，它有两个输入端：同相输入端（“ + ” 端）及反相输入端（“一”端）,有一个输出端Vou t （输出电平信号）。另外有电源V+ 及地（这就是个单电源比较器），同相端输入电压VA,反相端输入VB。V A与VB得变化如图1（b ）所示。在时间0~ t 1时,V A > V B ;在上1?t 2时,V B > VA ;在上2~t3时,V A> VB。在这种情况下，Vo u t得输出如图1 （c）所示：V A>VB 时，Vou t输出高电平（饱与输出）；V B >V A时，V o u t输出低电平。根据输出电平得高低便可知道哪个电压大. 如果把V A 输入到反相端，V E 输入到同相端，VA 及V B 得电压变化仍然如图1(b)所示则Vout 输出如图1(d )所示.与图 1 (c )比较,其输出电平倒了一下。输出电平变化与 VA 、VE 得输入 端有关。 图2⑻就是双电源(正负电源)供电得比较器?如果它得 VA 、VB 输入电压如图1 (b )那样，它得输出特性如图2(b)所示。VB > V A 时,Vou t 输出饱与负电压。 国1 ■KT \ I V 咚庄 电压比较器 实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b) 当Ui (a) 图2 过零比较器 (b) (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U∑ 点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U D ）U∑=[ R2/（ R2+ R f ）]* U D ，则当UD> U∑后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U∑ 与U∑ 的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2 7、稳压管2CW231×1 8、二极管4148×2 9、电阻器等 电压比较器电路。 电压比较器是比较两个电压和开关输出或高或低的状态，取决于电压较高的电路。一个基于运放电压比较器上显示。图1显示了一个电压比较器的反相模式图显示了在非反相模式下的电压比较。 电压比较器 非反相比较 在非反相比较器的参考电压施加到反相输入电压进行比较适用于非反相输入。每当进行比较的电压(Vin)以上的参考电压进入运放的输出摆幅积极饱和度(V+)，和副反之亦然。实际上发生了什么是VIN和Vref(VIN-VREF)之间的差异，将是一个积极的价值和由运放放大到无穷大。由于没有反馈电阻Rf，运放是在开环模式，所以电压增益(AV)将接近无穷。+所以最大的可能值，即输出电压摆幅，V。请记住公式AV=1+(Rf/R1)。当VIN低于VREF，反向发生。 反相比较 在相比较的情况下，参考电压施加到非反相输入和电压进行比较适用于反相输入。每当输入电压(Vin)高于VREF，运放的输出摆幅负饱和。倒在这里，两个电压(VIN-VREF)之间的差异和由运放放大到无穷大。记住公式AV=-Rf/R1。在反相模式下的电压增益的计算公式是AV=-Rf/R1.Since没有反馈电阻，增益将接近无穷，输出电压将尽可能即负，V-。 实际电压比较器电路 一种实用的非基于UA741运放的反相比较器如下所示。这里使用R1和R2组成的分压器网络设置参考电压。该方程是VREF=(五+/(R1+R2)的)×R2的。代入这个方程电路图值，VREF=6V。当VIN高于6V，输出摆幅?+12V直流，反之亦然。从A+/-12V 直流双电源供电电路。 电压比较器的使用741 一些其他的运放，你可能会感兴趣的相关电路 1求和放大器：总结放大器可以用来找到一个信号给定数量的代数和。 2。集成使用运放：对于一个集成的电路，输出信号将输入信号的积分。例如，一个集成的正弦波使余弦波，方波一体化为三角波等。 3。反相放大器：在一个反相放大器，输出信号将输入信号的倒版，是由某些因素放大。 4，仪表放大器：这是一个类型的差分放大器输入额外的缓冲阶段。输入阻抗高，易于匹配结果。仪表放大器具有更好的稳定性，高共模抑制比(CMRR)，低失调电压和高增益。 电压比较器原理分析 第一章绪论 电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。本文主要讲述各种电压比较器及其对应的应用电路，讲述各种电压比较器的特点及其电压传输特性，同时阐述电压比较器的组成特点和分析方法。 电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？下面我给大家介绍一下，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图1 图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压UI加在反相的输入端。 第二章电压比较器原理图 电压比较器可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。因此，可用电压比较器作为模拟电路和数字电路的接口电路。集成电压比较器虽然比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小，但其响应速度快，传输延迟时间短，而且一般不需要加限幅电路就可以直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力强，还可以直接驱动继电器和指示灯。 按一个器件上所含有电压比较器的个数，可分为单、双和四电压比较器；按功能，可分为通用性高速型低功耗型低电压型和高精度型电压比较器；按输出方式，可分为 普通集电极（或漏极）开路输出或互补输出三种情况。集电极（或漏极）开路输出电压必须在输出端接一个电阻至电源，若一个为高电平，则另一个必为低电平。 此外，还有的集成电压比较器带有选通断，用来控制电路是处于工作状态，还是处于禁止状态。所谓工作状态，是指点乱编电压传输特性工作；所谓禁止状态，是指电路不按电压传输特性工作，从输出端看进去相当于开路，即处于高阻状态。 下面是对具体电压比较器的功能电路分析：(A)电路图 1传输特性当UI＜UR时，运放输出高电平，稳压管DZ反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即UO＝UZ 当UI＞UR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即 UO＝－UD 因此，以UR为界，当输入电压UI变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图3－1(B)为(A) 电压比较器及其应用 电压比较器及其应用 在最常用的简单集成电路中，电压比较器仅次于排名第一的运算放大器而排名第二。各类教科书及相关出版物中可以经常看到关于运算放大器的理论、设计和使用方法的知识内容，而关于比较器的知识内容明显较少。我们在中等职业技术教学中，补充了一些知识内容，弥补这些不足。 一、电压比较器简介 电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。其功能是比较两个输入电压（或者说一个基准电压和一个待比较电压）的大小，并用输出电压的高电平或低电平，表示两个输入电压比较的结果：当“＋”输入端（同相输入端，下同）电压高于“－”输入端（反向输入端，下同）时，输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，输出为低电平。电压比较器可以用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形的产生和变换等。利用电压比较器可将正弦波变换为同频率的方波或矩形波。 电压比较器的输入是线性量，而输出是开关量（高电平或低电平）。一般应用中，可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。所有的运算放大器都可用作电压比较器，例如LM324、LM358、μ A741、TL081、OP27等，这些都可以做成电压比较器。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合。 电压比较器有的使用单电源工作，如图1所示。有的单电源和双电源都可以使用，图2所示使用的就是双电源。我们经常使用的四电压比较器LM339，既可使用最大值36V的单电源，也可使用±18V的双电源。电压比较器的输出端，有的自身可以输出高电平及低电平，例如输出级采用推挽式结构的；而有的电压比较器输出级是一只集电极开路的三极管，称作集电极开路输出，参见图3。也有场效应管漏极开路输出型，与集电极开路输出型类似。对于集电极开路输出和漏极开路输出的电压比较器，使用时要连接上拉电阻R，输出端才可能有高电平，如图4所示。上拉电阻R一端连接在比较器的输出端，另一端则有两种选择：一是连接在 芯片自身的电源端Vcc上， 如图4a，二是连接至另一独 立电源，如图4b中的Vcc2 上。其中第二种连接方法可 以用来改变传输电平，用低电平逻辑控制高电平逻辑，或者相反。 二、电压比较器应用中的问题 普通电压比较器的结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，例如图5所示的电压比较器电路，我们向“－”输入端施加一个缓慢变化的信号V in，当该信 实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b) 当Ui (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo 将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U∑ 点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U D ）U∑=[ R2/（R2+ R f ）]* U D ，则当UD> U∑后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U∑ 与U∑ 的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2 7、稳压管2CW231×1 8、二极管4148×2 9、电阻器等 四、实验内容 1、过零电压比较器 （1）如图5所示在运放系列模块中正确连接电路，并接通±12V电源。 图5 过零比较器 电压比较器 电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。 电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平。此外由于高电平相当于逻辑“1”，低电平相当逻辑“0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路. 由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。 电压比较器的电路符号 电压比较器的基本特性 1. 输出 高电平(U oH )和低电平(U oL ) 用运放构成的比较器，其输出的高电平UoH 和低电平UoL 可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压(-UCC)。 2. 鉴别灵敏度 理想的电压比较器，在高、低电平转换的门限UT 处具有阶跃的传输特性。 这就要求运放： 实际运放的Aud 不为无穷大。在UT 附近存在着一个比较的不灵敏区。在该区域内输出既非UoH ，也非UoL ，故无法对输入电平大小进行判别。 显然，Aud 越大，则不灵敏区就越小，称比较器的鉴别灵敏度越高。 3.转换速度 作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比较器输出状态发生转换所需要的时间。 ud A = ∞ u u EE u -u + 通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。 理想集成运放非线性应用时的特点 非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。 非线性应用特点： 反相电压比较器 电路如图所示， 输入信号u i 加在反相端，参考电压u r 加在同相端。 u i < u r ， u o =U OH ui > ur ， uo=UOL 。 同相电压比较器 电路如图所示， 输入信号u i 加在同相端，参考电压u r 加在反相端。 ui < ur ， uo=UOL ui > ur ， uo=UOH 当参考电压为零时，则为同相过零比较器。 o CC oL o CC oH i i u u u U U u u u U U +--+ -+==>≈-=<≈+= 电压比较器电路图,电压比较器的应用 电压比较器电路图 >OH。图1b为其传输特性。 电压比较器基本原理及设计应用 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB 的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA 时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 电压比较器基本原理及设计应用 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电 平(饱和输出)；VB>VA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4 个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。 实验十电压比较器的安装与测试 一．实验目的 1．了解电压比较器的工作原理。 2．安装和测试四种典型的比较器电路：过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。 二．预习要求 1．预习过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器的工作原理。 2．预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。 三．实验原理 电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。 下面讨论几种常见的比较器电路。 基本过零比较器（零电平比较器） 过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较，+15V 以决定输出电压的极性。电路如图1所示： u i 2 7放大器接成开环形式，信号u i从反向端输入，同μA7416u o 相端接地。当输入信号u i< 0时，输出电压u o为正极限34 值U OM；由于理想运放的电压增益A u→∞，故当输15V 入信号由小到大，达到 u i = 0 时，即 u = u + 的时刻， 输出电压 u o 由正极限值 U OM 翻转到负极限值U OM。图 1 反向输入过零比较器 当u i >0时输出u o为负极限值U OM。因此，输出翻转的临界条件是u + = u = 0。 即： +U OM u i< 0 u o = （1） U OM u i >0 其传输特性如图2（a）所示。所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压u i是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。电压比较器电路图
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