第二十四讲 电压比较器第二十四讲 电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器一、概述
1,电压比较器的功能：比较电压的大小。
广泛用于各种报警电路。
输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。
使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。
2,电压比较器的描述方法,电压传输特性 uO＝ f(uI)
电压传输特性的三个要素：
（ 1）输出高电平 UOH和输出低电平 UOL
（ 2）阈值电压 UT
（ 3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向
3,几种常用的电压比较器
（ 1）单限比较器：只有一个阈值电压
（ 3）窗口比较器：
有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
（ 2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压
T2T1 UUU
4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点
1) 净输入电流为 0
2) uP> uN时,uO＝＋ UOM
uP< uN时,uO＝－ UOM
二、单限比较器
1,过零比较器
（ 1） UT＝ 0
（ 2） UOH＝＋ UOM,UOL＝－ UOM
（ 3） uI > 0 时 uO ＝－ UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。
集成运放的净输入电压最大值为 ± UD
输出限幅电路为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。
UOH＝＋ UZ1＋ UD2
UOL＝－ ( UZ2 ＋ UD1)
UOH＝ － UOL＝ UZ
UOH＝ UZ
UOL＝－ UD
不可缺少！
输出限幅电路
uO＝ ± UZ
（ 1）保护输入端
（ 2）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：
（ 1） 写出 uP,uN的表达式,令 uP＝ uN,求解出的 uI即为 UT；
（ 2） 根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；
（ 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定 输出电压 的跃变方向。
2,一般单限比较器得令,0PN
I
21
1
R E F
21
2
N
uu
u
RR
R
U
RR
R
u
（ 1）若要 UT< 0,则应如何修改电路？
（ 2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？
（ 3）若要改变 UOL,UOH呢？
R E F
1
2
T UR
RUZO UU
作用于反相输入端三、滞回比较器
1,阈值电压
，得令 PNO
21
1
P
IN
,uuu
RR
R
u
uu
ZOH
ZOL
UU
UU
Z
21
1
T URR
RU?
三、滞回比较器
2,工作原理及电压传输特性设 uI＜－ UT，则 uN＜ uP,uO＝ +UZ。此时 uP＝ +UT，
增大 uI，直至 +UT，再增大,uO才从 +UZ跃变为－ UZ。
设 uI＞ +UT，则 uN＞ uP,uO＝－ UZ。此时 uP＝ － UT，
减小 uI，直至－ UT，再减小,uO才从－ UZ跃变为 +UZ。
ZO UU Z21 1T URR
RU?
1,若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？
讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性
2,若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？
3,若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？
改变输出限幅电路四、窗口比较器
RHI Uu? OM
U
OMU?
RLI Uu?
OMU
OMU? 当 u
I>URH时,uO1=
－ uO2= UOM,D1导通，
D2截止； uO= UZ。
当 uI<URH时,uO2=
－ uO1= UOM,D2导通，
D1截止； uO= UZ 。
当 URL<uI< URH时，
uO1= uO2= － UOM,D1、
D2均截止； uO= 0。
③
②
①
⑦?
①
②
③
④
⑧
⑦
CCV?
EEV?
②
③
①
⑦
特点：
1,无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；
2,可直接驱动集成数字电路；
3,响应速度快；
4,可具有选通端；
5,电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。
五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路讨论二已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（ a）所示，
试求解图（ b）～（ e）各电路的电压传输特性。
讨论三已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为 5sinωt (V)，画出各电路输出电压的波形。
你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？
同相输入单限比较器反相输入滞回比较器窗口比较器清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
讨论四,求解图示各电路的电压传输特性。
A
u
I
U
R E F
u
O
1,电压比较器的功能：比较电压的大小。
广泛用于各种报警电路。
输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。
使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。
2,电压比较器的描述方法,电压传输特性 uO＝ f(uI)
电压传输特性的三个要素：
（ 1）输出高电平 UOH和输出低电平 UOL
（ 2）阈值电压 UT
（ 3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向
3,几种常用的电压比较器
（ 1）单限比较器：只有一个阈值电压
（ 3）窗口比较器：
有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
（ 2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压
T2T1 UUU
4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点
1) 净输入电流为 0
2) uP> uN时,uO＝＋ UOM
uP< uN时,uO＝－ UOM
二、单限比较器
1,过零比较器
（ 1） UT＝ 0
（ 2） UOH＝＋ UOM,UOL＝－ UOM
（ 3） uI > 0 时 uO ＝－ UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。
集成运放的净输入电压最大值为 ± UD
输出限幅电路为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。
UOH＝＋ UZ1＋ UD2
UOL＝－ ( UZ2 ＋ UD1)
UOH＝ － UOL＝ UZ
UOH＝ UZ
UOL＝－ UD
不可缺少！
输出限幅电路
uO＝ ± UZ
（ 1）保护输入端
（ 2）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：
（ 1） 写出 uP,uN的表达式,令 uP＝ uN,求解出的 uI即为 UT；
（ 2） 根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；
（ 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定 输出电压 的跃变方向。
2,一般单限比较器得令,0PN
I
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1
R E F
21
2
N
uu
u
RR
R
U
RR
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（ 1）若要 UT< 0,则应如何修改电路？
（ 2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？
（ 3）若要改变 UOL,UOH呢？
R E F
1
2
T UR
RUZO UU
作用于反相输入端三、滞回比较器
1,阈值电压
，得令 PNO
21
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P
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,uuu
RR
R
u
uu
ZOH
ZOL
UU
UU
Z
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三、滞回比较器
2,工作原理及电压传输特性设 uI＜－ UT，则 uN＜ uP,uO＝ +UZ。此时 uP＝ +UT，
增大 uI，直至 +UT，再增大,uO才从 +UZ跃变为－ UZ。
设 uI＞ +UT，则 uN＞ uP,uO＝－ UZ。此时 uP＝ － UT，
减小 uI，直至－ UT，再减小,uO才从－ UZ跃变为 +UZ。
ZO UU Z21 1T URR
RU?
1,若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？
讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性
2,若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？
3,若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？
改变输出限幅电路四、窗口比较器
RHI Uu? OM
U
OMU?
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OMU
OMU? 当 u
I>URH时,uO1=
－ uO2= UOM,D1导通，
D2截止； uO= UZ。
当 uI<URH时,uO2=
－ uO1= UOM,D2导通，
D1截止； uO= UZ 。
当 URL<uI< URH时，
uO1= uO2= － UOM,D1、
D2均截止； uO= 0。
③
②
①
⑦?
①
②
③
④
⑧
⑦
CCV?
EEV?
②
③
①
⑦
特点：
1,无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；
2,可直接驱动集成数字电路；
3,响应速度快；
4,可具有选通端；
5,电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。
五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路讨论二已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（ a）所示，
试求解图（ b）～（ e）各电路的电压传输特性。
讨论三已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为 5sinωt (V)，画出各电路输出电压的波形。
你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？
同相输入单限比较器反相输入滞回比较器窗口比较器清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
讨论四,求解图示各电路的电压传输特性。
A
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I
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