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§ 1.3.3 电压比较器回目录电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较，
当二者幅度相等时，输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。从而据此来判断输入信号的大小和极性。
一、单限电压比较器图 1.3.3-1 a 所示为输入参考电压 UF = 0的单限电压比较器，
又称过零检测器。图中,R1 和稳定管 D1,D2 组成电平变换电路，
将集成运放的输出极限电压变换为数字电路要求的逻辑电平，它们分别为 UOH = UZ + UD(on),UOL = -( UZ + UD(on) )
式中,UZ 和 UD(on) 分别为稳压管的稳压电压和正向导通电压 。
过零检测器应用广泛 。 例如,当待比较的输入信号电压 uI 为正弦波时,在理想情况下,uI自负值过零时,uO 由高电平 UOH 下跃到低电平 UOL ； uI 自正值过零时,uO 由低电平 UOL 下跃到高电平 UOH 。
结果是输出电压为过零时阶跃的方波电压,如图 1.3.3-1 b 所示 。
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§ 1.3.3 电压比较器回目录图 1.3.3-1 过零检测器上一页 下一页回首页 回末页 结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.3 电压比较器回目录进一步讨论门限电压不为零的单限比较器。这种比较器有两种实现电路。一种是将输入参考电压 UF 加到集成运放的同相输入端；另一种是将输入参考电压 UF 加到集成运放的反相输入端，
如图 1.3.3-3 所示。
图 1.3.3-3 单限比较器电路由于 u+ =0,u- 就必须通过零时输出电平才开始转换,因此,在理想情况下,根据
i1 + i2 = UF / R1
+ uI / R2 = 0
求得门限电压为 –（ R2
/R1） UF 。
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§ 1.3.3 电压比较器回目录二,迟滞比较器将比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，如图 1.3.3-4 a所示，待比较电压 uI 加到反相输入端。
通常将这种电路称为迟滞比较器，又称施密特触发器。在理想情况下，它的比较特性如图 1.3.3-4 b 所示。
图 1.3.3-4 迟滞比较器上一页 下一页回首页 回末页 结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.3 电压比较器回目录由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压 UIH 和下门限电压 UIL,两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度，
ΔU = UIH - UIL
假设比较器输出高电平 UOH,则 UOH 和 UF 共同加到同相输入端的合成电压为当 uI 由小增大地通过 U+1 时，输出电压由 UOH 下跃到 UOL 。
可见，上式所示的 U+1 就是比较器的上门限电压，即 UIH = U+1 。
当比较器输出为低电平 UOL 时,按同样的分析求得加到同相输入端的合成电压为
F
21
1
OH
21
2
1 URR
RU
RR
RU
F
21
1
Ol
21
2
2 URR
RU
RR
RU
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§ 1.3.3 电压比较器回目录若 uI 由大减小地通过 U+2 时，则输出电压 uO 由 UOL 下跃到
UOH 。可见，上式所示的 U+2 就是比较器的下门限电压，即 UIL =
U+2 。相应的迟滞宽度为
) UU (RR RUUU OLOH
21
2
ILIH
调节 R1 和 R2,可以改变 ΔU。
在实际应用中，利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。例如，在过零检测器中，若输入正弦电压上叠加噪声和干扰，则由于零值附近多次过零。输出端就会出现错误阶跃，如图
1.3.3-5 所示。采用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。在某些集成比较器的内部电路中已引入正反馈，产生上述迟滞特性，不必再加外部正反馈电路。
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§ 1.3.3 电压比较器回目录三,窗口比较器窗口比较器是用来检测给定范围电压的电路，图 1.3.3-6
a 是它的比较特性，相应的电路如图 1.3.3-6 b 所示。
图 1.3.3-6 窗口比较器上一页上一页 下一页回首页 回末页 结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.3 电压比较器回目录图中,A1 接成精密整流电路,A2 为单限比较器。
当 uI > 0 且 uI - UR1 < 0时，集成运放 A1 的输出电压为正值，致使二极管 D2 导通,D1 截止，因此 = 0,这时,uI,
UR1 和 UR1 分别通过电阻 R 加到 A2 的反相输入求得下门限电压
UIL = UR1 – UR2 。
当 uI > 0 且 uI - UR1 > 0时，集成运放 A1 的输出电压为负值，致使二极管 D2 截止,D1 导通，相应的 u’OI 为
)Uu(21)Uu(R 2/Ru 1RI1RI' 1O
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0
§ 1.3.3 电压比较器回目录这时，加到 A2 反相输入端的电压除了分别通过 R 的 uI,UR1
和 UR2 外，还增加了通过 R/4 的 u’OI 。根据求得上门限电压 UIH = UR1 + UR2 。
相应的宽度 ΔU = UIH - UIL = 2UR2
04/R uRURURu
'
1O2R1RI
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§ 1.3.3 电压比较器回目录电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较，
当二者幅度相等时，输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。从而据此来判断输入信号的大小和极性。
一、单限电压比较器图 1.3.3-1 a 所示为输入参考电压 UF = 0的单限电压比较器，
又称过零检测器。图中,R1 和稳定管 D1,D2 组成电平变换电路，
将集成运放的输出极限电压变换为数字电路要求的逻辑电平，它们分别为 UOH = UZ + UD(on),UOL = -( UZ + UD(on) )
式中,UZ 和 UD(on) 分别为稳压管的稳压电压和正向导通电压 。
过零检测器应用广泛 。 例如,当待比较的输入信号电压 uI 为正弦波时,在理想情况下,uI自负值过零时,uO 由高电平 UOH 下跃到低电平 UOL ； uI 自正值过零时,uO 由低电平 UOL 下跃到高电平 UOH 。
结果是输出电压为过零时阶跃的方波电压,如图 1.3.3-1 b 所示 。
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§ 1.3.3 电压比较器回目录图 1.3.3-1 过零检测器上一页 下一页回首页 回末页 结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.3 电压比较器回目录进一步讨论门限电压不为零的单限比较器。这种比较器有两种实现电路。一种是将输入参考电压 UF 加到集成运放的同相输入端；另一种是将输入参考电压 UF 加到集成运放的反相输入端，
如图 1.3.3-3 所示。
图 1.3.3-3 单限比较器电路由于 u+ =0,u- 就必须通过零时输出电平才开始转换,因此,在理想情况下,根据
i1 + i2 = UF / R1
+ uI / R2 = 0
求得门限电压为 –（ R2
/R1） UF 。
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§ 1.3.3 电压比较器回目录二,迟滞比较器将比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，如图 1.3.3-4 a所示，待比较电压 uI 加到反相输入端。
通常将这种电路称为迟滞比较器，又称施密特触发器。在理想情况下，它的比较特性如图 1.3.3-4 b 所示。
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§ 1.3.3 电压比较器回目录由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压 UIH 和下门限电压 UIL,两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度，
ΔU = UIH - UIL
假设比较器输出高电平 UOH,则 UOH 和 UF 共同加到同相输入端的合成电压为当 uI 由小增大地通过 U+1 时，输出电压由 UOH 下跃到 UOL 。
可见，上式所示的 U+1 就是比较器的上门限电压，即 UIH = U+1 。
当比较器输出为低电平 UOL 时,按同样的分析求得加到同相输入端的合成电压为
F
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OH
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1 URR
RU
RR
RU
F
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Ol
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2
2 URR
RU
RR
RU
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§ 1.3.3 电压比较器回目录若 uI 由大减小地通过 U+2 时，则输出电压 uO 由 UOL 下跃到
UOH 。可见，上式所示的 U+2 就是比较器的下门限电压，即 UIL =
U+2 。相应的迟滞宽度为
) UU (RR RUUU OLOH
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ILIH
调节 R1 和 R2,可以改变 ΔU。
在实际应用中，利用迟滞特性可以有效地克服噪声和干扰的影响。例如，在过零检测器中，若输入正弦电压上叠加噪声和干扰，则由于零值附近多次过零。输出端就会出现错误阶跃，如图
1.3.3-5 所示。采用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。在某些集成比较器的内部电路中已引入正反馈，产生上述迟滞特性，不必再加外部正反馈电路。
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§ 1.3.3 电压比较器回目录三,窗口比较器窗口比较器是用来检测给定范围电压的电路，图 1.3.3-6
a 是它的比较特性，相应的电路如图 1.3.3-6 b 所示。
图 1.3.3-6 窗口比较器上一页上一页 下一页回首页 回末页 结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.3.3 电压比较器回目录图中,A1 接成精密整流电路,A2 为单限比较器。
当 uI > 0 且 uI - UR1 < 0时，集成运放 A1 的输出电压为正值，致使二极管 D2 导通,D1 截止，因此 = 0,这时,uI,
UR1 和 UR1 分别通过电阻 R 加到 A2 的反相输入求得下门限电压
UIL = UR1 – UR2 。
当 uI > 0 且 uI - UR1 > 0时，集成运放 A1 的输出电压为负值，致使二极管 D2 截止,D1 导通，相应的 u’OI 为
)Uu(21)Uu(R 2/Ru 1RI1RI' 1O
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§ 1.3.3 电压比较器回目录这时，加到 A2 反相输入端的电压除了分别通过 R 的 uI,UR1
和 UR2 外，还增加了通过 R/4 的 u’OI 。根据求得上门限电压 UIH = UR1 + UR2 。
相应的宽度 ΔU = UIH - UIL = 2UR2
04/R uRURURu
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