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电压比较器的原理与应用
一、电压比较器的原理从理想运算放大器到比例放大器和电压比较器
二、电压比较器的应用(1)同相输入迟滞比较器的原理(2)专用电压比较器LM339的应用
一、电压比较器的原理
从理想运算放大器到比例放大器和电压比较器
对于理想运放在不加反馈环节时,其电压传输特性如下图所示,在输入差模信号很小时工作在线性区,输入差模信号大到一定范围进入饱和区。 通常可以使用通用运放引入正反馈即可构成电压比较器,例如LM358、NE5532等通用运放。相比于通用运放构成的电压比较器,专用电压比较器LM339内部集成补偿电路,可以有更高的翻转速度以及更小的电压分辨率,比较适合高精度场合。 (1)同相输入迟滞比较器的原理下图为专用运放构成的同相输入迟滞比较器,反向输入端接地(反向比较电压V-固定为0V,可以自定义为其它电压值),同相输入比较电压V+大小和正反馈环节有关,这里与输出电压Vout和输入电压Vi有关。输出端接上两个反向串联的稳压二极管进行限幅稳压,R3为稳压二极管的保护电阻。当同相输入比较电压V+大于反向输入比较电压V-时,V0=VCC,电流一部分通过红色回路流向稳压二极管,另一部分通过绿色回路流向正反馈支路(这里是参考电流,方面后面的计算),输出端Vout=+Vz,Vz等于二极管正向导通压降和稳压二极管击穿电压之和。当反相输入比较电压V-大于同向输入比较电压V+时,V0=VEE,电流一部分通过蓝色回路流向V0,另一部分通过绿色回路流向正反馈支路,输出端Vout=-Vz。 专用电压比较器LM339内部集成了正反馈环节和补偿电路,所以可以不加任何外围电路就可以使用了,但是需要外加上拉电阻起到对外驱动和对内保护的作用。LM339输出端集成了对地的晶体管,当同相输入端的电压大于反向输入端电压,晶体管截止,输出端开漏输出,VCC通过R2向负载供电,输出电流与上拉电阻和负载有管,称为输出拉电流;当同相输入端的电压小于反向输入端的电压,晶体管导通,输出端对地导通,VCC通过R2向地流通,负载也会将电流灌进地端,称为输入灌电流,在设计电路时上拉电阻的选择要经过计算得到,避免拉电流和灌电流过大而损坏元器件。
下图为构成的反向输入迟滞比较器,由输出只有两种状态:开漏输出和对地输出,下面由这两种状态计算两个阈值电压。 当V+大于V- = Vi,此时开漏输出,对同相输入端V+由虚断得到电流回路如图红色路径,电压阈值: Vt1=(VCC-Vref).R1/(R1+R3+R4)+Vref =(Vref.(R3+R4)+VCC.R1)/(R1+R3+R4) 当V+小于V- = Vi,此时对地输出,对同相输入端V+由虚断得到电流回路如图红色路径,电压阈值: Vt2 = Vref.R3/(R1+R3)
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