一. 比較器概述

1. 功能及應(yīng)用：

主要用來判斷輸入信號(hào)電位之間的相對(duì)大小，它至少有兩個(gè)輸入端及一個(gè)輸出端，通常用一個(gè)輸入端接被比較信號(hào)U_i，另一個(gè)則接基準(zhǔn)電壓V_R決定門限電壓(或稱閥值)的U_T。輸出通常僅且僅有二種可能即高、低二電平的矩形波，應(yīng)用于模－數(shù)轉(zhuǎn)換，波形產(chǎn)生及變換，及越限警等。

2. 運(yùn)放的工作狀態(tài)：開環(huán)和正反饋應(yīng)用

運(yùn)放在線性運(yùn)用時(shí)，由于開環(huán)增益一般在10⁵以上，所以其對(duì)應(yīng)的輸入的線性范圍很小，U_i數(shù)量級(jí)，為了拓寬其線性范圍就必須引入負(fù)反饋，降低其開環(huán)增益。二比較器則希望其輸入的線性范圍越笑越好(即比較靈敏度越高)采用開環(huán)或使開環(huán)增益更高的正反饋應(yīng)用。在這兒有必要重復(fù)展現(xiàn)運(yùn)放開環(huán)電壓傳輸特性。見圖8.2.1，請(qǐng)注意橫、縱坐標(biāo)標(biāo)度的不同

(1) 從途中可化稱

(2) 若U_i發(fā)出變化，使U_o從負(fù)波阿和值突變到正飽和值，只在經(jīng)過極窄的線性區(qū)時(shí)，才遵循在線性工作時(shí)才特有的“虛短”，其它時(shí)刻“虛短”不復(fù)存在。

(3) 若橫坐標(biāo)采用與縱坐標(biāo)相同的標(biāo)尺，則線性部分特性與縱軸合攏

(4) 若用正反饋使A_od↑，則可縮短狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時(shí)間。

3. 分類：

(1) 單限比較器

(2) 遲滯比較器(Schmitt)

(3) 雙限比較器(窗口比較器)

二. 單限比較器

1. U_i與U_R分別接運(yùn)放兩輸入端的開環(huán)串接比較器，見圖8.2.2

ΔU_i>U_R U_o=+U_om

ΔU_iR U_o=-U_om

ΔU_i=U_R U_o發(fā)生翻轉(zhuǎn)(或稱突變)

U_T=U_R 讖緯門限電壓或閥值，若U_R=0稱為過零比較器

Δ當(dāng)U_i與U_R互換位置，此時(shí)U_o以U_i=U_R為對(duì)稱軸與交換量對(duì)稱。

2. U_i與U_R并聯(lián)在運(yùn)放同一輸入端時(shí)的開環(huán)并接比較器 見圖8.2.3

Δ在同相端可作Therenin等效

當(dāng)U_oc>0時(shí)，即 U_o=+U_om

當(dāng)U_oc<0時(shí)，即 U_o=-U_om

可見

Δ若把運(yùn)放的同相端與反相端互換，則與圖8.2.2(b)類同

三. 遲滯比較器(正反饋比較器)

其特點(diǎn)是抗干擾能力較強(qiáng)。在單限比較器種，如果U_i受到干擾，在閥值附近回出現(xiàn)U_i+ΔU_i(干擾信號(hào)多出現(xiàn)在閥值電壓上，下波動(dòng)，以致出現(xiàn)條紋誤翻轉(zhuǎn)，而遲滯比較器利用其傳輸特性的回差電壓，輸入的干擾信號(hào)不能使?fàn)顟B(tài)誤翻轉(zhuǎn)。

1. 兩種遲滯比較器的傳輸特性 見圖8.2.4

動(dòng)畫演示

Δ同相型：U_i接運(yùn)放同相端

反相型：U_i接運(yùn)放反相端

Δ均由二根傳輸特性(1)，(2)合成，同相型. 當(dāng)U_i從低值↑≥U_TH，U_o從U_OL↑U_OH；當(dāng)U_i從高值↓≤U_OL時(shí)，U_o從U_OH↓U_OL。反相型則類同。

Δ U_TH，U_TL為二個(gè)閥值，ΔU_T(回差)＝U_TH－U_TL

Δ U_OH=U_OL或U_OH≠U_OL根據(jù)輸出是否有箝位電路而定。

2. 二種基型遲滯比較器

(1) 反相型遲滯比較器 見圖8.2.5

U_i=U_－，U_o被箝位在±U_Z，避免運(yùn)放計(jì)入過飽和。

假設(shè)U_i在足夠低時(shí)，U_i+，U_o=U_off=+U_Z (始終穩(wěn)定)

此時(shí)

Δ當(dāng)U_i從低值↑ 若U_i≥U₊時(shí)，U_o從+U_Z↓ -U_Z

此時(shí)

Δ當(dāng)U_i從高值↓至U_i≤，U_o從-U_Z↑+U_Z

Δ門限寬度ΔU_T=U_TH-U_TL=

Δ當(dāng)U_R=0時(shí)，

ΔU_i無論從足夠低或足夠高單調(diào)增加或單調(diào)減少，U_o僅翻轉(zhuǎn)，即過了閥值后就維持在一種穩(wěn)態(tài)。

(2) 同相遲滯比較器 見圖 8.2.6

U_R=U_－

設(shè)U_i足夠低，使U₊－=U-_R，U_o=U_oL=-U_Z (初始穩(wěn)態(tài))

若要使U_o從-U_Z↑+U_Z，必須使U_i↑，以致使U₊≥U_－=U_R才行，此時(shí)對(duì)應(yīng)的U_i=U_TH

Δ當(dāng)U_i從低值↑，使

即 此時(shí)U_o從-U_Z↑+U_Z

Δ當(dāng)U_i從高值↓，使時(shí)所對(duì)應(yīng)的U_i=U_TL

即 此時(shí)U_o從+U_Z↓-U_Z

同上面反相型類同，U_i單調(diào)升或單調(diào)降，U_o只改變狀態(tài)，過了閥值后只維持在一種穩(wěn)態(tài)上。

四. 雙限比較器 (窗口比較器)

其特點(diǎn)是U_i單調(diào)升或單調(diào)降，U_o均有兩次突變，與單限比較器和遲滯比較器有區(qū)別，因此它可以判別U_i是否在兩個(gè)電平之間。它實(shí)際上由二個(gè)單限開環(huán)比較器組成，D₁，D₂作用為隔斷，U_o1，U_o2連接通路，避免U_o1，U_o2極性相反時(shí)，互為對(duì)方提供低阻通路而造成運(yùn)放損壞。

ΔUiRL(RH)

ΔU_i>U_RH(>U_RL)

ΔU_RLiRH

Δ采用上面窗口比較器可以區(qū)分三極管β是否在需要范圍內(nèi)，比如記為合格范圍為 50<β100，其它β<50或β>100均要取出，則可用發(fā)光二極管亮表示一種越限極警，不亮記為可通過即β合格。

Δ改接一下上述輸入輸出回路即方便可得

要區(qū)分β=50，100 找出時(shí)應(yīng)得U_RL及U_RH

對(duì)應(yīng)圖 8.2.7(b) 傳輸特性可畫出β與U_o的關(guān)系

即