對兩個或多個數據項進行比較,以確定它們是否相等,或確定它們之間的大小關系及排列順序稱為比較。 能夠實現這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。 比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較的電路。比較器的兩路輸入為模擬信號,輸出則為二進制信號0或1,當輸入電壓的差值增大或減小且正負符號不變時,其輸出保持恒定
可以將比較器當作一個1位模/數轉換器(ADC)。運算放大器在不加負反饋時從原理上講可以用作比較器,但由于運算放大器的開環增益非常高,它只能處理輸入差分電壓非常小的信號。而且,一般情況下,運算放大器的延遲時間較長,無法滿足實際需求。比較器經過調節可以提供極小的時間延遲,但其頻響特性會受到一定限制。為避免輸出振蕩,許多比較器還帶有內部滯回電路。比較器的閾值是固定的,有的只有一個閾值,有的具有兩個閾值。
滯回電壓比較器
滯回比較器又稱施密特觸發器,遲滯比較器。這種比較器的特點是當輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時,它有兩個閾值,且不相等,其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。
滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。
UR是某一固定電壓,改變UR值能改變閾值及回差大小。 以圖4(a)所示的反相滯回比較器為例,計算閾值并畫出傳輸特性
圖4 滯回比較器及其傳輸特性 (a)反相輸入;(b)同相輸入
1,正向過程
正向過程的閾值為
形成電壓傳輸特性的abcd段
2,負向過程
負向過程的閾值為
形成電壓傳輸特性上defa段。由于它與磁滯回線形狀相似,故稱之為滯回電壓比較器。 利用求閾值的臨界條件和疊加原理方法,不難計算出圖4(b)所示的同相滯回比較器的兩個閾值
兩個閾值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2稱為回差。
由上分析可知,改變R2值可改變回差大小,調整UR可改變UTH1和UTH2,但不影響回差大小。即滯回比較器的傳輸特性將平行右移或左移,滯回曲線寬度不變。
圖5 比較器的波形變換 (a)輸入波形;(b)輸出波形
例如,滯回比較器的傳輸特性和輸入電壓的波形如圖6(a)、(b)所示。根據傳輸特性和兩個閾值(UTH1=2V, UTH2=–2V),可畫出輸出電壓uo的波形,如圖6(c)所示。從圖(c)可見,ui在UTH1與UTH2之間變化,不會引起uo的跳變。但回差也導致了輸出電壓的滯后現象,使電平鑒別產生誤差。
圖6 說明滯回比較器抗干擾能力強的圖 (a)已知傳輸特性;(b)已知ui 波形; (c)根據傳輸特性和ui波形畫出的uo波形
滯回比較器的工作原理
滯回電路里面一般Vol和Voh相等(圖中運放工作原理就是兩端電壓比值大小)當輸出Vo是高電平Voh時,V+端電壓等于(Voh-Vref)/(R1/(R1+R2),只要V-小于此時V+,則Voh保持不變,大于時刻發生突變 Vo變成低電平Vol,此時V-在繼續增大的話,Vo保持低電平不變化,同時V+處電壓變化(VoL-Vref)/(R1/(R1+R2);
當V-輸入減小,必須減少到V+變化后的值才能發生電壓跳變,成為高電平Voh,這就形成了滯回電路的效果。
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