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02模电实验14电压比较器w1讲义.doc 9页
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电压比较1．了解电压比较器与运算放大器的性能区别；
2．掌握电压比较器的结构及特点；
3．掌握电压比较器电压传输特性的测试方法；
4．学习比较器在电路设计中的应用。1．电压比较器与运算放大器电压比较器（简称为比较器）是对输入信号进行鉴幅和比较的集成器件，它可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。可用作模拟电路和数字电路的接口，也可用作波形产生和变换电路等。比较器可视为一种特殊的运算放大器，比较器的输入为两路模拟信号，输出为二进制数字信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。有时也将比较器称为1位A/D转换器。比较器的传输函数如图1所示。从比较器传输函数中可知：当时，输出Out为高；当时，输出Out为低。在实际应用中，可以将（或）中的一个输入端作为固定参考电压，另一个输入被测量电压信号围绕参考电压上下波动，比较其两者大小。
图1 比较器的传输函数
比较器看起来像是开路结构中的运算放大器，但比较器和运算放大器在电气性能参数方面有许多不同之处。运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器，但比较器的响应速度比运算放大器快，传输延迟时间比运算放大器小，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS等数字集成电路。切勿将比较器当作运算放大器使用因为比较器是为无负反馈的开环结构工作所设计的电子器件，为了提高响应时间，通常比较器因其内部没有相位补偿电路，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。另外，某些比较器为集电级开路输出结构。许多比较器还带有内部滞回电路，这避免了输出振荡，但同时也使其不能当作运算放大器使用。运算放大器是一种为在负反馈条件下工作所设计的电子器件，其设计重点是保证在负反馈条件下的稳定性，压摆率和最大带宽等。通常运算放大器的开环增益非常高，在开环情况下只能处理输入差分电压非常小的信号。当需要将运算放大器作为比较器使用时，首先需要确定运算放大器是否具有限制输入引脚之间电压的内部电路（如反并联二极管），以确保不会超过最大绝对差动输入电压；其次由于作为开环比较器使用的运算放大器总是处于饱和状态，需要考虑其饱和时间与恢复时间，在开环情况下，运算放大器的响应时间与比较器相比会慢得多。与运算放大器一样，比较器输入级也具有诸多特性，如失调电压、偏置电流以及共模电压范围。只有当其影响到开关点时，这些参数的值才会引起我们的关注。比较器与运算放大器的比较如表1所示。
比较器与运算放大器比较
参数名称 比较器 运算放大器
速度（响应时间） Yes No
逻辑输出 Yes No
宽电压输入范围 Yes Yes
低失调漂移 No Yes
．比较器电路设计注意以下几方面：
(1) 比较器的输出结构：集电极开路(Open-Drain/Collector)输出需要通过上拉电阻器与逻辑电源相连，可以与各种逻辑器件系列相连接；推挽式（Push-Pull）输出不需要上拉电阻器。由于输出在轨至轨之间摆动，因此，逻辑电平取决于比较器的电源电压。
(2) 比较器的响应时间（传输延迟）：在要求实时相应高的应用场合，应采用纳秒(ns)级延迟的比较器。但随着延迟的缩短，供电电流将会增加。通常在性能与可承受的功耗之间进行折衷。TLV349x系列提供了速度/功耗的独特组合，静态电流为1μA时延迟仅有5μs。
(3) 比较器和运算放大器的组合：当要求在比较器之前实现DC电平切换和/或增益的输入信号，可采用TLV230x(漏极开路型)或TLV270x(推挽式)运算放大器与比较器的组合这双功能器件能够占用空间和成本。
(4) 比较器和电压基准：典型的比较器需要与一个基准电压来进行比较。为了节省空间，可采用TLV301x内带1.242V参考电压基准的比较器。
(5) 通过正反馈加入迟滞：单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。当被用于如高速计数器电路时就会带来许多错误的计数。例如，在单门限电压比较器电路中，当输入电压中含有噪声或干扰电压（如比较器自身的失调电压）时，会如图所示在参考电平附近出现干扰，输出将时而为高电平，时而为低电平，导致比较器输出不稳定。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器，使得单门限电压变双门限。就带推挽式输出级的比较器而言，利用滞后功能则可以解决这一问题。以单电源供电的TLV3501为例，其失调电压范围为±5mV，在这个范围内比较器对噪声的抵抗能力很差，很容易出现误动作，因此，TLV3501内建有6mV的迟滞，通常情况下，6mV的迟滞已经够用了，但当电路噪声较大或被比较信号频率过低、变化过于缓慢的时候，可如图所示添加迟滞功能网络，以增强比较器抵抗干扰的能力，避免出现毛刺和误触发。由于VOH＝V+=5V，VOL＝0V，双门限分别为VREF和VREF+VHYST
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迟滞比较器阈值电压设置问题
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本帖最后由 阿瑟斯的小溪 于
10:40 编辑
模电课本里的迟滞比较器末端电压用的是双向稳压管，导通后为±5V，为什么有的比较器采用的是5V上拉电阻的形式，怎么理解呢？最终输出电压值怎么计算呢？
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Vo(max)和Vo(min)怎么计算的？
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因为输出架构不同，open drain的输出架构就需要加上拉电阻，否则不能输出高电平呀
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输出电压值不用算，不是高即是低。
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高是电源电压，低是0V。
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