单限制比较电路优化方案

1.过零比较电路

过零比较电路如图5.6.3（a）所示，集成运放工作在开环状态，由于该电路的同相输入端接地，反相端接输入电压，故当输入为uI＜0 V时，UO=+UOM；当uI＞0 V时，UO=-UOM。因此电压传输特性如图5.6.3（b）所示。由于输出信号在0 V时发生改变，所以其阈值电压UT=0 V 。

为了输出能满足负载并且得到稳定的输出波形，常在集成运放的输出端串接两个稳压管组成限幅电路，从而获得合适的UOL和UOH，如图5.6.4（a）所示。如果将两个特性相同的稳压管反接在一起，就可以得到高低电平幅值相同的输出，如图5.6.4（b）所示。

图5.6.3　过零比较电路

图5.6.4　输出电压稳定的过零比较电路

2.一般单限比较电路

图5.6.5（a）所示为一般单限比较电路，UREF为外加参考电压。

根据叠加原理，集成运放反相输入端的电位

uP=0，由于电路工作在非线性区，故只有uN=uP，即

否则电路的输出由uN-uP的差值决定，这时的uI为阈值电压，故得

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当uI＜UT时，uN＜uP，所以，uO=UOH=+UZ；当uI＞UT时，uN＞uP，所以，uO=UOL=-UZ。若UREF＜0，则图5.6.5（a）所示电路的电压传输特性如图5.6.5（b）所示。

根据式（5.6.3）可知，只要改变参考电压的大小和极性以及电阻R1和R2的阻值，就可以改变阈值电压的大小和极性。若要改变uI过UT时uO的跃变方向，则应将集成运放的同相输入端和反相输入端所接外电路互换。

综上所述，分析电压传输特性三个要素的方法是：

（1）通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器的输出低电平UOL和输出高电平UOH。

（2）分别求出集成运放同相输入端uP和反相输入端电位uN的表达式，令uP=uN，解得的输入电压就是阈值电压UT；

图5.6.5　输出电压稳定的过零比较电路

（3）uO在uI过UT时的跃变方向决定于uI作用于集成运放的哪个输入端。当uI从反相输入端（或通过电阻）输入时，uI＜UT，uO=UOH；uI＞UT，uO=UOL。当u从同相输入端（或通过电阻）输入时，uI＜UT，uO=UOL；uI＞UT，uO=UOH。

例5.6.1　在图5.6.4（b）所示电路中，稳压管的稳定电压UZ=±6V；在图5.6.5（a）所示电路中，R1=R2=5 kΩ，基准电压UREF=2 V，稳压管的稳定电压UZ=±5 V；它们的输入电压均为图5.6.6（a）所示的三角波。试分别画出两电路输出电压的波形。

图5.6.6　例5.6.1波形图

解：根据图5.6.4（b）所示电路可知，当uI＜0 V时，uO1=+UZ=+6 V；当uI＞0 V，uO1=-UZ=-6 V。所以画出其输出电压uO1的波形如图5.6.6 （b）所示。

根据式（5.6.3）有

因此，当UI＜ -2 V时，uO2=+UZ=+5 V；当UI＞ -2 V，uO2=-UZ=-5 V。所以画出其输出电压uO2的波形如图5.6.6（c）所示。可见，利用电压比较器可以实现波形变换。