单门限电压比较器的特点及应用

1.过零电压比较器

阈值电压等于零的电压比较器称为过零电压比较器。最简单的过零电压比较器电路的组成如图9-17所示。

由图9-17可见，电压比较器和比例运算放大器的差别是电路中没有了负反馈网络，所以电压比较器电路中的运算放大器工作在非线性工作区，输出电压的值为±U_z。

为了稳定电压比较器的输出电压，电压比较器的输出电路中通常接有双向稳压管VS，电阻R是该稳压管的限流电阻，在这种情况下，电压比较器的输出电压为稳压管的稳压值。因运算放大器的反相输入端接地，所以该电压比较器的参考电压为零。

图9-17 过零电压比较器

因该电路的输入信号从运算放大器的同相输入端输入，所以输入信号与输出信号同相，电压传输特性如图9-16所示。

若将图9-17所示电路中的接地端和信号输入端对调，即运算放大器的同相输入端接地，输入信号从反相输入端输入，也可组成过零电压比较器。

处在这种接法下的电压比较器，当输入信号电压大于零时，相当于在运算放大器的反相输入端输入正极性的信号，输出电压将是小于零的负极性信号；反之，当输入信号电压小于零时，相当于在运算放大器的反相输入端输入负极性的信号，输出电压将是大于零的正极性信号；因输出电压在输入电压过零时发生跳变，所以该电路的阈值电压为零。根据输出电压和输入电压的这些特点，将图9-16所示的电压传输特性曲线绕纵轴转180°，即可得该电压比较器的电压传输特性曲线如图9-18所示。

2.任意电压比较器

阈值电压等于任意值的电压比较器称为任意电压比较器。将图9-17所示电路中的接地端断开，接上任意值的参考电压，即可以组成任意电压比较器。任意电压比较器的另一种接法如图9-19所示。根据叠加定理可求得该电路的阈值电压为

图9-18 传输特性曲线

图9-19 任意电压比较器

解得(www.xing528.com)

在参考电压U_R大于零的情况下，该电路的电压传输特性曲线如图9-20所示。

电压比较器除了用来比较输入电压和参考电压的大小关系外，通常还用来做波形整形变换电路，将输入的交变信号整形变换成矩形波信号输出。

图9-20 电压传输特性曲线

【例9-2】 在图9-19所示的电路中，若参考电压U_R=3V，稳压管的稳压值U_z=±5V，R₁=2kΩ，R₂=3kΩ，输入信号的波形如图9-21a所示，请画出输出电压的波形。

解 根据式（9-9）可计算出电路的阈值电压为

在输入信号的-2V处做一条平行于横轴的虚线，在两曲线的交界点上做平行于纵轴的虚线，如图9-21a所示。在虚线的左边，因输入信号电压小于阈值电压，输出电压为+U_z，在虚线的右边，因输入信号电压大于阈值电压，输出电压为-U_z，根据输入和输出电压的这个特点可画出输出电压的波形，如图9-21b所示。

图9-21 例9-2图

由图9-21可见，三角波信号经电压比较器整形变换后成为矩形波信号。上述解的结论用Multisim软件仿真测试的结果如图9-22所示。

图9-22 例9-2仿真测试的结果

图9-22中示波器屏幕上的波形清晰地显示出，图9-22所示的电压比较器电路可以将输入的三角波信号整形变换成方波信号输出。