深入了解集成运算放大器的原理与应用

由集成运算放大器（简称集成运放）组成的方波发生器，主要是利用电压比较而输出对应的高低电平。常用运算放大器比较输出方波的电压比较器有滞回比较器、零电平比较器。

1.滞回比较器

滞回特性比较器如图711（a）所示，过零比较器在实际工作时，如果ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此，就需要输出特性具有滞回现象。如图7-11（b）所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若uo改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。

图711　滞回比较器

当uo为正（记作U+），

则当ui＞U∑后，uo即由正变负（记作U-），此时U∑变为-U∑。故只有当ui下降到-U∑以下，才能使uo再度回升到U+，于是出现图711（b）所示的滞回特性。-U∑与U∑的差别称为回差。改变R2的数值可以改变回差的大小。当输入的信号为正弦信号时，输出的信号为方波，如图712所示。

图712　滞回电路的输入、输出信号

图713　反向输入过零比较器

2.基本过零比较器

基本过零比较器（又称零电平比较器）主要用来将输入信号与零电位进行比较，以决定输出电压的极性。电路如图713所示：放大器接成开环形式，信号ui从反向端输入，同相端接地。(www.xing528.com)

当输入信号ui＜0时，输出电压uo为正极限值uom；由于理想运放的电压增益Au→∞，故当输入信号由小到大，达到ui=0时，即U+=U-的时刻，输出电压uo由正极限值Uom翻转到负极限值-Uom。

当ui＞0时输出uo为负极限值-Uom。因此，输出翻转的临界条件是U+=U-=0，即

基本过零比较器的传输特性如图714（a）所示。所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压ui是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。

图714　基本过零比较器的传输特性

对于实际运算放大器，由于其增益不是无限大，输入失调电压UOS不等于零，因此，输出状态的转换不是突然的，其传输特性如图714（b）所示，存在线性区。由以上工作原理可知，比较器中运放的反向输入端和同相输入端的电压不一定相等。

假设输入信号ui为正弦波，在ui过零时，比较器的输出就跳变一次，因此，uo为正、负相间的方波电压，如图715所示。

图715　比较器的输入与输出波形

为了使输出电压有确定的数值并改善大信号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上限幅器。如图716（a）所示，R=1kΩ，VDZ1、VDZ2采用5229，UZ1=UZ2=4.3V。

图716　限幅电压比较器