单限比较电路优化方案

8.2.2.1　过零比较电路

过零比较电路如图8.2.3（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uI＜0V时，uO=+UOM；当uI＞0V时，uO=-UOM。因此电压传输特性如图8.2.3（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=0V 。

图8.2.3　过零比较电路

实用电路中，为了限制输入电流，在输入端加入限流电阻和限幅二极管，如图8.2.4所示。同时，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8.2.5（a）所示。图中R为限流电阻，两只稳压管的稳定电压均应小于集成运放的最大输出电压UOM。设稳压管DZ1的稳定电压为UZ1，DZ2的稳定电压为UZ2；DZ1和DZ2的正向导通电压均为UD。当uI＜0V时，由于集成运放输出电压=+UOM，使DZ1工作在稳压状态、DZ2工作在正向导通状态，所以输出电压uO=UOH=+(UZ1+UD)。当uI＞0V时，集成运放的输出电压uO=UOL=-(UZ2+UD)。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8.2.5（b）所示。

图8.2.4　限制输入电流和电压的过零比较电路

图8.2.5　输出电压稳定的过零比较电路

另一种电路为限幅电路稳压管跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间，如图8.2.6所示。当稳压管截止时，集成运放必然工作在开环状态，输出电压不是+UOM就是-UOM；DZ工作在稳压导通状态，由于反相输入端为“虚地”，故输出电压uO=±UZ。由于引入了负反馈，根据“虚断”“虚短”的概念，电流iR等于稳压管的电流iZ，集成运放的净输入电流近似为0，不会产生过流现象，同时，净输入电压近似为零，差分输入级工作在线性区，可提高电路的转换速度。

图8.2.6　输出电压稳定的过零比较电路

8.2.2.2　一般单限比较电路

图8.2.7（a）所示为一般单限比较电路，REFU为外加参考电压。(www.xing528.com)

根据叠加原理，集成运放反相输入端的电位为

图8.2.7　输出电压稳定的过零比较电路

由于uP=0，而电路工作在非线性区，故有uN=uP，即

否则电路的输出由uN-uP的差值决定，这时的uI即为阈值电压，故得

当uI＜UT时，uN＜uP，所以=+UOM，uO=UOH=+UZ；当uI＞UT时，uN＞uP，所以=-UOM，uO=UOL=-UZ。若UREF＜0，则图8.2.7（a）所示电路的电压传输特性如图8.2.7（b）所示。

根据式（8.2.3）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，可总结出分析电压传输特性的方法如下：

（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电位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。

（3）uO在uI过UT时的跃变方向取决于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，若uI＜UT，则uO= UOH；若uI＞UT，则uO= UOL。当uI从同相输入端（或通过电阻）输入时，若uI＜UT，则uO= UOL；若uI＞UT，则uO= UOH。