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干货 | 值得收藏的常见电压比较器电路

2019-06-20
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单限比较器

图1(a)给出了一个基本单限比较器,输入信号Uin,即待比较电压,它加到同相输入端,在反向输入端接到一个参考电压(门限电平)Ur。当输入电压Uin>Ur时,输出为高点平UOH。图1(b)为其传输特性。




图1 单限比较器


图2为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电,1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压,它的值取决于R1于R2。


Ur=R2/(R1+R2)×UCC


同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时,"﹢"端电压大于"﹣"端电压,Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时,"﹣"端电压大于"﹢"端,比较器反转,Uo输出为零电位,使保护电路动作。调节R1的值可以改变门限电压,既设定温度值的大小。


图2 某仪器过热检测保护电路


迟滞比较器

迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器,如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰,则输出电压就会产生相应的抖动(起伏)。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。


图3(a)给出了一个迟滞比较器,人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图3(b)为迟滞比较器的传输特性。


图3 迟滞比较器


不难看出,当输出状态一旦转换后,只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值,输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说,它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。


迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度,这是它的一个优点。除此之外,由于迟滞比较器加的正反馈很强,远比电路中的寄生耦合强得多,故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。


如果需要将一个跳变电固定在某一个参考电压值上,可在正反馈电路中接入一个非线性元件,如晶体二极管,利用二极管的单向导电性,便可实现上述要求。图4为其原理图。


图4


图5为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时,1/4LM339的U4<2.8V,U5=2.8V,输出开路,过电压保护电路不工作,作为正反馈的射极跟随器BG1是导通的。


当电网电压大于242V时,U4>2.8V,比较器翻转,输出为0V,BG1截止,U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值,为2.7V,促使U4更大于U5,这就使翻转后的状态极为稳定,避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。


由于制造了一定的回差(迟滞),在过电压保护后,电网电压要降到242-5=237V时,U4<U3,电磁炉才又开始工作。这正是我们所期望的。


图5 某电磁炉电网过电压检测电路


双限比较器

即窗口比较器。


图6(a)电路由两个LM339组成一个窗口比较器。当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时(UR1<Uin<UR2),输出为高电位(UO=UOH)。当Uin不在门限电位范围之间时,(Uin>UR2或Uin<UR1)输出为低电位(UO=UOL),窗口电压ΔU=UR2-UR1。它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。


图6 双限比较器


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