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比较器内部电路原理教学视频,运算放大器基本电路

张世龙 05-13 08:51 32次浏览

窗口比较器,也称为双极限比较器,具有两个阈值电平,可以检测输入模拟信号的电平是否在给定的两个阈值电平之间。 窗口比较器在选择和分类部件,或者监视和控制生产现场时非常有用。

该图是典型的窗口比较器电路,电路由2个集成运算放大器构成,输入电压ui分别与运算放大器Al的同相输入端子和A2的反相输入端子连接,基准电压UH和UL分别施加到Al的反相输入端子和A2的同相输入端子。 两个集成运算放大器的输出端分别通过一个二极管并联连接,成为窗口比较器的输出端。

典型窗口比较器电路图设计(一)单限制电压比较器和滞后电压比较器在输入电压ui单向变化时,输出电压uo只跳一次。 因此,只能检测ui与一个基准电压值的大小关系。 要确定ui是否在两个指定电压之间,请使用窗口比较器。 图1(a )是窗口比较器,被施加基准电压URH )、URL,R1、R2和稳定化管DZ构成限幅电路。

图1窗口比较器及其电压传递特性

在输入电压ui’urh的情况下,uo1=UOM,uo2=UOM,因此二次管D1导通,D2截止,因此电路的输出电压uo=UZ。

输入电压ui《URL时,uo1=UOM、uo2=UOM,因此二次管D1截止、D2导通,所以电路输出电压uo=UZ。

在输入电压URL《ui《URH》的情况下,uo1=UOM、uo2=UOM,因此二次管D1和D2都断开,所以电路的输出电压uo=0。

窗口比较器的电压传递特性如图1(b )所示。

通过以上3种电压比较器的分析,可得出以下结论。

在电压比较器中,集成运算放大器多工作在非线性区域,输出电压只有高电平和低电平两种。

一般用电压传递特性描述输出电压和输入电压的函数关系。

电压传递特性的三个要素是输出电压的高电平、低电平、阈值电压和输出电压的转变方向。 输出电压高电平、低电平由限幅电路决定; 阈值电压是将输出电压uo从高电平变为低电平或者从低电平变为高电平输入电压; ui等于阈值电压时输出电压的转变方向由非反相输入端和反相输入端的相对大小关系决定。

典型窗口比较器电路图设计(二)

典型窗口比较器电路

图是典型的窗口比较器的电路图。 每个比较器有两个输入端子和一个输出端子。 两个输入端子之一称为同相输入端子,用“”表示,另一个称为反相输入端子,用“-”表示。 比较2个电压时,向任意一个输入端施加固定电压作为基准电压,向另一端施加比较的信号电压。 “”引脚的电压高于“-”引脚时,相当于输出管断开,输出端开路。 “-”端子的电压高于“”端子时,表示输出管饱和,输出端子与低电位连接。

典型窗口比较器电路图设计(三)

照片“切片”(窗口)比较器

本电路有两个基准比较端子,整定值分别为5V和-5V。 从电路结构可知,只要5v’in’- 5v,换言之,输入信号在5V~-5C“该芯片范围”内,电路就维持原状态(或静态)的高电平输出状态。 相反,IN信号为高于5V或低于-5V,偏离“该限幅范围”时,N1 (或N2 )的输出端反转,变为低电平状态。

该电路功能具有实用意义,例如对电机接地故障的检测,无需区分是正半波或负半波接地,发生接地故障时,会发生报警动作; 用于工作电压监测,可以方便地限定“安全范围”,设备在此范围内正常工作。 很明显,在这里比较“一张范围”与相同的点和段相比更合理。

这样可以更好地了解专用(开路集电极输出)比较器的优点。

输入端子(高电阻输入)可以并联连接,即,多组比较器可以共享一个系统的信号;

输出端子可以并联连接。 输出级独特的电路结构,可直接并联输出(不会因R5限流作用导致N1、N2内部的输出级电路损坏)。 这对多路复用相关信号的“集约化处理”和节约后级电路的I/O端口具有重要意义。

典型窗口比较器电路图设计(四)

图为本人设计的窗口电压比较电路,该图用于报警装置端口电压值的监测。 端口电压值超过某个范围时,电路输出高电平,图中的电压阈值为1.5V和3V。 可以通过改变电阻R152、R146、R174、R170来设定. 在本图中,LM339采用了5V供电,单片机可以容忍5V电平,但为了稳定和规范设计,图中增加了电平转换的晶体管Q28。 LED灯用于状态显示。 端口电压在1.5V至3V范围内时为正常状态,LED灯不点亮,端口电压超过1.5V至3V范围时LED灯点亮。 后期应用中,D38的TVS管保护电压较低,更换为SMBJ6.5CA,解决了问题。

典型窗口比较器电路图设计(五)图4-28(b )是这种窗口电压比较器电路。 这由一个同相比较器和一个反相比较器构成,基准电压分别加在两个比较器的反相端子和同相端子上,分别称为上下限基准电压。 输入电压Ui同时施加到两个比较器的输入端子,与上限基准电压UREF和下限基准电压UREF电压进行比较。 上下限的基准电压可以视为“窗”,因此称为窗电压比较器。

窗口电压比较器控制着电路

常用的电路,当控制参数(如温度、压力、水深)在正常范围时,其相对应的电压在窗口之内,若这些参数超过设定的范围,即超过上限UREF或下限UREF,则比较器发生翻转,输出控制信号,通过调节器的控制,使被控制参数回到规定范围。

典型窗口比较器电路图设计(六)

通常双限比较器必须设定上、下限,在上、下限范围内进行比较。本电路采用的是先设定中心值,通过比较距离中心值的幅度来完成比较,中心值的幅度可由外部电压自由选定,象集成电路三端调节输出电压检测器那样,先选定中心值为+5V,再选定以其正、负百分之几作为基准双限电压VW(5*X%)。

电路的工作原理

OP放大A1,A3为缓冲放大器,A2为反相器,当EI﹥V0时,A4相当于输出负电压的理想二极管电路。A5是过零比较器,用VR1调整其滞后电压,使其稳定工作。

图A中的实线代表OP放大器A4的输出,电路中因存在-C0造成电压漂移,若以EI-VO=0作为原点,只有当EI﹥-V0,二极管D1才导通,并输出负电压。图中虚线表示输入小于-V0时的输出,把该输出在比较器的输入端与A4输出叠加,从而得出绝对值输出,双限的幅度由比较器电压与VW的偏离值相乘来确定。在EI=0~-V0-VW区时,输出“H”电平,在-V0正负VW范围内输出“L”电平。比较器只进行过零检测,而图中虚线示出的点为视在零点,因而可以作为双限比较器用。

元件的选用

本电路采用了双OP放大器,也可以使用4重电路的TL084,电路中省去了失调调节电路,因此输入电压要大于1V,如输入电压比较低,应选用低偏听偏压OP放大器。

电阻R5~R11之间的比例关系很重要,但E系列标称电阻没有1,1/2,1/4的阻值,所以可以按电路图的阻值选配或用R=30K,R/2=15K,R/4=7.5K选配。

调整

比较器LM311其输入电压接近基准电压时容易产生振荡,使输出出现突跳,为了使比较稳定,须加滞后电压,正反馈量由R12的VR1组成的分压电路确定。

 

转自:http://www.elecfans.com/dianlutu/187/20180226639839_a.html

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