第7章 信号产生与转换电路
7.1 电 压 比 较 器
电压比较器是将一个外加模拟输入电压ui和一个参考电压uR 进行比较，并将比较结果输出的电路。
比较器的输出有两种可能状态：高电平或低电平，因此集成 运放常常工作在非线性区。
由于输出只有高低两种状态，是数字量，因此比较器往往是 模拟电路与数字电路的接口电路。
应用范围：越限报警、模数转换、各种非正弦波形的产生和 变换等
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第7章 信号产生与转换电路 图7-1所示电路为电压比较器。人为规定:
当ui>uR时，比较器的输出为高电平UOH； 当ui<uＲ时，比较器的输出为低电平UOL。 当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态时，相应的 输入电压通常称为阈值电压或门限电压。记作UT。
模 拟 u量i 参 考 u值R
＋∞ A
－
图 7-1 电压比较器
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uo数 字 量
第7章 信号产生与转换电路
图7-1中的运放可以采用专门的集成比较器（如国产BG307， 国外产品μA710），也可以采用通用的集成运算放大器。它们 的主要区别在于输出的电压幅值不一样。
(1) BG307等专用集成比较器的输出电压幅值符合TTL电路 要求。即高电平大于3.3V，低电平小于-0.4 V。分别相当于数字 电路中的1和0。
因此，电路一旦接通，输出端就会处于高电位UOH，或者 低电位UOL。UOH和UOL的值分别接近于运放的供电电源±E。
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第7章 信号产生与转换电路
∞ －
＋
A
ui
＋
＋－Leabharlann R1uo －＋
uf R2 －
(a)
uo UOH
UT－
O
UT＋
ui
UOL (b)
图7-4 运放构成的双稳态触发器及其传输特性
A
ui
＋-
＋
－
uo
－
(a)
uo UOH
UT－
O
UT＋
ui
UOL (b)
图7-6 (b)与图7-4(b)传输特性形状均类似于迟滞
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由图7-6（a）可见，运放同相端的电压u＋为
u
R2 R1 R2
uo
R1 R1 R2
ui
(7–4)
只要：u＋<0时，uo就稳定在UOL； 只有：u＋>0时，uo才突跳到UOH。
R2 R1 R2
(UOH
UOL )
(7-3)
如果想减小回差，应使R2<<R1，但这将使触发电路的可靠性降 低。
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ui
1
2
UOH uo
t
图 7-5 迟滞比较器抗干扰模型示意
UT＋ UT－
UOL
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R1
R2 ＋
+－ ∞
(2) 通用集成运放构成的比较器，输出幅值为运放的正负输 出极大值。通常为运放所在电路的正负电源值，如±12V，只 有增添附加的钳位电路，才能满足数字电路的逻辑电平要求。
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第7章 信号产生与转换电路 电路结构：
运放经常处于开环状态，有时为了提高转换速度和 精度，经常引入正反馈。
分类：根据比较器的传输特性 过零比较器、单限比较器、滞回比较器及双限比较
用途：检测输入的模拟信号是否达到某一指定的电平。 将 电 压 比 较 器 的 输 出 电 压 uo 与 输 入 电 压 ui 的 函 数 关 系 uo=f(ui)用曲线描述，称为电压传输特性。
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R
∞
ui
－
R VD2
VD1
A
＋
uR
＋
uo
－
(a)
R
∞
uR
－
R1
A
uo
O UOL ui
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第7章 信号产生与转换电路
∞
＋ us －
＋ u－i
－ A
＋
＋ uo
O
＋
－
un －
O
(a)
ui＝us＋un
t (b)
UOH t UOL (c)
图7-3 干扰对零电位比较器的影响(a)、 (b)、 (c)
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7.1.2 迟滞比较器
（a） 电路结构；
（b） 传输特性
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(1) 设输出端处在高电平UOH状态，经R1、R2分压后，反馈电压：
uf
R1
R2
R2
U
OH
UT
(7 – 1)
当：ui<UT+，输出端能始终保持在高电平UOH状态(稳态之一)。 当：ui>UT+，才能使输出端由高电平UOH跳变到低电平UOL。
通常UT-称为下门限电压或开启电压。
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第7章 信号产生与转换电路
根据以上分析，可以得到该电路的传输特性曲线，如图74(b)所示，因为该比较器的传输特性曲线形状类似于迟滞回线， 故这类比较器又称为迟滞比较器。
将上门限电压UT+与下门限电压UT-之差称为回差ΔUH。
U H UT
UT
通常UT+称为上门限电压或关闭电压。
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第7章 信号产生与转换电路
(2) 设输出端处在低电平UOL状态，则经R1、R2分压后，反馈 电压 uf 为：
uf
R1
R2 R2
UOL
UT
(7 – 2)
当：ui>UT-，输出端能始终保持在低电平UOL状态(稳态之一)。
当：ui<UT-，才能使输出端由低电平UOL跳变到高电平UOH。
将UOH和UOL分别带入到式(7-4)中，即可求出上、下门限电压值：
运算放大器有两个输入端，如果将输出信号反馈到同相输 入端就构成一个正反馈闭环系统，如图7-4(a)所示，该电路是一 种典型的由运放构成的双稳态触发器，又称施密特触发器。图 中R1、R2构成正反馈网络。
因为集成运放具有很高的开环电压增益，所以同相输入端 (+)与反向输入端(－)只需很小的电压（约±1mV），就能使输 出端的电压接近于电源电压。
R
＋
ui
＋
VDZ
uo －
uo UOH
O
UR
uo
O UOL
(b)
图7-2 单门限比较器举例
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ui UOL
UOH
ui
第7章 信号产生与转换电路
VDZ
R ui
∞ －
A R
＋
＋
uo
－
UOH
uo
O
UOL
ui
R1 uR
R2 ui
R3
VDZ
∞ －
A ＋
(c)
UOH
＋
uo
－
R2 R1
UR
(d)
图7-2 单门限比较器举例
器等。
过零比较器：参考电压uR接地，可用于将正弦波转换成 矩形波。
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第7章 信号产生与转换电路
7.1.1 单限比较器
单限比较器是指只有一个门限电压的比较器。当输入电压 在增大或减小的过程中通过门限电压UT时，输出电压产生跃变， 从高电平UOH跳为低电平UOL，或从低电平UOL跳为高电平UOH。