信号幅值比较电路

5．3．2　信号幅值比较电路

幅值比较就是将一个输入电压信号与参考电压相比较，并根据其差值实现输出电压的跃变。这种电路常用于越限报警、整形、限幅、模／数转换和信号的发生与变换等。

比较电路（或称比较器）的符号和输出-输入特性如图5．36所示。

在图5．36（a）中，V_R为参考电压，V_i为输入信号电压，V_o为输出电压。根据理想集成运放开环放大倍数趋于无穷大的假设，当V_i≈V_R时，放大器即达饱和状态；当V_i稍大于V_R时，V_o为负饱和，反之为正饱和。V_oH、V_oL为放大器的正、负饱和输出电压。V_R称为比较器的阈值电压，用V_th表示。在实际应用中，普通开环工作的差动运放虽然也能用做比较器（只要其输出电平被钳位在要求的逻辑电平），但为解决普通运放响应时间长和输出逻辑电平不兼容的问题，最好还是采用专用的集成电路比较器。目前国内外已生产出各种不同型号的集成电路比较器，可根据需要加以选择。

1）一般电平比较器

这是应用最广也是最简单的一类比较电路，当阈值电压V_th等于参考电压V_R时，可采用图5．36所示的电路形式。当需要的阈值电压可以改变时，可采用图5．37所示的求和形式，此时因i_o≈0，故

图5．36　比较器符号及其特性

图5．37　求和型比较器电路

令V_i＝V_th，则阈值电压为：

式（5．67）表明，求和型比较器的阈值电压V_th不等于参考电压V_R，而是V_R的－R₁／R₂倍。因此，该电路的优点是可以方便地通过调整R₁和R2的比值改变比较器的阈值。在使用普通运放构成比较器时，可添加VD1、VD2稳压管电路（如虚线所示）进行输出电平的钳位。

2）带锁存器的电压比较器

图5．38所示的带锁存器的电压比较器是将一般比较器和一个D触发器组合在一起而构成。当选通脉冲在CLK端输入一个上跳脉冲，D触发器就把比较器的输出状态保存起来，直到下一个选通脉冲的上跳沿到来为止。在选通以外的时间内，不管被测信号如何变化，D触发器的状态都不改变，Q端的输出V_o也不变。

图5．38　带锁存器的电压比较器

3）滞后比较器

由于系统有温漂，输入电压又难免有噪声干扰，上述的一般电平比较器难以在设定的阈值点上稳定工作，造成误翻转，甚至使比较器产生振荡。为克服上述比较器的“点头”现象，可采用滞后比较器，又称施密特触发器。图5．39为两种不同输入状态下滞后比较器的原理图和传输特性。从图可知，它比一般比较器多了一条正反馈通道。

图5．39　滞后比较器的原理和传输特性

由于正反馈，使比较器的阈值电平由一个V_th变成了一个V_H和一个V_L。

如图5．39（a）（参考电平V_R接在同相端）所示，当为正饱和值V_oH时，有

V_o为负饱和值V_oL时，有

则

其传输特性是一个滞环特性，从正饱和开始→负饱和变化时，其切换电平（即阈值）为V_H，而从负饱和→正饱和变化时，其切换电平为V_L。如果在输入信号V_i上还叠加有干扰电压，只要干扰电压的幅值小于（V_H－V_L），就不会造成误翻转。

因此，只要ΔV选择合适，就可消除比较器的“点头”现象，但ΔV的存在，使检测灵敏度降低，故也不能取得过大，通常取R₂＋R₁。

与图5．39（a）下行滞后特性不同的是，图5．39（b）属上行滞后特性，当输入电压V_i从低值达到阈值电平V_H时，比较器的输出从低电平V_oL上跳变为高电平V_oH。