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什么是电压比较器?电压比较器工作原理_比较器与运放的区别

2022-01-16 12:55分类:电子技术 阅读:

 

  电压跟随器(下称电压比较器)是一种常见的集成电路芯片。它可用以报警系统电源电路、全自动控制回路、精确测量技术性,也可用以V/F转换电源电路、A/D转换电源电路、快速取样电源电路、电源电压检测电源电路、震荡器及压控振荡器电源电路、过零检验电源电路等。文中关键详细介绍其基本要素、原理及典型性工作中电源电路,并详细介绍一些常见的电压跟随器。
  什么叫电压跟随器
  简易地说, 电压跟随器是对2个仿真模拟工作电压较为其尺寸(也是有2个数据工作电压较为的,这儿不详细介绍),并分辨出在其中哪一个工作电压高,如图所示1所显示。图1(a)是电压比较器,它有两个键入端:同相键入端(“ ” 端) 及正相反键入端(“-”端),有一个輸出端Vout(輸出脉冲信号数据信号)。此外有开关电源V 及地(它是个单开关电源电压比较器),积分电路端键入工作电压VA,正相反端键入VB。
  VA和VB的转变 如图所示1(b)所显示。在時间0~t1时,VA>VB;在t1~t2时,VB>VA;在t2~t3时,VA>VB。
  在这类状况下,Vout的輸出如图所示1(c)所显示:VA>VB时,Vout輸出上拉电阻(饱和状态輸出);VB>VA时,Vout輸出低电频。依据輸出脉冲信号的多少便可了解哪一个工作电压大。


  假如把VA键入到正相反端,VB键入到积分电路端,VA及VB的工作电压转变 依然如图所示1(b)所显示,则Vout輸出如图所示1(d)所显示。与图1(c)较为,其輸出脉冲信号倒了一下。輸出脉冲信号转变 与VA、VB的键入端相关。
  图2(a)是双电源开关(正负极开关电源)供电系统的电压比较器。假如它的VA、VB键入工作电压如图所示1(b)那般,它的频率特性如图2(b)所显示。VB>VA时,Vout輸出饱和状态负工作电压。


  假如键入工作电压VA与某一个固定不动不会改变的工作电压VB相较为,如图所示3(a)所显示。此VB称之为参照工作电压、标准工作电压或阈值电压。假如这参照工作电压是0V(地脉冲信号),如图所示3(b)所显示,它一般作为过零检验。


  电压比较器的原理
  电压比较器是由运放电路发展趋势而成的,电压比较器电源电路能够当作是运放电路的一种运用电源电路。因为电压比较器电源电路运用比较普遍,因此 开发设计出了专业的电压比较器集成电路芯片。
  图4(a)由运放电路构成的差分放大器电源电路,键入工作电压VA经分压器R2、R三分压后接进积分电路端,VB根据输入电阻R1接进正相反端,RF为意见反馈电阻器,若不考虑到键入失调电压,则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻器的表达式为:Vout=(1 RF/R1)·R3/(R2 R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2,R3=RF,则Vout=RF/R1(VA-VB),RF/R1为放大仪的增益值。当R1=R2=0(等同于R1、R2短路故障),R3=RF=∞(等同于R3、RF引路)时,Vout=∞。增益值变成无穷,其原理图就产生图4(b)的模样,差分放大器处在开环增益情况,它便是电压比较器电源电路。事实上,运算放大器处在开环增益情况时,其增益值并不是无穷,而Vout輸出是饱和状态工作电压,它低于正负极电源电压,也不太可能是无穷。


  从图4中能够看得出,电压比较器电源电路便是一个计算放大器电路处在开环增益情况的差分放大器电源电路。
  同相放大器电路如图所示5所显示。假如图5中RF=∞,R1=0时,它就变为与图3(b)一样的电压比较器电源电路了。图5中的Vin等同于图3(b)中的VA。


  电压比较器与运算放大器的区别
  运算放大器能够做电压比较器电源电路,但特性不错的电压比较器比通用性运算放大器的开环增益高些,键入失调电压更小,共模键入工作电压范畴更高,压摆率较高(使电压比较器响应时间更快)。此外,电压比较器的輸出级常见集电结引路构造,如图所示6所显示,它外界必须接一个上拉电阻或是立即推动不一样电源电压的负荷,运用上更为灵便。但也是有一些电压比较器为相辅相成輸出,不用上拉电阻。


  这儿顺带要强调的是,电压比较器电源电路自身也是有性能指标规定,如精密度、响应时间、散播时间延迟、敏感度等,绝大多数主要参数与运算放大器的主要参数同样。在规定不高时可选用通用性运算放大器来作电压比较器电源电路。当在A/DSPWM电源电路中规定选用高精密电压比较器电源电路。
  因为电压比较器与运算放大器的内部构造基本一致,其绝大多数主要参数(电特点主要参数)与运算放大器的主要参数项基本上一样(如键入失调电压、键入失衡电流量、键入参考点电流量等)。
  电压比较器典型性运用电源电路
  这儿举2个简易的电压比较器电源电路为例子来表明其运用。
  1.风扇全自动控制回路
  一些大电力电子器件或控制模块在工作中的时候会造成较多发热量使溫度上升,一般选用散热器并且用风机来制冷以确保一切正常工作中。这儿详细介绍一种极简易的溫度控制回路,如图所示7所显示。负温度系数(NTC)温度传感器RT黏贴在散热器上检验电力电子器件的溫度(散热器上的溫度要比元器件的溫度稍低一些),当5V工作电压加进RT及R1电阻器处时,在A点有一个工作电压VA。当散热器上的溫度上升,则温度传感器RT的电阻值降低,使VA升高。RT的溫度特点如图所示8所显示。它的电阻器与溫度转变 曲线图尽管线性并不太好,可是它是单值函数(即溫度一定时,其电阻值也是一定的单值)。如果我们设置在80℃时要接入风扇,这80℃即设置的阀值溫度TTH,在特点曲线图上可寻找在80℃时相匹配的RT的电阻值。R1的电阻值是不会改变的(它安裝在电路板上,在工作温度转变 并不大时可觉得R1值不会改变),则能够测算出在80℃时的VA值。


  R2与RP构成分压器,当5V电源电压是平稳工作电压时(工作电压可靠性不错),调整RP能够更改VB的工作电压(电阻器管理中心头的工作电压值)。VB数值电压比较器设置的阈值电压,称之为VTH。
  设计方案时期待散热器上的溫度一旦超出80℃时接入风扇完成排热,则VTH的值应相当于80℃时的K值。一旦VA>VTH,则电压比较器輸出低电频,汽车继电器K吸合,风扇(直流无刷电机)得电工作中,使大电力电子器件减温。VA、VTH工作电压转变 及电压比较器输出电压Vout的特点如图所示9所显示。这儿说起清晰的是在VA逐渐超过VTH时,风扇,但排热体有很大的发热量,要历经一定时问才可以把溫度降至80℃下列。


  从图7可看得出,要更改阀值溫度TTH十分便捷,只需相对应地更改VTH值就可以。VTH值扩大,TTH扩大;相反也是,调节十分便捷。只需RT明确,RT的溫度特点明确,则R1、R2、RP可便捷求出(设穿过RT、R1及R2、RP的电流量各为0.1~0.5mA)。
  2.对话框电压比较器
  对话框电压比较器常见2个电压比较器构成(双电压比较器),它有两个阈值电压VTHH(高阈值电压)及VTHL(低阈值电压),与VTHH及VTHL较为的工作电压VA键入2个电压比较器。若VTHL≤VA≤VTHH,Vout輸出上拉电阻;若VAVTHH,则Vout輸出低电频,如图所示10所示。图10是一个电冰箱报警系统电源电路。电冰箱一切正常操作温度设成0~5℃,(0℃到5℃是一个“对话框”),在这里温度范围时电压比较器輸出上拉电阻(表明溫度一切正常);若冰箱冷藏温度小于0V或高过5℃,则电压比较器輸出低电频,此低电频数据信号工作电压键入微处理器(μC)作报警系统。


  温度感应器选用NTC温度传感器RT,已经知道RT在0℃时电阻值为333.1kΩ;5℃时电阻值为258.3kΩ,则按1.5V工作标准电压及穿过R1、RT的电流量约1.5 uA,能求出R1的值。R1的值明确后,可测算出0℃时的VA数值0.5V(按图10中R1=665kΩ时),5℃时的VA数值0.42V,则VTHL=0.42V,VTHH=0.5V。若设R2=665kΩ,则按图11,能求出穿过R2、R3、R4电阻器的电流量I=(1.5V-0.5V)/665kΩ=0.0015mA,按R4×I/=0.42V,能求出R4=280kΩ再按0.5V=(R3 R4)0.0015mA, 则能求出R3=53.3kΩ。


  本例中2个电压比较器选用低工作标准电压、功耗低、相辅相成輸出双电压比较器LT1017,不用外接上拉电阻。

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