电压比较器电压传输特性的绘制

【摘 要】 在电子技术教学中，学生对电压比较器电压传输特性的绘制存在着困难。本文针对学生容易出现的问题，详细阐述了电压比较器的阀值电压计算方法、电压传输特性绘制方法分析、绘制步骤。

【关键词】 电压比较器 传输特性 绘制

本文以几种典型电压比较器的电压传输特性绘制及应用为例，由浅入深讲解绘制传输特性的要点、难点、技巧和方法。

1 电压比较器

电压比较器是集成运算放大器（简称集成运放）在非线性区的典型应用电路。所以先介绍一下集成运放非线性区的特点。

1.1 集成运放在非线性区的特点

集成运放工作于非线性区时，输出只有两种取值即正饱和电压（+UOM）或负饱合电压（-UOM）。其工作情况是：（1）当u+>u_时uo=+UOM；当u+

1.2 电压比较器

电压比较器的基本功能是对两个输入电压的大小进行比较（即将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较），判断出其中哪一个比较大。比较的结果用输出电压的高电平和低电平来表示。常用的电压比较器有过零电压比较器、滞回电压比较器，窗口（双限）电压比较器几种。在这里我们选取具有代表性的简单电压比较器和滞回电压比较器为例来分析传输特性的绘制方法。

2 电压比较器的阀值电压

阀值电压是电压比较器电路中的一个重要参数，是绘制电压传输特性的关键。绘制电压比较器的传输特性时，须首先计算出阀值电压。

2.1 阀值电压的定义

电压比较器的输出电压从一个电平翻转到另一个电平的临界条件是集成运放两个输入端的电位相等，即u+=u-。阀值电压指的是u+=u-时对应的输入电压ui的值，简称为阀值，用符号UTH表示。当ui=UTH时，u+=u-；当ui≠UTH时，u+≠u-。

2.2 求阀值的一般步骤

（1）求出u+=？（2）求出u-=？（3）令u+=u-，求出此时的输入电压ui=？，该ui的值即为阀值电压UTH。

3 简单电压比较器的传输特性绘制（以同相输入简单电压比较器为例）

同相输入简单电压比较器电路如图1所示，运放工作在开环状态，输入电压ui加在同相输入端，参考电压UR 加在反相输入端。

3.1 按刚介绍的方法求得阀值

i+≈0（虚断）u+=ui；i-≈0（虚断）u-=uR；=UTH=uR。

3.2 画电压传输特性曲线

（1）画坐标，纵坐标表示输出电压uo，横坐标表示输入电压ui；（2）在纵坐标上标识比较器的正输出饱和电压+UOM和负输出饱和电压-UOM两点；（3）在横坐标上标识阀值点（UTH）；（4）过阀值点作垂线①，如图1示。分析：ui>UTHu+>u-uo=+UOM画出水平线②；ui

4 滞回电压比较器（以反相输入滞回电压比较器为例）

4.1 求阀值

利用集成运放在非线性区的特点求得两点阀值。当uo=+UOM时，UTH1=UOM·R1/（R1+Rf）；当uo=-UOM时，UTH2=-UOM·R1/（R1+Rf）。

4.2 画电压传输特性

（1）前三步骤同前。只是这次在横轴上要标识两个阀值点（UTH1、UTH2）。

（2）过阀值点做垂线①，过阀值点UTH1做垂线②，如图4所示。

①以阀值1（UTH1）为例进行分析，应用在绘制简单电压比较器时得到的结论可知，对于反相输入电压比较器。分析：ui>UTHu+

5 结语

通过对两种输入方式的电压比较器电路分析，可得到一个结论：对于同相输入电压比较器，当ui>UTH时，u+>u-，uo=+UOm；当ui

参考文献

[1]康华光主编.电子技术基础[M].模拟部分.第四版.北京：高等教育出版社，2000.

[2]汤光华主编.电子技术[M].第一版.北京：化学工业出版社，2005.