LM339--迟滞比较器
LM339
——迟滞比较器
一、功能描述
本电路是将LM339制作成一个反相迟滞比较器，通过在反相端输入信号，与
同相端的基准电压比较，当U
+> U
-
时，输出端相当于开路，输出高电平；当U
+
<
U
-
时，输出管饱和，相当于输出端接低电平。
二、数据说明
1、测试条件：TDS1012示波器、SG1020A数字合成信号发生器、TH-SS3022
型数显直流稳压电源
2、测试工具：万用表、TDS1012示波器、SG1020A数字合成信号发生器、
TH-SS3022型数显直流稳压电源
3、测试方法：测试前用万用表检测电路的通路与断路，测试时用示波器观
察输入和输出波形并记录。
4、测试数据：
表1 输入频率与输出的关系
测试条件：单电源输入Vcc=12V,输入正弦波，峰峰值为2V，加1V偏置，Vref=1V）
图1 输入频率与输出的关系
表2 输入电压与输出的关系
测试条件：单电源输入Vcc=12V,输入正弦波，频率为5K，Vref=1V）
5、结果分析:
迟滞比较器中加入正反馈可以克服输出端的抖动，所以在输入电压幅值增加时，输出端的幅值没有发生任何改变。输出电压的幅值不会随频率的改变而改变，但是保持高低电平的时间高度随着频率的增大而减小，并且波形随频率的增大开始产生失真，在我们的测量中，最大可以达到210KHZ。同时从上面的数据可以看出，上升时间总是大于下降时间。
三、芯片介绍
1、芯片特点：内部装有四个独立的电压比较器，工作电源电压范围宽，单
电源、双电源均可工作（单电源： 2～36V ，双电源：±1～±18V ）；消耗电流小，I CC =1.3mA;输入失调电压小，V IO =±2mV ； 共模输入电压范围宽， Vic=0～Vcc-1.5V;输出与TTL ，DTL ，MOS ，CMOS 等兼容; 输出可以用开路集电极连接“或”门.
2、芯片用途：
满足比较器的基本用途，可以用作单限比较器，迟滞比较器，窗口比较器等，用来比较电压，用得最多的是在电磁炉中，做过压过热保护。
3、引脚及封装：
采用双列直插14 脚塑料封装（DIP14）和微形的双列14 脚塑料封装（SOP14）
图2 引脚图及内部结构图
表3 主要参数
表4 电特性
四、未解决问题及疑点
问题：我们采用信号发生器提供芯片的输入电压，由于信号发生器所给的电源能加到的最大到4.5V，而LM339用单电源供电时，其电压范围在2V至36V，不接受负电压，所以加上去的电压最大只能达到9V，对于后面的测量数据没法着手
疑点：怎样才能提高它的灵敏度
五、注意事项
1、LM393/339是高增益,宽频带器件,象大多数比较器一样,如果输出端到输入端
有寄生电容而产生耦合,则很容易产生振荡.这种现象仅仅出现在当比较器改
变状态时,输出电压过渡的间隙.电源加旁路滤波并不能解决这个问题,标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的.减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号,而且增加甚至很小的正反馈量(滞回 1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡.除非利用滞后,否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡,如果输入信号是脉冲波形,并且上升和下降时间相当快,则滞回将不需要.
2、比较器的所有没有用的引脚必须接地.
3、LM393/339偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.0~30V无关.
4、通常输入电源需要加滤波模块。
5、差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件.保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V.
6、LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。
六、原理图及PCB板
图3 protel原理图
图4 PCB板
七、附录及参考文献
康华光，邹寿彬等.电子技术基础模拟部分(第五版)[M].高等教育出版
社.2005.7:454-461.
LM339在电磁炉里面的运用各脚电压
LM339的中文资料以及在电磁炉里面的运用各脚电压 第1脚5.14V第2。0.26V第3。18.45V第4。5.12V第5。4.7V第6。3.86V第7。4. 02V第8。1.37V第9。4.76V第10。5.64V第11。1.88V第12。0V由于LM339应用广泛控制使用灵活等特点，所以被很多生产电磁炉的厂家选用，美的电磁炉也不例外。美的电磁炉主电路板也均有运算放大器LM339。在早期生产美的电磁炉电路中，就采用二片运算放大器LM339。从04年后随着电磁炉新产品电路设计不断更新提高，电磁炉主电路板运算放大器LM339也改为单片电路，减少了整机造价成本。（典型代表型号有：MC-PY18B、MC-EF197、MC-SY1913、MC-SY191B第二代、MC-EP2 01）等机型。电磁炉，主电路用LM339是来控制、同步电压、振荡电路、高压保护电路、浪涌保护电路。我们今天了解、掌握、LM339工作原理、及性能参数和特点。明天在售后维修电磁炉中就能得心应手维修好各种电磁炉故障，避免少走弯路。从中节省维修时间，从而提高维修速度、质量、效率、和维修水平。LM339内部有四组电压比较器，自身电压从（+2V-+36V）均可设计选定使用。比较器有“反相输入端”分别为：第4脚，第6脚，第8脚，第10脚：有“同相输入端”分别为：第5脚，第7脚，第9脚，第11脚：有“输出端”分别为：第1脚，第2脚，第13脚，第14脚：（第12脚为负极接地端，第3脚为正极电源接整机电源+18V端）。每个比较器“反相输入端”用“-”表示：“同相输入端”用：“+”表示：和一个输出端。当+端电位高于，“-端时”输出端截止（输出端开路）。当-端电位高于，“+端时”输出端翻转，使输出端变为低电位（输出端饱和）。下面以维修美的MC—SY1913电磁炉为例：一、“浪涌”保护电路故障维修：测比较器LM339第1脚输出端为高电平+4.5V为正常，若为低电平时，应测LM3 39第7脚同相输入端对地+2.1V电压为正常，当电压偏低、或0电压时，则电阻R22变值、或开路损坏。若测LM339第7脚同相输入端对地电压、电阻R22均正常时，测LM339第6脚反相输入端对地+1.9V电压为正常。当电压偏低、或0电压时，则电阻R 34、R33、R50变值或开路，电容器C22、C23漏电，二极管D14断极开路损坏。若LM339第6脚反相输入端对地电压为正常，则LM339损坏，更换以上元器件故障排除。 二、高压保护电路故障维修：当IGBT的集电极脉冲电压高于+1135V时，高压保护电路PWM脉宽调控电路就动作保护，令IGBT输出功率减小，从而避免IGBT 和主电路元器件不受损坏。维修时先拆下加热线盘，测比较器LM339第14脚输出端为高电平+1.2V为正常，若是低电平，则高压保护电路已动作。测LM339第9脚同相输入端对地+4.2V电压为正常，当电压偏低时。为电容器C20漏电、或电阻R36变值开路。如果LM339第9脚同相输入端对地电压正常，则比较器LM339损坏。更换LM 339后故障排除。另外；当浪涌保护电路、高压保护电路故障时，均造成电磁炉出现提锅具时“不报警不加热”故障。三、同步电路故障维修：维修时先接上加热线盘，测比较器LM339第2脚输出端对地+4.8V电压为正常。若电压偏低，测比较器LM33 9第4脚反相输入端对地+3.7V电压为正常。当偏低时，则滤波电容器C2、5uf/275V 失效、及电阻R23（330K/2W）变值受损。测比较器LM339第5脚同相输入端对地+ 3.8V电压为正常，当电压偏低时，则电阻R24（240K/2W）、R27（240K/2W）变值
滞回电压比较器原理及特性
滞回电压比较器原理及特性 滞回电压比较器 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。 滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。 UR是某一固定电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。 以图4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性 图4 滞回比较器及其传输特性 (a)反相输入；(b)同相输入 1，正向过程
正向过程的阈值为 形成电压传输特性的abcd段 2，负向过程 负向过程的阈值为 形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。 利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值 两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。 由上分析可知，改变R2值可改变回差大小，调整UR可改变UTH1和UTH2，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。 图5 比较器的波形变换 (a)输入波形；(b)输出波形
例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图6(a)、(b)所示。根据传输特性和两个阈值(UTH1＝2V, UTH2=–2V)，可画出输出电压uo的波形，如图6(c)所示。从图(c)可见，ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。 图6 说明滞回比较器抗干扰能力强的图 (a)已知传输特性；(b)已知ui 波形； (c)根据传输特性和ui波形画出的uo波形
常见电压比较器分析比较
常见电压比较器分析比较 电压比较器通常由集成运放构成，与普通运放电路不同的是，比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。在分析比较器时，虚断路原则仍成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。 一、零电平比较器(过零比较器) 电压比较器是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别的电路。 参考电压为零的比较器称为零电平比较器。按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图1(a)、(b)所示 图1 过零比较器 (a)反相输入；(b)同相输入 通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。 阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号UTH表示。
估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零)，即U+=U–。对于图1(a)电路，U–=Ui, U+=0, UTH=0。 传输特性是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。 画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)和输入电压由最高到最低(负向过程)两种情况下，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。 二、任意电平比较器(俘零比较器) 将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压UR(设为直流电压)，由于UR的大小和极性均可调整，电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。
图2 任意电平比较器及传输特性 (a)任意电平比较器；(b)传输特性 图3 电平检测比较器信传输特性 (a)电平检测比较器；(b)传输特性 电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差。也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。 三、滞回电压比较器 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。 滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。
占空比可调的方波函数发生器
西北民族大学电气工程学院课程设计说明书（2011/2012学年第二学期） 课程名称：模电课程设计 题目：正弦波发生器设计 专业班级：10级自动化一班 学生姓名：杨香林 学号：P101813404 指导教师：刘明华 设计成绩： 二〇一二年六月二十三日
目录 1.课程设计的目的 2.课程设计内容 2.1总体概述 2.11 设计任务 2.12 设计要求 2.2系统方案分析 2.3系统设计及仿真 2.4硬件设计 3.课程设计总结 4.参考文献
1、课程设计目的 1．掌握电子系统的一般设计方法。 2．理解迟滞比较器的设计原理，掌握方波函数发生器的设计原理。 3．理解555定时器的工作原理，掌握多谐振荡器的设计原理。 4．熟练运用multisim仿真软件设计和仿真电路。 5．提高综合应用所学知识来指导实践的能力。 2、课程设计总文 2.1总体概述 2.11 设计任务 使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件设计方波函数发生器。 2.12 设计要求 1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目； 2、设计系统实现方案； 3、要求占空比可调；输出电压：8V<|Vo|<15V；周期：2ms 2.2系统方案分析 迟滞比较器，是将集成运放比较器的输出电压通过反馈网络加到同相端，形成正反 馈，如图2.21（a ）所示，待比较电压I 加在反相输入端。在理想情况下，它的比较特性 如图2.11（b ）所示。由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压OH U 和下门限 电压 OL U ，两者的差值称为门限宽度。 图2.2(a ） 图2.2（b ） 设比较器输出高电平 OH U ，则 OH U 和 ref U 共同加到同相输入端的合成电压为 四电压比较器LM339的8个典型应用例子 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。 电压比较器电路图 单限比较器电路 OH。图1B为其传输特性。 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件RT的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，UO 为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，UO输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。 图3 迟滞比较器 图1 不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。 图2 图3为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U4<2.8V，U5=2.8V，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器BG1是导通的。当电网电压大于242V时，U4>2.8V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4 迟滞比较器设计 1. 设计需求分析： 电路工作描述：例如：当Vin<300mmHg 压力对应电压值(如：2.7V)时，Vout 为低电平，当Vin>2.7V 时，Vout 为高电平，使Q7导通，Valve 信号为低电平，气阀打开。直到Vin<0.3V 时，Vout 才恢复为低电平。 血压模块过压保护电路模型如下： 说明：图中Vin 为压力传感器压力电压值 对应于迟滞比较器的电压传输特性图，VTL=0.3V ，VTH=2.7V ，VOL=0V ，VOH=VCC 。 2.电路模型计算： 从电压传输特性图可以看出，Vout=VOL 时，Vin=VTH 。由运放的虚短和虚断特性可以 得出，其中 2 R VCC Vref +=()1 *IRin IRf IRin 算式VOL Rin Vref Rf Rin VTH Rf VOL Vref Rin Vref VTH VOL Vref IRf Rin Vref VTH ?+= ?= ??= ?= =当Vout=VOH 时，Vin=VTL ，同理可得。 ()2*IRin IRf IRin 算式Rf VOH Rin Vref Rf Rin VTL Rf VOH Vref Rin Vref VTL Rf VOH Vref IRf Rin Vref VTL ?+= ?= ??= ?= = 将VTH 与VTL 相减得：()3 ........*算式Rf Rin VOL VOH VTL VTH ?= ?将需求分析中的VTL=0.3V ，VTH=2.7V ，VOL=0V ，VOH=VCC(实际为3.3V)，代入上面的算式3中，可得4..........375.1算式Rin Rf =。将算式4代入算式1中，可得到Vref=1.563V 3. 参数选择： v R1，R2电阻的选择：根据2 12 * R R R VCC Vref +=R1=1.111*R2。考虑到实际电 阻阻值和功耗方面要求，有以下电阻可选： R 2(K Ω) R 1(K Ω)22.2222.22.444233.3335.15.66612022.222224.4423033.335156.661300333.3510 566.61 为了达到精确的目的，可以用两个串联电阻代替R1。v Rin 和Rf 的选择：根据Rin Rf *375.1=，考虑到实际电阻阻值，功耗，系统电路影响等方面要求，有以下电阻可选： R i n (K Ω)R f (K Ω)1.52.062522.752.23.0252.43.32230.2524 33 4.仿真验证： 仿真工具：MultiSIM 10.0，电路原理图及仿真结果如下图所示： 课程设计(论文)说明书 题目：方波、三角波、正弦波发生器院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 2012年12 月 5 日 摘要 本文通过介绍一种电路的连接，实现函数发生器的基本功能。将其接入电源，并通过在显示器上观察波形及数据，得到结果。 电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过差分放大器电路得到正弦波，得到想要的信号。 NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能过快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim ，你可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用0工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。 关键词：电源、波形、比较器、积分器、Multisim Abstract This paper introduces a circuit connection, to achieve the basic functions of function generator. Their access to power, and through the display of waveform and data, and get the result. A voltage comparator to achieve a square wave output, in turn connected integrator triangle wave, and through the triangle wave - sine wave conversion circuit to see the sine wave, the desired signal. NI Multisim software combines intuitive capture and powerful simulation, an quickly, easily, efficiently for circuit design and verification. With NI Multisim, you can immediately create a complete component library circuitdiagram, and the use of 0 industry standard SPICE simulator to mimic circuit behavior. This design is the use of Multisim software in circuit diagram and carry out simulation Key words: power, waveform, comparator, an integrator, a converter circuit, Multisim 迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简 单、灵敏度高等特点，但其抗干 扰能力差。例如，在单门限电压v中含XX_01中，当比较器的图I有噪声或干扰电压时，其输入和所示，输出电压波形如图XX_01VvV附近出现干扰，由于在==REFthI VvV，导致将时而为，时而为OLOOH比较器输出不稳定。如果用这个v去控制电机，将出现输出电压O频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。．电路组成1迟滞比较器是一个具有迟滞回环所示为特性的比较器。图XX_02aXX_01 图反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较 器的基础上引入了正反馈网络，如其传输特性如图XX_02b所示。Vv位置互换，就可组成将与REFI同相输入迟滞比较器。 (a) 2．门限电压的估算 由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况vv不下，输出电压与输入电压IO成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入(b) 端之间的电压才可近似认为等于图XX_02 零，即 （1）或 设运放是理想的并利用叠加原理，则有 （2） word 编辑版． vVVVV和下门限电压的不同值（根据输出电压），可求出上门限电压或TOLOT+–OH分别为 （3） （4） 门限宽度或回差电压为 （5） ，则由式(3)~(5)XX_02a所示，且可求得设电路参数如图 ，和。 3．传输特性 开始讨论。设从，和 vvv增加当由零向正方向增加到接近前，不变。当一直保持IOI vVvVV下跳到下跳到，到略大于。再增加，，则同时使由POLOHOI v保持不变。O vv不变，将始终保持只有当，则若减小，只要oI V。其传输特性如图XX_02b跳到所示。时，才由OH v的变化而改变的。由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压o它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了 （此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容，供参考，感谢您的配合和支持） word 编辑版． word 编辑版． 一种自适应迟滞性比较器的设计 关键词：迟滞电路，比较器 摘要：设计了一种由滤波器和迟滞比较器构成的传输频率信号电路。设计使用滤波器将输入信号改变适当的相位作为迟滞比较器标准端的信号，而原信号输入比较器的另一端。那么由于迟滞比较器的电压同时随输入信号改变。 迟滞电路（hysteresis circuit）又称施密特触发电路（schmitt trigger circuit）。因他能滤除干扰噪声而获得很广泛的运用。在一些应用场合中，特别在某些模/数转换电路中[1]，迟滞比较器作为抗干扰的比较器应用较多。为了获得更好的转换效果，需要较好地选择迟滞比较器正端输入的基准电压。而信号的未知为确定基准电压带来麻烦。本文设计的一种加入滤波器的迟滞比较器解决了这个问题。 1 迟滞比较器的设计 迟滞性是比较器的一种特性，他使比较器的输入阈值随输入(出)电平而改变。比较器实现的方法很多。他们都有不同形式的正反馈。最常见的即是由放大器接成正反馈组成。这类迟滞比较器由于方便的设计和放大器的标准生产成为主流。设计选用了最常见的由放大器正反馈的设计，如图1所示。 由米尔曼公式可得输入电压升高和降低时的基准电压如下式： 而电路能滤掉的噪声即迟滞性为： 由上式可知，迟滞性由电源电压和R4，R5阻值决定。本设计中V r的大小是变成的，因此正负基准电压也随V r变化，为了达到自适应的目的希望基准电压对输入有好的跟随性同时减小输出端的影响。因此将R4取值得比R5要小一个数量级。 2 滤波器的设计 设计滤波器往往要考虑下列因素： （1）工作频率范围。 （2）参数变化的灵敏度及稳定度。 （3）实际元件的重量和大小。 （4）运算放大器的电压源。 2.1 滤波器的选择[2] 本设计是工作在低频的比较器。此时当信号频率是低频时可以考虑的方式有低通、带通或全通，同时还可选择一阶或多阶。在考虑此设计后，一阶滤波器在此设计中是较好的，且低通 模拟电子技术自主设计实验 姓名：林启震班级：04101 学号1120410121 实验日期：5.27 台号：教师签字： 电压比较器 一、实验目的 1、掌握电压比较器的分析及其计算 2、学习测试比较器的方法 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 4、直流电源。 三、实验原理及测量方法 电压比较器（通常称为比较器）的功能是比较两个电压的大小。例如，将一个信号电压Ui和另一个参考电压Ur进行比较，在Ui>Ur和Ui (a )电路图 (b )电压传输特性曲线 图2 反向滞回电压比较器 电压比较器的特性可以用电路的传输特性来描述，它是指输出电压与输入电压的关系曲线，如图1(b )为过零比较器的电压传输特性曲线。 可以看出，当输入电压从低逐渐升高或从高逐渐降低经过0电压时，Uo 会从一个电平跳变为另一个电平，称0为过零比较器的阈值。阈值定义为当比较器的输出电平从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压值。 滞回电压比较器的电压传输特性曲线如图2(b )所示。 曲线表明，当输入电压由低向高变化，经过阈值1TH U 时，输出电平由高电平(Uz )跳变为低电平(-Uz )。 2123z TH R U U R R = + 当输入电压由高向低变化，经过阈值2TH U 时，输出电平由低电平(-Uz)跳变为高电平(Uz)。 2123z TH R U U R R -= + 3、电压比较器的测试 测试过零比较器时，可以用一个低频的正弦信号输入至比较器中，直接用双踪示波器监看输出和输入波形，当输入信号幅度适中时，可以发现输入电压大于零、小于零时，输出的高、低电平变化波形，即将正弦波变换为方波。 滞回电压比较器测试时也可由用同样的方法，但在示波器上读取上、下阈值时，误差较大。采用直流输入信号的方案较好，调节输入信号变化，测出输出电平跳变时对应的输入电压值即为阈值。 四、实验内容 1、 过零比较器 （1）连接图1（a ）实验电路，检查无误后，接通12V ±直流电源 （2）测量当Ui 悬空时，Uo 的值 （3）调节信号源，使输出频率为100Hz ，有效值为1V 的正弦波信号，并输入至Ui 端，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形并记录 （4）改变信号发生器的输出电压Ui 幅值，用示波器观察Uo 变化，测出电压传 LM339 ——迟滞比较器 一、功能描述 本电路是将LM339制作成一个反相迟滞比较器，通过在反相端输入信号，与 同相端的基准电压比较，当U +> U - 时，输出端相当于开路，输出高电平；当U + < U - 时，输出管饱和，相当于输出端接低电平。 二、数据说明 1、测试条件：TDS1012示波器、SG1020A数字合成信号发生器、TH-SS3022 型数显直流稳压电源 2、测试工具：万用表、TDS1012示波器、SG1020A数字合成信号发生器、 TH-SS3022型数显直流稳压电源 3、测试方法：测试前用万用表检测电路的通路与断路，测试时用示波器观 察输入和输出波形并记录。 4、测试数据： 表1 输入频率与输出的关系 测试条件：单电源输入Vcc=12V,输入正弦波，峰峰值为2V，加1V偏置，Vref=1V） 图1 输入频率与输出的关系 表2 输入电压与输出的关系 测试条件：单电源输入Vcc=12V,输入正弦波，频率为5K，Vref=1V） 5、结果分析: 迟滞比较器中加入正反馈可以克服输出端的抖动，所以在输入电压幅值增加时，输出端的幅值没有发生任何改变。输出电压的幅值不会随频率的改变而改变，但是保持高低电平的时间高度随着频率的增大而减小，并且波形随频率的增大开始产生失真，在我们的测量中，最大可以达到210KHZ。同时从上面的数据可以看出，上升时间总是大于下降时间。 三、芯片介绍 1、芯片特点：内部装有四个独立的电压比较器，工作电源电压范围宽，单 电源、双电源均可工作（单电源： 2～36V ，双电源：±1～±18V ）；消耗电流小，I CC =1.3mA;输入失调电压小，V IO =±2mV ； 共模输入电压范围宽， Vic=0～Vcc-1.5V;输出与TTL ，DTL ，MOS ，CMOS 等兼容; 输出可以用开路集电极连接“或”门. 2、芯片用途： 满足比较器的基本用途，可以用作单限比较器，迟滞比较器，窗口比较器等，用来比较电压，用得最多的是在电磁炉中，做过压过热保护。 3、引脚及封装： 采用双列直插14 脚塑料封装（DIP14）和微形的双列14 脚塑料封装（SOP14） 图2 引脚图及内部结构图 表3 主要参数 电压比较器 实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b) 当Ui (a) 图2 过零比较器 (b) (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U∑ 点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U D ）U∑=[ R2/（ R2+ R f ）]* U D ，则当UD> U∑后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U∑ 与U∑ 的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2 7、稳压管2CW231×1 8、二极管4148×2 9、电阻器等 创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 方波和三角波发生器电路 由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。如图6. 5所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。 方波和三角波发生器的工作原理 A1构成迟滞比较器，同相端电位Vp由VO1和VO2决定。利用叠加定理可得： 当Vp＞0时A1输出为正，即VO1 = +Vz；当Vp＜0时，A1输出为负即VO1 = -Vz A2构成反相积分器 VO1为负时，VO2 向正向变化，VO1 为正时，VO2 向负向变化。假设电源接通时VO 1 = -Vz，线性增加。 当VO2上升到使Vp略高于0v时，A1的输出翻转到VO1 = +Vz 。 四、报告要求 1、课题的任务和要求。 2、课题的不同方案设计和比较，说明所选方案的理由。 3、电路各部分原理分析和参数计算。 4、测试结果及分析： （1）实测输出频率范围，分析设计值和实测值误差的来源。 （2）对应输出频率的高、中、低三点，分别实测输出电压的峰－峰值范围，分析输出电压幅值随频率变化的原因。 （3）频率特性测试，在低频端选定一个输出幅值，而后逐步调高输出频率，选12～15个测试点，用示波器观测输出对应频率下的输出幅值，填入自己预做的表格，画出电路的幅频特性。 注意：输出幅值一旦选定，在调节输出测试频率点过程中，不能再动！ （4）画出示波器观测到的各级输出波形，并进行分析；若波行有失真，讨论失真产生的原因和消除的方法。 5、课题总结 6、参考文献 2、方波、三角波发生器 （1）按图11-2所示电路及参数接成方波、三角波发生器。 四电压比较器LM339的典型应用 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur 时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。 迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。 单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。 图1a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图1b为迟滞比较器的传输特性。 不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU 之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。 迟滞比较器 迟滞比较器的输出VO与输入VI不成线性关系，输出电压的转换临界条件是 门限电压VP（同相输入端的电压）≈VN（反相输入端的电压）=VI（参考基准电压）VP=VN=[（R1×VREF）/（R1+R2）]+[（R2×VO）/（R1+R2）] （公式-1） 根据输出电压VO的不同值（VOH或VOL）可以分别求出上门限电压VT+和下门限电压VT-分别为： VT+={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOL]（公式-2） VT-={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOH]（公式-3） 那麽门限宽度为： ΔVT=（R1/R2）×（VOH-VOL）（公式-4） 已知工作电压=12V 基准电压VREF=1V 输入电压VI=1～5V R1=1000Ω=1KΩ R2=1000000Ω=1MΩ 反馈系数=R1/(R1+R2)=0.000999 比较器输出电压VOH=12V, VOL=0V 而比较器的门限宽度/输出电压=反馈系数 即反馈系数×输出电压=门限宽度 0.000999×12=0.011988≈0.012V 根据（公式-2）VT+={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOL] ={[1+（1000/1000000）]×1}-[（1000/1000000）×0] =1.001-0 =1.001(V) 根据（公式3）VT-={[1+（R1/R2）]×VREF}-[（R1/R2）×VOH] ={[1+（1000/1000000）]×1}-[（1000/1000000）×12] =1.001-0.012 =0.989(V) 根据（公式-4）ΔVT=（R1/R2）×（VOH-VOL） =（1000/1000000）×12 =0.012(V) 验证 VT+-VT- =1.001-0.989=0.012(V) 可以通过改变R2达到改变反馈系数来调节ΔVT的范围。 例如将R2改为10KΩ时，则 集成运算放大器应用电路综合设计 网上大作业 方波发生器 电路： 波形： 电路设计： 因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应 按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来切丁每种状态维持的时间。图示为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。 方波发生电路图，如图所示，它由反相输入的滞回比较器和RC 积分电路组成。其中RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换，而输出端引入的限流电阻Ｒｏ和两个背靠背的双向稳压管起到了双向限幅的作用。 基波低通滤波器 电路： 波形： 电路设计： 一个低通滤波器加一个同相比例放大器。 出现的问题及解决： 1.出现问题：到后面和移相的三次谐波叠加时发现波形不正确。 发现错误：后面的滤波器对三次谐波多次放大使最后的波形不正确。 解决问题：加一个同相比例放大器，确保波形的正确。 2．出现错误：发现滤波后，波形失真。 发现错误：是角频率和频率弄混了，导致截止频率算错。 解决问题：纠正后，重新计算。 三次谐波带通滤波器 电路: 波形： 电路设计： 一个二阶有源高通滤波器，一个二阶有源低通滤波器和一个带通滤波器级联。 优化过程： 第一次只用了一个带通滤波器滤波，做仿真时，发现波形失真，后来发现是一个带通滤波器的带外衰减不够，所以又级联一个二阶有源高通滤波器和一个二阶有源低通滤波器，并且将Q调至1。 移相器 电路： 45度： lm339应用电路图 lm339应用电路图：LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：失调电压小，典型值为2mV；电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM 339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端 电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。L M339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM3 39的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，Uo输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。 集成运放组成的电压比较器 1. 功能及应用：主要用来判断输入信号电位之间的相对大小，它至少有两个输入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号U i，另一个则接基准电压V R定门限电压(或称阀值)的U T。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的矩形波，应用于模－数转换，波形产生及变换，及越限警等。 2. 运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，U i数量级，为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1，请注意横、纵坐标标度的不同 (1) 从途中可化称 (2) 若U i发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性区 时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存在。 (3) 若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。 (4) 若用正反馈使Aod↑，则可缩短状态的转换时间。 3. 分类： (1) 单限比较器 (2) 迟滞比较器(Schmitt) (3) 双限比较器(窗口比较器) 二. 单限比较器 1. U i与U R分别接运放两输入端的开环串接比较器，见图8. 2.2 ΔU i>U R Uo=+Uom ΔU iLM339电压比较器原理应用
电压比较器电路图
迟滞比较器设计
基于LM324的方波、三角波、正弦波发生器(含原理图)..
迟滞比较器
迟滞性比较器的设计方法
电压比较器
LM339--迟滞比较器
电压比较器教程文件
方波和三角波发生器电路
四电压比较器LM339的典型应用
迟滞比较器
方波发生器
lm339应用电路图
几种电压比较器的说明和比较