当前课程知识点：模拟电子技术基础(应用部分) > 第四周 > 8.11 过零比较器 > 过零比较器
知道了电压比较器的种类
首先我们要讲最简单的电压比较器
是一个单限的电压比较器
叫做过零比较器
首先我们看它的电路 如此的简单
就是把集成运放的同相输入端接地
然后从反相输入端输入电压
那么你看这样的一个接法
它的输出肯定不是高电平
就是低电平了
因为我们在分析的时候
把集成运放看成是一个理想化参数的
集成运放
所以只要这两个输入端之间的
电位有差值
哪怕是一个无穷小量
都会使得输出电压产生变化
我们按照要得到电压传输特性的
三个要素
这样一个要求来看一看这个电路
首先它的阈值电压是零
就是同相输入端所接的这个地
然后我们看到
它的输出当然不是+UOM
就是-UOM
然后我们再看 说这时候uI
就是和零相比
当它大于零的时候
输出就是-UOM
当uI＜0的时候
输出就是+UOM
知道了这三个主要的要素
我们就可以画出这个电路
它的电压传输特性来
也就是输入电压是和零相比
小于零的时候输出为高电平
大于零的时候输出为低电平
那么在这样一个电路
其中我们看到了 说输入给什么
集成运放的输入级的输入
就是多少
你给1V
那么输入级的输入电压就是1V
你给5V 它就是5V
你给10V 它就是10V
你给20V 它就是20V
说得越来底气越不足
原因是什么呢
当你给这个输入的电压太大的时候
这个输入级就会损坏了
有一些通用型的集成运放
输入级耐压特别高
但就大多数来讲
输入级它的耐压就是几伏
比如两三伏
那么如果我给输入信号是5V
这就有可能破坏了
集成运放的输入级
从而使得集成运放
造成永久性的损坏
所以我们有必要
在这个过零比较器的输入端
加保护电路
保护电路就是底下我所画的这样子
那么从这个样子上我们就知道
当我们输入信号正的数值
比较大的时候
足以使得二极管导通了
而二极管一旦导通
那么这个反相输入端
和同相输入端之间
承受的电压
就是二极管的管压降
那这个管压降
会因为这个电流不同而不同
但是管压降的范围
是很小的
我们知道对一个硅材料的二极管
当它导通的时候
它导通的电压就是0.5～0.8V
而如果我输入的信号是小于零的信号
当它负到一定程度
底下这支管子导通了
而底下这只管子一旦导通
仍然是把集成运放的
两个输入端之间的电压的差值
限制在了二极管的导通电压上
于是在这个电路里边
A就不会承受非常大的
差模的输入电压
这样就保护了集成运放的输入级
那么在这里要特别提醒大家
就是这个电阻是必不可少的
因为它是二极管的限流电阻
如果你没有这个电阻
当输入的电压大到一定程度
就是先烧二极管
后烧集成运放
这是过零比较器
它的输入的保护电路
我们再来看它输出的限幅电路
按照前面看到
它的电压传输特性
它的高低电平
就是决定于集成运放
自身的能够输出的电压的最大幅值
而实际应用里面
负载可能对于输出电压的
高低电平有着各色各样的要求
所以人们看到
经常会看到
就是在实际的电压比较器的
这样的电路里边
输出会加上限幅电路
比如说是这样子
我们看这是两只稳压管
这两只稳压管
它相背而接
稳压管的特性是这样的
稳压管 我们前面见过多次了
一旦它击穿
在它的电流允许的电流范围里边
它的端电压
几乎是一个常量
我们叫它是一个稳定电压
那么在这边这个电路里边
当集成运放输出的是正的UOM的时候
就会产生这样的回路
这样的回路应该足以使得
Dz1击穿
Dz2是正向导通的
所以可以看到限幅电路里边
稳定管本身的稳定电压
一定是比集成运放所输出的
正UOM来得小
这样稳压管才会起作用
那这时候输出是多少呢
就应该是上边这只稳压管的
稳定电压
加上下边这只稳压管的
正向导通电压
而同样的 如果集成运放
输出的是负的UOM
那这时候就会产生这么
一个方向的电流
底下这只稳压管
应该处在击穿状态
也就是稳压状态
而上面这只稳压管是正向导通
那这就是它的低电平
所以它的高电平是+（UZ1 + U
D2）
也就上面管子的击穿电压
加上下边管子的导通电压
而低电平是-（UZ2 + U
D1）
也就是负的下边这只管子的
击穿电压
稳定电压
加上上边这只管子的导通电压
好 这样一个电路
就可以由负载的需求
我们来设计限幅电路
从而得到用户所要求的
输出的高电平和低电平
那就是选择两只稳定电压
合适的稳压管
那么在这里仍然要提出来一个问题
就是这个R必不可少
这个R是稳压管的限流电阻
稳压管必须工作在IZ
也就是使得它达到稳压值的那个
最小的电流
和IZM 也就是使它不至于损坏的
这样的一个电流
在这个之间稳压管的工作
才是正常的
所以这个限流电阻
就是限制稳压管
工作在既稳压
又不损坏的区域里边
因此它是必不可少的
而应该这么说
稳压管和它的限流电阻
是成对出现的
有稳压管你一定要找着
和它匹配的那个限流电阻
在实际应用的时候
我们还需要高低电平
它是数值相等 极性相反的
那经常是用这样的一种稳压管
这个稳压管
是把两只稳压管做在一起了
因为是在同样的一个材料下
所以它做的这两只稳压管的
稳定电压是一样的
那符号就是这样
它的标志是±UZ
也就是说我们不去想
是上面的稳定电压
加下面的正向导通电压呢
还是下边的稳定电压
加上上面的正向导通呢
不是这样
它直接就标注±UZ
于是在这个电路里边
它的高低电平就是数值相等
极性相反的
如果这后边驱动的
就直接驱动的是一个数字电路
那么数字电动高电平
是一个正的一个值
比如一种叫TTL电路的
那它的高电平就是比如说3V
或者是3点几伏
那它的低电平就应该是一个
接近零的这么一个电平
那这时候我们后边的稳压电路
就是这么去接了
那这时候这个地方
就接到这个稳压管的位置上
那么当着集成运放输出
+UOM的时候
那这个管子就击穿了
那是高电平
就是这个管子的稳定电压
就是输出的高电平
而一旦在这里输出的-UOM的时候
那么这个稳压管
就导通正向导通
因此使得这个输出是负的UD
也就是一个二极管的正向导通电压
那实际上我刚才讲了
我们是希望这个低电平
尽量的接近0
尽量的接近0
那怎么办呢
有聪明人想了一个办法
说如果我在这
再并上一个二极管
而这个二极管是一个锗材料的管
当集成运放输出-UOM的时候
就形成从锗材料二极管
正向导通的这样一个通路
从而使得输出的低电平
虽然也是一个-UD
但是锗材料的管子
正向导通时候它的端电压的范围
是0.1V～0.3V
也就是更接近我刚才所讲的
TTL电路所需要的那个低电平
还有一种特殊的情况
就是这种情况
我在前面曾经讲到
说电压比较器里边
绝大部分的情况
是集成运放工作在开环
或者只引了正反馈
这里大家一看说
这不就是从输出端
接到反相输入端吗
这不又成了负反馈了吗
所以在这个电路里边
这是一个特例
但是这个负反馈
并不是永远是一个负反馈
而只有当稳压二极管
被击穿的时候
有了这个通路它才构成了
负反馈的回路
所以是一旦导通
才引入了负反馈
那么一旦导通
引入了负反馈
那这一点就是地
因此这个输出当然不是正的UZ
就是负的UZ了
所以它输出的高低电平
是大小相等 极性相反的
那么这个电阻仍然是限流的电阻
那这样一个电路有什么样的好处呢
它的好处就在于它保护了
集成运放的输入级
因为一旦它导通了
那么这一点就变虚地了
它是虚地 它是真地
那集成运放的输入级的两个端（电位）
都是0
因此不会使得它的净输入量太大
从而损坏
这是一个好处
还有一个好处
就是提高了这个电路的转换的速度
就是从低电平到高电平
或者高电平到低电平的
这样一个速度
为什么呢
因为一旦它导通
这个电路就不会工作到
非线性区里面去
我们知道在非线性区里
集成运放内部
有一些管子是在截止的状态
一些管子到了饱和的状态
而如果这个输出限制在一个
中间的一个点
比如说它的±UOM
是±14V
而在这里我限制它
输出是±10V
那么这里头的管子
就既不会进入饱和区
又不会进入截止区
这个输出电平的转换
就非常的灵活
从而加快了集成运放的转换速度
但是我们可以看到
这样一个应用是有限的
因为不是所有的电压比较器
都可以这么去加它的限幅的电路
使得它能够在导通的时候
引入负反馈
来达到这样一些优点
而不少的或者多数的
电压比较器不能够做到这一点
-7.1模拟电子技术基础（应用部分）概述
-7.2 由集成运放组成的运算电路概述
-7.3 反相输入比例运算电路
-7.4 同相输入比例运算电路
-7.5 反相求和运算电路
--反相求和运算电路
-7.6 同相求和运算电路
--同相求和运算电路
-实验一：单端输入双端输出电路
-7.7 加减运算电路
--加减运算电路
-7.8 关于比例及加减运算电路的讨论
-7.9 积分运算电路
--积分运算电路
-7.10 微分运算电路
--微分运算电路
-第一周作业
--第一周作业题
-EDA1 解一元多次方程
--解一元多次方程
-7.11 对数运算电路和指数运算电路
-7.12 模拟乘法器简介
--模拟乘法器简介
-7.13 模拟乘法器在运算电路中的应用
-实验二 正弦波电压倍频电路
-7.14 关于运算电路的讨论
-7.15 有源滤波器概述
--有源滤波器概述
-7.16 一阶低通滤波器
--一阶低通滤波器
-7.17 二阶低通滤波器
--二阶低通滤波器
-7.18 其它滤波器
--其它滤波器
-实验三 滤波电路的应用
--滤波电路的应用
-第二周作业
--第二周作业题
-8.1 正弦波振荡的条件
--正弦波振荡的条件
-8.2 正弦波振荡的组成及分类
-EDA2 正弦波振荡电路的起振和稳幅过程
-8.3 RC串并联选频网
--RC串并联选频网
-8.4 RC桥式正弦波振荡电路
-8.5 RC正弦波振荡电路的讨论
-实验四 正弦波振荡电路的测试
-8.6 变压器反馈式正弦波振荡电路
-8.7 电感反馈和电容反馈式正弦波振荡电路
-8.8 LC正弦波振荡电路的讨论
-第三周作业
--第三周作业题
-8.9 石英晶体正弦波振荡电路
-8.10 电压比较器概述
--电压比较器概述
-8.11 过零比较器
--过零比较器
-8.12 一般单限比较器
--一般单限比较器
-8.13 滞回比较器
--滞回比较器
-8.14 窗口比较器与集成比较器
-8.15 关于电压比较器的讨论
-8.16 常见非正弦波和矩形波发生电路的组成
-第四周作业题
-8.17 矩形波发生电路
--矩形波发生电路
-8.18 三角波-方波发生电路
-8.19 锯齿波发生电路和压控振荡电路
-EDA3 三角波发生电路->锯齿波发生电路->压控振荡电路的结构变化
-实验五 非正弦波发生电路的测试
-8.20 波形变换电路
--波形变换电路
-EDA4 波形变换电路的设计与实现
-8.21 信号转换电路
--信号转换电路
-8.22 关于信号转换电路的讨论
-9.1 概述
--概述
-9.2 变压器耦合功率放大电路
-第五周作业
--第五周作业题
-实验六 压控振荡电路的参数选择与调试
-9.3 OTL电路
--OTL电路
-9.4 OCL电路和BTL电路
-9.5 OCL电路最大输出功率及效率的估算
-9.6 OCL电路中晶体管的选择
-实验七 功放管及其散热器展示
-9.7 功率放大电路的讨论一（读图练习）
-9.8 功率放大电路的讨论二（电路的识别和故障分析）
-10.1 直流稳压电源的组成及各部分的作用
-10.2 单相半波整流电路
--单相半波整流电路
-第六周作业
--第六周作业题
-EDA5 数字式仪表的设计与仿真
--数字式仪表的设计
-10.3 单相桥式整流电路
--单相桥式整流电路
-10.4 电容滤波电路
--电容滤波电路
-10.5 其它滤波电路
--其他滤波电路
-10.6 稳压电路的性能指标及稳压二极管
-10.7 稳压管稳压电路的工作原理和主要性能指标
-10.8 稳压管稳压电路的设计
-实验八 稳压管稳压电路的设计及实现
-10.9 串联型稳压电路的组成
-10.10 串联型稳压电路中调整管的选择
-第七周作业
--第七周作业题
-10.11 关于串联型稳压电路的讨论
-10.12 集成三端稳压器及其基本用法
-10.13 基准电压源三端稳压器及其基本用法
-实验九 稳压电源性能指标的测试
-10.14 关于线性稳压电源的讨论
-10.15 开关型稳压电路的特点和基本原理
-10.16 串联开关型稳压电路
-10.17 并联开关型稳压电路
-第八周作业
--第八周作业题
-调查问卷
-期末考试
