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常用电压较量器的道理与应用

常用电压较量器的道理与应用

本文首要先容其根基观念、事变道理及典范事变电路,并先容一些常用电压较量器。

什么是电压较量器

电压较量器(以下简称较量器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动节制电路、丈量技能,也可用于V/F调动电路、A/D调动电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。简朴地说, 电压较量器是对两个模仿电压较量其巨细(也有两个数字电压较量的,这里不先容),并判定出个中哪一个电压高,如图1所示。图1(a)是较量器,它有两个输入端:同相输入端(“+” 端) 及反相输入端(“-”端),有一个输出端Vout(输出电平信号)。其它有电源V+及地(这是个单电源较量器),同相端输入电压VA,反相端输入VB。VA和VB的变革如图1(b)所示。在时刻0~t1时,VA》VB;在t1~t2时,VB》VA;在t2~t3时,VA》VB。在这种环境下,Vout的输出如图1(c)所示:VA》VB时,Vout输出高电平(饱和输出);VB》VA时,Vout输出低电平。按照输出电平的坎坷便可知道哪个电压大。

常用电压较劲器的原理与应用



假如把VA输入到反相端,VB输入到同相端,VA及VB的电压变革如故如图1(b)所示,则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)较量,其输出电平倒了一下。输出电平变革与VA、VB的输入端有关。

图2(a)是双电源(正负电源)供电的较量器。假如它的VA、VB输入电压如图1(b)那样,它的输出特征如图2(b)所示。VB》VA时,Vout输出饱和负电压。

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假如输入电压VA与某一个牢靠稳固的电压VB对较量,如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。假如这参考电压是0V(地电平),如图3(b)所示,它一样平常用作过零检测。

常用电压较劲器的原理与应用



较量器的事变道理

较量器是由运算放大器成长而来的,较量器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。因为电压较量器电路应用较为普及,以是开拓出了专门的较量器集成电路。

图4(a)由运算放大器构成的差分放大器电路,输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端,VB通过输入电阻R1接在反相端,RF为反馈电阻,若不思量输入失调电压,则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的相关式为:Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2,R3=RF,则Vout=RF/R1(VA-VB),RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相等于R1、R2短路),R3=RF=∞(相等于R3、RF开路)时,Vout=∞。增益成为无限大,其电路图就形成图4(b)的样子,至尊国际,差分放大器处于开环状态,它就是较量器电路。现实上,运放处于开环状态时,其增益并非无限大,而Vout输出是饱和电压,它小于正负电源电压,也不行能是无限大。

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从图4中可以看出,较量器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。

同相放大器电路如图5所示。假如图5中RF=∞,R1=0时,它就酿成与图3(b)一样的较量器电路了。图5中的Vin相等于图3(b)中的VA。

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较量器与运放的不同

运放可以做较量器电路,但机能较好的较量器比通用运放的开环增益更高,输入失调电压更小,共模输入电压范畴更大,压摆率较高(使较量器相应速率更快)。其它,较量器的输出级常用集电极开路布局,如图6所示,它外部必要接一个上拉电阻可能直接驱动差异电源电压的负载,应用上越发机动。但也有一些较量器为互补输出,无需上拉电阻。

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这里趁便要指出的是,较量器电路自己也有技能指标要求,如精度、相应速率、撒播耽误时刻、迅速度等,大部门参数与运放的参数沟通。在要求不高时可回收通用运放来作较量器电路。如在A/D调动器电路中要求回收慎密较量器电路。

因为较量器与运放的内部布局基内情同,其大部门参数(电特征参数)与运放的参数项根基一样(如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等)。

较量器典范应用电路

这里举两个简朴的较量器电路为例来声名其应用。

1.散热电扇自动节制电路

一些大功率器件或模块在事变时会发生较多热量使温度升高,一样平常回收散热片并用电扇来冷却以担保正常事变。这里先容一种极简朴的温度节制电路,如图7所示。负温度系数(NTC)热敏电阻RT粘贴在散热片上检测功率器件的温度(散热片上的温度要比器件的温度略低一些),当5V电压加在RT及R1电阻上时,在A点有一个电压VA。当散热片上的温度上升时,则热敏电阻RT的阻值降落,使VA上升。RT的温度特征如图8所示。它的电阻与温度变革曲线固然线性度并欠好,可是它是单值函数(即温度一按时,其阻值也是必然的单值)。假如我们设定在80℃时应接通散热电扇,这80℃即设定的阈值温度TTH,在特征曲线上可找到在80℃时对应的RT的阻值。R1的阻值是稳固的(它安装在电路板上,在情形温度变革不大时可以为R1值稳固),则可以计较出在80℃时的VA值。

常用电压较劲器的原理与应用

 

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R2与RP组因素压器,当5V电源电压是不变电压时(电压不变性较好),调理RP可以改变VB的电压(电位器中心头的电压值)。VB值为较量器设定的阈值电压,称为VTH。

计划时但愿散热片上的温度一旦高出80℃时接通散热电扇实现散热,则VTH的值应便是80℃时的K值。一旦VA》VTH,则较量器输出低电平,继电器K吸合,散热电扇(直流电机)得电事变,使大功率器件降温。VA、VTH电压变革及较量器输出电压Vout的特征如图9所示。这里要说清晰的是在VA开始大于VTH时,电扇事变,但散热体有较大的热量,要颠末一按时问才气把温度降到80℃以下。

常用电压较劲器的原理与应用



从图7可看出,要改变阈值温度TTH异常利便,只要响应地改变VTH值即可。VTH值增大,TTH增大;反之亦然,调解异常利便。只要RT确定,RT的温度特征确定,则R1、R2、RP可利便求出(设流过RT、R1及R2、RP的电流各为0.1~0.5mA)。

2.窗口较量器

窗口较量器常用两个较量器构成(双较量器),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较量的电压VA输入两个较量器。若VTHL≤VA≤VTHH,Vout输出高电平;若VA《VTHL,VA》VTHH,则Vout输出低电平,如图10所示。图10是一个冰箱报警器电路。冰箱正常事变温度设为0~5℃,(0℃到5℃是一个“窗口”),在此温度范畴时较量器输出高电平(暗示温度正常);若冰箱温度低于0V或高于5℃,则较量器输出低电平,此低电平信号电压输入微节制器(μC)作报警信号。

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温度传感器回收NTC热敏电阻RT,已知RT在0℃时阻值为333.1kΩ;5℃时阻值为258.3kΩ,则按1.5V事变电压及流过R1、RT的电流约1.5 uA,可求出R1的值。R1的值确定后,可计较出0℃时的VA值为0.5V(按图10中R1=665kΩ时),5℃时的VA值为0.42V,则VTHL=0.42V,VTHH=0.5V。若设R2=665kΩ,则按图11,可求出流过R2、R3、R4电阻的电流I=(1.5V-0.5V)/665kΩ=0.0015mA,按R4×I/=0.42V,可求出R4=280kΩ再按0.5V=(R3+R4)0.0015mA, 则可求出R3=53.3kΩ。

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本例中两个较量器回收低事变电压、低功耗、互补输出双较量器LT1017,无需外接上拉电阻。

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