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电压比较器在检测系统中的应用

—— Application of Voltage Comparator in Test System
作者:任伯峰,陈雷,刘百坚,张志巍 (军械工程学院弹药工程系,河北 石家庄 050003)时间:2010-02-10来源:电子产品世界

  1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/106052.htm

  是用来比较两个或两个以上模拟电平,并给出结果的功能部件[1]。它将一个输入模拟电压信号与设置的参考电压相比较,在二者幅度相等的附近,输出电压将跃变成相应的高电平或低电平,在模拟与数字信号转换等领域得到广泛的应用。

  Multisim是较为优秀的电路仿真软件,它提供的虚拟仪器和分析方法不仅可以及时的看到电路的运行状态、测量电路的性能指标,而且设计和试验可以同步进行,能够完成各种类型的电路设计和试验[2]。本文基于,用美国NS公司的LM339仿真和设计了三种比较器电路。

  2 比较器的特点及分类

  2.1 比较器的特点

  由于比较器仅有两个不同的输出状态,即低电平或电源电压,具有满电源摆幅特性的比较器输出级为射极跟随器,这使得其输出信号与电源摆幅之间仅有极小的压差。该压差取决于比较器内部晶体管饱和状态下的集电极与发射极之间的电压。CMOS满摆幅比较器的输出电压取决于饱和状态下的MOSFET,与双极型晶体管结构相比,在轻载情况下电压更接近于电源电压。

  2.2 比较器的分类

  按一个器件上所含有的个数,可分为单、双和四;按功能,可分为通用型、高速型(传播延迟少于50ns)、微功率比较器(静态电流低于20mA)、低电压型(电源电压低于5V)和高精度型电压比较器;按输出方式,可分为集电极(或漏极)(Open-Drain)开路输出和推拉式(Push-Pull)输出结构两种情况。多数比较器的输出为集电极开路结构,如LM339、MAX918等使用时需要上拉电阻。

  3 电压比较器的选择

  3.1 电源电压范围、共模范围

  比较器使用时有双电源供电、单电源供电两种情况,要根据功能要求选择供电方式。为了使比较器正常工作,首先电源电压要在所使用的比较器的允许电压范围之内,其次一定要保证两端输入信号不超过比较器规定的共模范围。

  3.2 滞回电压与失调电压

  由于比较器的输入端常常叠加有很小的波动电压,这些波动所产生的差模电压会导致比较器输出发生连续变化。为避免输出振荡,新型比较器通常具有几mV的滞回电压。滞回电压的存在使比较器的切换点变为两个:一个用于检测上升电压,一个用于检测下降电压(图1)。高电压门限(VTRIP+)与低电压门限(VTRIP-)之差等于滞回电压(VHYST),比较器的失调电压(VOS)是VTRIP+和VTRIP-的平均值。失调电压(即切换电压)一般随温度、电源电压的不同而变化。

  图1 开关门限、滞回和失调电压

  3.3 输出延迟

  输出延迟时间是选择比较器的关键参数,包括信号通过元器件产生的传输延时和信号的上升时间与下降时间。传输延迟是指由施加一个差分信号与切换状态的输出极之间的时间延迟。上升时间与下降时间一般是指输出电压的10%至90%的时间。对于高速比较器,如MAX961,其延迟时间的典型值达到4.5ns,上升时间为2.3ns。设计时需注意不同因素对延迟时间的影响,其中包括温度、容性负载、输入过压驱动等因素,电源电压对传输延时也有较大影响。


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