四电压比较器LM339的常用方法(共12页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上四电压比较器LM339的常用方法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 图 1 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 l、单限比较器电路 图1a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R2UR=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 2、迟滞比较器 迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器前面介绍的单限比较器，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 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 如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求图2为其原理图 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，U4UR2或Uin

图 1 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同LM324的引脚排列见图2 图 1 图 2 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中 下面介绍其应用实例 1、 反相交流放大器 电路见附图此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等电路无需调试放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容 放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri负号表示输出信号与输入信号相位相反按图中所给数值，Av=-10此电路输入电阻为Ri一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定RfCo和Ci为耦合电容 2、同相交流放大器电路见附图同相交流放大器的特点是输入阻抗高其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3R4的阻值为几千欧姆到几十千欧姆3、交流信号三分配放大器 电路见附图此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途而对信号源的影响极小因运放Ai 输入电阻高，运放 A1-A4 均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时 Rf=0 的情况，故各放大器电 压放大倍数均为 1 ，与分立元件组成的射极跟随器作用相同R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号 4、有源带通滤波器 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小这种有源带通滤波器的中心频率 ，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数 ，3dB带宽B=1/（п*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf此电路亦可用于一般的选频放大 此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可 5、 比较器 当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍)此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平 附图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1ˊ组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2ˊ组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui >U1时，运放A1输出高电平；当Ui U2，则当输入电压Ui越出[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器 若选择U2 > U1，则当输入电压在[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器 此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等 6、单稳态触发器 见附图5此电路可用在一些自动控制系统中电阻R1、R2组成分压电路，为运放A1负输入端提供偏置电压U1，作为比较电压基准静态时，电容C1充电完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+，故A1输出高电平当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通，电容C1通过D1迅速放电，使U2突然降至地电平，此时因为U1>U2，故运放A1输出低电平当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大于U1时，既U2>U1，A1输出又变为高电平，从而结束了一次单稳触发显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则缩短 图 5 图 6如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能刚加电时，U1>U2，运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当U2>U1时，A1输出才变为高电平参考图6电流放大器不受基本增益带宽积的限制，随着信号幅度的增加，带宽的损失非常小。

因为可以在最小失真的条件下对大信号进行调节，这些放大器在非常高的频率下通常都具有优异的线性度而电压反馈放大器的带宽随着增益的增加降低，电流反馈放大器在很宽的增益范围上维持其大部分带宽不变 正因为如此，准确地说，没有增益带宽积的限制当然，电流反馈也不是无限快，其压摆率(Slew Rate)不受内部偏置电流的限制，但受三极管本身的速度限制对给定的偏置电流，这就容许不用通常可能影响稳定性的正反馈或其方法来获得较大的压摆率 那么如何构建这些电路呢？电流反馈具有一个与差分对相对的输入缓冲器，该输入缓冲器大多数情况下常常是射极跟随器或其它非常类似的电路正相输入端具有高阻抗，而缓冲器的输出，即放大器的反相输入具有低阻抗相比之下，电压反馈放大器的输入都是高阻 电流反馈的输出是电压，并且它与流出或流入运放的反相输入端的电流有关，这由称为互阻抗(transimpedance)的复杂函数Z(s)来表示(图1)在直流时，互阻抗是一个非常大的数，并且像电压反馈运放一样，它随着频率的增加具有单极点滚降特性 电流反馈运放灵活性的关键之一是具有可调节的带宽和可调节的稳定性因为反馈电阻的数值实际上改变放大器的交流环路的动态特性，所以能够影响带宽和稳定性两个方面。

加之具有非常高的压摆率和基于反馈电阻的可调节带宽，你可以获得与器件的小信号带宽非常接近的大信号带宽。