191基于51單片機(jī)的教室智能照明控制系統(tǒng)資料
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電壓比較器(以下簡(jiǎn)稱比較器)是一種常用的集成電路。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè)量技術(shù)，也可用于 V/F 變換電路、A/D 變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測(cè)電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過(guò)零檢測(cè)電路等。本文主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，并介紹一些常用的電壓比較器。什么是電壓比較器簡(jiǎn)單地說(shuō)， 電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小( 也有兩個(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并判斷出其中哪一個(gè) 電壓高，如圖 1 所示。 圖 1(a)是比 較器，它有兩個(gè)輸入端：同相 輸入端(“+” 端) 及反相輸入端(“-”端)，有一個(gè)輸出端 Vout(輸 出電平信號(hào)) 。另外有電源 V+及地(這是個(gè)單電源比較器)，同相端輸 入電壓 VA，反相端輸入VB。VA 和 VB 的變化如圖 1(b)所示。在時(shí)間 0～t1 時(shí)，VAVB ；在t1～ t2 時(shí)，VBVA；在 t2～t3 時(shí)，VAVB。在 這種情況下，Vout 的輸出如圖 1(c)所示：VAVB 時(shí)，Vout 輸出高電 平( 飽和輸出)；VBVA時(shí)， Vout 輸 出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)電壓大。如果把 VA 輸入到反相端，VB 輸入到同相端，VA 及 VB 的電壓變化仍然如圖 1(b)所示，則 Vout 輸出如圖 1(d)所示。與圖 1(c)比較，其輸出 電平倒了一下。輸出電平變化與 VA、VB 的輸入端有關(guān)。圖 2(a)是雙電源(正負(fù)電源)供電的比較器。如果它的 VA、VB輸入電壓如圖 1(b)那樣 ，它的輸出特性如圖 2(b)所示。VBVA 時(shí)，Vout 輸出飽和負(fù)電壓。如果輸入電壓 VA 與某一個(gè)固定不變的電壓 VB 相比較，如圖 3(a)所示。此 VB 稱 為參考電壓、基準(zhǔn)電壓 或閾值電壓。如果 這參考電壓是 0V(地電平) ，如圖 3(b)所示，它一般用作過(guò)零檢測(cè)。比較器的工作原理比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來(lái)的，比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開(kāi)發(fā)出了專門(mén)的比較器集成電路。圖 4(a)由運(yùn)算放大器 組成的差分放大器電路，輸入電壓 VA 經(jīng)分壓器 R2、R3 分壓后接在同相端， VB 通過(guò)輸 入電阻 R1 接在反相端，RF 為反饋電阻，若不考 慮輸入失調(diào)電壓，則 其輸出電壓 Vout 與VA、VB 及 4 個(gè)電阻的關(guān)系式為：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若 R1=R2，R3=RF，則 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1 為放大器的增益。當(dāng) R1=R2=0(相當(dāng)于 R1、R2 短路) ，R3=RF=∞(相當(dāng)于R3、RF 開(kāi)路 )時(shí)， Vout=∞。增益成 為無(wú)窮大，其 電路圖就形成圖 4(b)的樣子，差分放大器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí)，其增益并非無(wú)窮大，而 Vout 輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無(wú)窮大。從圖 4 中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖 5 所示。如果圖 5 中 RF=∞，R1=0 時(shí)，它就變成與圖 3(b)一樣 的比較器電路了。圖 5 中的 Vin 相當(dāng)于圖 3(b)中的 VA。比較器與運(yùn)放的差別運(yùn)放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益更高，輸入失調(diào)電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高( 使比較 器響應(yīng)速度更快)。另外，比較器的輸出級(jí)常用集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)，如 圖 6 所示，它外部需要接一個(gè)上拉電阻或者直接驅(qū)動(dòng)不同電源電壓的負(fù)載，應(yīng)用上更加靈活。但也有一些比較器為互補(bǔ)輸出，無(wú)需上拉電阻。這里順便要指出的是，比較器電路本身也有技術(shù)指標(biāo)要求，如精度、響應(yīng)速度、 傳 播延遲時(shí)間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運(yùn)放的參數(shù)相同。在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)放來(lái)作比較器電路。如在 A/D 變換器電路中要求采用精密比較器電路。由于比較器與運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其大部分參數(shù)( 電特性參數(shù))與運(yùn)放的參數(shù)項(xiàng)基本一樣(如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等)。 比較器典型應(yīng)用電路這里舉兩個(gè)簡(jiǎn)單的比較器電路為例來(lái)說(shuō)明其應(yīng)用。1.散熱風(fēng)扇自動(dòng)控制電路一些大功率器件或模塊在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多熱量使溫度升高，一般采用散熱片并用風(fēng)扇來(lái)冷卻以保證正常工作。這里介紹一種極簡(jiǎn)單的溫度控制電路，如圖 7 所示。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻 RT粘貼在散熱片上檢測(cè)功率器件的溫度(散熱 片上的溫度要比器件的溫度略低一些) ，當(dāng) 5V 電壓加在 RT 及 R1 電阻上時(shí)，在 A 點(diǎn)有一個(gè)電壓 VA。當(dāng)散 熱片上的溫度上升時(shí)，則熱敏電阻 RT 的阻值下降，使VA 上升。RT 的溫度特性如 圖 8 所示。它的 電阻與溫度變化曲線雖然線性度并不好，但是它是單值函數(shù)(即溫度一定 時(shí)，其阻值也是一定的單值)。如果我們?cè)O(shè)定在 80℃時(shí)應(yīng)接通散熱風(fēng) 扇，這 80℃即設(shè)定的閾值溫度 TTH，在特性曲 線上可找到在 80℃時(shí)對(duì)應(yīng) 的 RT 的阻值。R1的阻值是不變的(它安裝在電路板上，在環(huán)境溫度 變化不大時(shí)可認(rèn)為R1 值 不變)，則可以計(jì)算出在 80℃時(shí)的 VA 值。R2 與 RP 組成分壓器，當(dāng) 5V 電源電壓是 穩(wěn)定電壓時(shí)( 電壓穩(wěn)定性較好)，調(diào)節(jié) RP 可以改 變 VB 的電壓( 電位器中心頭的電壓值) 。VB 值為 比 較器設(shè)定的閾值電壓，稱為 VTH。設(shè)計(jì)時(shí)希望散熱片上的溫度一旦超過(guò) 80℃時(shí)接通散熱風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)散熱， 則 VTH 的值應(yīng)等于 80℃時(shí)的 K 值。一旦 VAVTH，則比較器輸出低電平，繼電器 K 吸合，散熱風(fēng)扇 (直流電機(jī)) 得電工作，使大功率器件降溫。VA、 VTH 電壓變化及比較器輸出電壓 Vout 的特性如圖 9 所示。 這里要說(shuō)清楚的是在 VA 開(kāi)始大于 VTH 時(shí)，風(fēng)扇工作，但散熱體有較大的熱量，要經(jīng)過(guò)一定時(shí)問(wèn)才能把溫度降到 80℃以下。從圖 7 可看出，要改變閾值溫度 TTH 十分方便，只要相 應(yīng)地改變 VTH 值即可。VTH 值增大，TTH 增大；反之亦然，調(diào)整十分方便。只要 RT 確定，RT 的溫度特性確定，則 R1、R2、RP 可方便求出(設(shè)流過(guò) RT、R1 及 R2、RP 的電流各為 0.1～0.5mA) 。2.窗口比較器窗口比較器常用兩個(gè)比較器組成(雙比較器) ，它有兩個(gè)閾值電壓 VTHH(高閾值電壓)及 VTHL(低閾值電壓) ，與 VTHH 及 VTHL 比較的電壓 VA 輸入兩個(gè)比 較器。若 VTHL≤VA≤VTHH，Vout 輸出高電平；若 VAVTHH，則 Vout 輸 出低電平，如圖 10 所示。圖 10 是一個(gè)冰箱報(bào)警器電路。冰箱正常工作溫度設(shè)為 0～5℃，(0℃到 5℃是一個(gè) “窗口”)，在此溫度范圍時(shí)比較器輸出高電平( 表示溫度正常) ；若冰箱溫度低于 0V 或高于 5℃，則比較器輸出低電平，此低電平信號(hào)電壓輸入微控制器(μC)作報(bào)警信號(hào)。溫度傳感器采用 NTC 熱敏電阻 RT，已知 RT 在 0℃時(shí)阻值為333.1kΩ；5℃時(shí)阻值為 258.3kΩ，則按 1.5V 工作電壓及流過(guò) R1、RT的電流約 1.5 uA，可求出 R1 的值。 R1 的值確定后，可計(jì)算出 0℃時(shí)的 VA 值為 0.5V(按圖 10 中 R1=665kΩ 時(shí))，5℃時(shí)的 VA 值為0.42V，則 VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。若設(shè) R2=665kΩ，則按圖 11，可求出流過(guò) R2、R3、R4 電阻的電流 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， 則可求出 R3=53.3kΩ。本例中兩個(gè)比較器采用低工作電壓、低功耗、互補(bǔ)輸出雙比較器 LT1017，無(wú)需外接上拉電阻。
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