运放-过零比较器-输出电压限幅

1.普通比较器:反相端接任意固定电压(比如2V、-3V),信号跨过这个电压才翻转;(比如只保留 0.5V~2V 的传感器信号,高于 2V 或低于 0.5V 都输出报警电平)

2.过零比较器:专门把参考电压设为0V,只检测信号是否穿过0V,专门处理交流正负交替波形。

输入

同相端:XFG1 函数信号发生器,输出正弦交流信号50HZ,幅值10V。

反向端,接地--0V

输出

1,双电源±16V工况(你当前电路供电) LM324 是非轨到轨运放,

开环饱和输出固定两种电平:

当输入信号>阈值电压(U+ > Uref) :输出正向饱和电平x =+14V

当输入信号<阈值电压(U+ < Uref) :输出负向饱和电平=-14V

(Uref全称Reference Voltage(参考电压/阈值电压),就是你给比较器反相端固定输入的那个基准电压(比如2V、0V、-3V))

输入信号每一次跨过阈值,输出就在 + 14V/-14V 之间瞬间跳变,得到高低电平方波。

Uref的获取方式(实物电路怎么产生)

1.接地:最简单,Uref=0V,仅用于过零检测;

2.电阻分压:VCC通过两个电阻分压,得到稳定固定电压(如5V分压出2.5V);

3.电位器可调:分压支路串电位器,手动滑动就能改变Uref,灵活调整触发阈值;

4.专用基准源芯片:高精度场景用TL431,输出温漂极小的标准电压。(我觉得蛮实用的)

解释R1

R1 串联在输入回路,限制流入运放 3 脚的最大电流,把电流钳在安全范围,保护 LM324 输入引脚不被损坏,

抑制静电、浪涌冲击(个人觉得这个考虑的比较多)

实物调试时人体静电、接线瞬间电压浪涌,会产生瞬时大电流;R1 靠电阻限流削弱冲击电流,降低静电损坏芯片概率。

平衡电阻

比较器场景不需要平衡电阻,只有闭环线性放大电路才需要匹配电阻抵消偏置电流误差--电压比较器完全不需要平衡阻抗匹配电阻

普通开环比较器:不用阻抗匹配平衡电阻;

闭环线性放大/电压跟随器(LM324双极运放+大输入电阻):建议匹配。

限幅

1)输出正向高压:D2反向击穿稳压,D1正向导通,钳位+5.6V;

2)输出负向高压:D1反向击穿稳压,D2正向导通,钳位-5.6V;

正负双向同时被限制,输出对称。(多余的电量R5,消耗掉了,产生的电流驱动稳压管)驱动稳压管进入稳压区的工作电流

反向击穿稳压区(我们限幅电路要用的状态)

阴极电位远高于阳极,反向电压达到稳压值Vz后,管子不会被击穿烧毁,两端电压牢牢固定在Vz,前提:反向电流必须落在最小~最大稳压电流之间。(稳压管想要稳定锁住 5.6V 电压,必须有一股合适大小的反向电流 "撑住" 击穿状态)具体的管子稳压电流,需要看看手册找一下

稳压二极管管的稳压特性

1.正向导通区(第一象限,U>0)

电压正向超过0.7V左右,电流急剧上升,和普通二极管正向特性完全一致,无稳压作用。

2.反向截止区(左侧,-Uz<U<0)

反向电压小于稳压值Uz,反向漏电流极小,曲线贴近横轴,管子近似开路,不具备稳压能力。

3.反向稳压击穿区(第三象限,U≤-Uz)

反向电压达到稳压值Uz后进入雪崩可逆击穿:

1.曲线几乎水平:电压基本恒定为Uz,电流大范围变化,电压几乎不变,这就是稳压核心特性;

2.Iz:最小稳定工作电流,电流必须大于Iz,稳压效果才稳定;

3.IzM:最大允许稳压电流,电流超过IzM,管子功耗超标发热烧毁;

4.有效稳压区间:Iz<|I|<IzM。

说一个工程的应用

工频交流电检测、频率采集(最常用)

1.场景:220V市电经降压变压器得到正弦交流小信号

2.原理:正弦波正负交替,送入过零比较器,每次穿过0V输出电平翻转,限幅后得到标准±5V方波送入单片机(或者抬高,反相端接任意固定电压(比如2V、-3V),信号跨过这个电压才翻转)

3.工程用途:

。测量电网频率;

。过零同步触发可控硅、双向晶闸管调压/调光;

。电机测速(交流测速发电机正弦信号整形)。

4.限幅意义:把运放±12/±16V高压压缩为单片机安全电平,防止I0口击穿。