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比较器内部电路原理分析

CHANBAEK 来源:NB硬件实践知识共享包 作者:硬件牛马 2023-11-30 15:03 次阅读

我们先来看下ST的LM339DT手册中给的内部电路图:我们将这个电路分成几个模块便于我们理解;

我们分析内部电路是为了更好的理解这个器件;

图片

我们先看下下面电路,我们看左半边电路:Q1三极管的基极和集电极相连接;

我们来分析:

1.我们知道二极管具有钳位功能,而三极管的BE就相当于一个二极管,所以图中基极电压为0.7V(这里为了方便理解,我们统一用0.7V),即A点电压为0.7V,即集电极电压为0.7V;这里Q1三极管导通,Vce = 0.7V,我们知道三极管饱和导通ce压降接近0.3V,所以这里满足放大条件;

我们知道Ie = Ib +Ic = (1+β)Ib;

这里Ic = (5V-0.7V)/R1;

2.我们再结合右边电路一起看,一般我们为了保证芯内部的稳定性和对称性,内部晶体管一般都在同一个晶圆上切割,保证晶体管功能尽可能一样;

我们看Q1和Q2的基极电流由Q1的集电极提供,因为Q1和Q2的对称,故流进Q1和Q2的基极电流相等,则有Q2的Ic2等于Q1的Ic1,这里的R1和R2阻值是相等的,那么B点电压是多少?

供电电源相等,电阻相等,电流相等,故VB =0.7V;

所以这个电路也叫镜像电流源电路,右边电路相当于左边的镜像;

图片

我们再分析,如果R2R1,B点电压又怎么变化?我们思考下:

我们看如果R2Ic1,这里的Ic2意思是相比于左半电路,Q2集电极可以允许的最大电流变大了,Q2往放大状态走,即VB > 0.7V;

同理,如果R2>R1,那么Ic2

综上我们可以得出,只要我们控制上述两边集电极的Ic电流即可控制B点电压输出是0.7V以上还是0.7V以下;

芯片中,内部无法集成电阻,所以我们用三极管代替:这里我们用P三极管;这里的A,B点就是比较器输入,接的100uA电流源是限流用的;我们知道比较器输入端阻抗大,那么这里满足么,我们按照三极管放大倍数百倍来看,即2端的基极电流为nA级别,为了满足输入阻抗,它又分别加了一级;

图片

即:优化后电路:我们再加一级P管即可满足要求,那么这里也对输入有了要求,我们来看三极管需要导通,这里A,B点输入电压不能超过VCC-1.4V;

图片

同时手册中也给出了相应的指标:输入电压不能超过VCC+ - 1.5V;和我们理论推出相符合;

图片

接下来继续,我们通过比较A,B电压大小从而控制Ic电流,最终控制上述C点电位变化,比较器需要输出高低状态,所以我们需要C点后面接三极管,通过三极管来放大前端的小变化;

图片

我们来分析:

  1. 当c点电压大于0.7V时,Q1三极管导通,Q2基极被拉到地,截止,输出高阻态;
  2. 当c点电压小于0.7V时,Q1三极管截止,Q1集电极100uA电流流进Q2基极,使其饱和导通,输出低电平;
  3. 我们在比较器输出端加上拉电阻时,要注意这里的100uA,必须使输出端Ic < β*100uA, 即让Q2饱和导通,输出VCC;

我们再看下图中的二极管作用:我们在三极管选型时应该都注意过一个参数,就是BE反向耐压:我们看下手册:一般在5V左右,所以我们在三极管be两端并联一个二极管进行保护;

图片

图片

这是我个人理解,如果有其他观点也可以发出来,大家一起讨论;

今天就介绍到这里,感谢大家阅读;

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