图3-8 同相交流放大器
3. 3 比较器电路设计
单限比较器只能检测一个电平，若要检测Ui是否处于U1和U2两个电平之间，则需采用双限电压比较器（又称窗口比较器）。双限电压比较器常用于工业系统控制中，当被监测的对象（如温度、液位）超出要求时的范围时，便可以发出指示信号。
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。当ui>U2>U1时，A2输出+Uo(sat),A1输出为- Uo(sat)，故二极管VD2导通，VD1截止，uo则近似等于+ Uo(sat)；当ui 如图3-9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时，运放A2输出高电平。运放A1、A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点亮。 第 14 页 共 31 页 图3-9 双限电压比较器 双限电压比较器的电压传输特性如图3-10示。 图3-10 双限电压比较器的电压传输特性 若选择U1>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。 通过以上对电路的分析与设计，最终完成了5V电源的设计，也了解了LM317芯片的功能与作用和桥式整流二极管的工作原理与整流过程。通过对LM324集成运算放大器性能和 第 15 页 共 31 页 特点的分析，从各个方面了解了LM324集成运算放大器以及LM324构成的同相放器、反相放大器和电压双限比较器的原理并且以此运用在整机电路的设计中以发挥出良好的效果。 第 16 页 共 31 页 第4章 整机电路及工作原理 通过对电路的分析设计完成了整机电路的总体设计原理图如附录1所示其中包括电源部分和报警电路部分，电源部分主要是通过对交流电的变压、整流、滤波、稳压输出一个+5V的直流电压为后面的报警电路的正常工作提供电压；报警电路主要是由热释电红外传感器、LM324集成运算放大器、发光二极管、电阻电容构成。传感器主要的工作就是把采集到的人体红外线转换成电压信号，由于此时的电压比较微弱所以要经过LM324的放大后的电压输入到电压比较器进行比较来控制相应的发光二极管指示灯工作。下面是报警电路的工作流程与及电路的参数计算过程: 在电路中采用KP506B型热释电人体红外线传感器，当人体进入该传感器的监视范围时，传感器就会产生一个交流电压（幅度约为1mV），该电压的频率与人体的移动速度有关。在正常行走速度下，其频率约为6Hz。电路中，R3、C4、C5构成退耦电路，R1为传感器的负债，C2为滤波电容，以滤掉高频干扰信号。传感器的输出信号加到运算放大器A1的同相端，A1构成同相输入式放大电路，其放大倍数取决于R4和R2，其大小为: Auf1 =1?R42000?1??112 R218A1放大后的信号经电容C6耦合至放大器A2反相输入端，A2构成反相输入式放大电路。电阻R6、R7将A2同相端偏置于电源电压的一半,A2的增益取决于R8、R5，其大小为 Auf2 =?R82000????42 R547因此，传感器信号经两级运放总共放大了Auf1×Auf2 =112×（-42）=-4704倍，当传感器产生一个幅度为1mV交流信号时，A2的理论输出值为-4.704V。A3和A4构成双限电压比较器，A3的参考电位为: U3 = A4的参考电位为: U4 = 22?47×5 =2V 47?47?2222?47×5 =3V 47?47?22第 17 页 共 31 页 在传感器无信号输出时，A1静态输出电压为0.4～1V之间；A2在静态时，由于同相端电位为2.5V，其直流输出电平为2.5V。由于UB<2.5V 当人体进入监视范围时，双限比较器的输入发生变化，当人体进入时U3>3V,因此A3输出高电平，LED1亮；当人体退出时，U3<2V，因此A4输出高电平，LED2亮。当人体在监视范围内走动时，LED1和LED2交替闪烁。 电路中的C7、C9为退耦电容。C1、C3、C8用于保证电路对高频干扰信号有较强的衰减作用，对于低频信号有较强的放大作用，当按图中取值时，在0.1Hz～8Hz的频段内具有较好的频率响应曲线，以满足对热释电传感器输出的放大要求。 另外，若利用Uo信号去控制报警器，还可以实现音响报警；若利用Uo信号去控制继电器或电磁阀，还可以实现自动门、制动水龙头的自动控制。 第 18 页 共 31 页
热释红外线报警器
