電壓比較器是什么？詳細(xì)介紹了解

電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。常用的電壓比較器有單限比較器、滯回比較器、窗口比較器、三態(tài)電壓比較器等。電壓比較器它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。

電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)：當(dāng)”+”輸入端電壓高于”-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平;當(dāng)”+”輸入端電壓低于”-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平;可工作在線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)。工作在線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是虛短，虛斷;工作在非線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是跳變，虛斷;由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態(tài)，所以其中的集成運(yùn)放常工作在非線性區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)上看，運(yùn)放常處于開環(huán)狀態(tài)，又是為了使比較器輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換更加快速，以提高響應(yīng)速度，一般在電路中接入正反饋。

電壓比較器是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路，他常用于各種電子設(shè)備中，那么什么是電壓比較器呢?它將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。

電壓比較器是將一個(gè)模擬輸入信號(hào)ui與一個(gè)固定的參考電壓UR進(jìn)行比較和鑒別的電路。

參考電壓為零的比較器稱為零電平比較器，也叫過零比較器。按輸入方式的不同可分為反相輸入和同相輸入兩種零電位比較器，如圖1(a)、(b)所示。

通常用閾值電壓和傳輸特性來描述比較器的工作特性。

閾值電壓(又稱門檻電平)是使比較器輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)的輸入電壓值，簡(jiǎn)稱為閾值，用符號(hào)UTH表示。

傳輸特性是比較器的輸出電壓uo與輸入電壓ui在平面直角坐標(biāo)上的關(guān)系。

畫傳輸特性的一般步驟是：先求閾值，再根據(jù)電壓比較器的具體電路，分析在輸入電壓由最低變到最高(正向過程)和輸入電壓由最高到最低(負(fù)向過程)兩種情況下，輸出電壓的變化規(guī)律，然后畫出傳輸特性。

電壓比較器的作用

它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此人們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。運(yùn)放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運(yùn)算參數(shù)”，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個(gè)輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)(高低電平)量。一般應(yīng)用中，有時(shí)也可以用線性運(yùn)算放大器，在不加負(fù)反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。

簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。

運(yùn)放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運(yùn)算參數(shù)”，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個(gè)輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)(高低電平)量。一般應(yīng)用中，有時(shí)也可以用線性運(yùn)算放大器，在不加負(fù)反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。

可用作電壓比較器的芯片：所有的運(yùn)算放大器。常見的有LM324 LM358 uA741 TL081\2\3\4 OP07 OP27，這些都可以做成電壓比較器(不加負(fù)反饋)。LM339、LM393是專業(yè)的電壓比較器，切換速度快，延遲時(shí)間小，可用在專門的電壓比較場(chǎng)合，其實(shí)它們也是一種運(yùn)算放大器。

電壓比較器原理

比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來的，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，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。

如下圖所示，是由運(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，R3=RF=∞時(shí)，VOUT=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成(B)圖的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。

從上圖中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。

電壓比較器和運(yùn)放的區(qū)別

一是應(yīng)用輸入的區(qū)別，電壓比較器兩輸入端一個(gè)接基準(zhǔn)電壓另一端接比較電壓，運(yùn)放則是可以單端輸入也可平衡輸入：二是電壓比較器開環(huán)增益很大，運(yùn)放相對(duì)較小：電壓比較器由于開環(huán)增益很大當(dāng)輸入電壓高于或低于基準(zhǔn)低于是其輸出是跳變的(即上升或下降沿很陡)，運(yùn)放輸出則是線性變化，再就是應(yīng)用中有區(qū)別，為了工作穩(wěn)定可靠，運(yùn)放一般用負(fù)反饋，電壓比較器則不加負(fù)反饋。電壓比較器在電動(dòng)自行車自行車控制器中經(jīng)常使用，比如儀表盤上的剩余電量指示發(fā)光二極管是電壓比較器控制的;采用電壓比較器做控制器電路中PWM的鋸齒波發(fā)生器;采用其中一兩個(gè)比較器做電路過電流、欠電壓保護(hù)等。

電壓比較器實(shí)際就是運(yùn)算放大器，只是它不接負(fù)反饋電阻，它的最大輸出可以達(dá)到電路為運(yùn)算放大器提供的工作電壓值，當(dāng)同相輸入端電壓高于反相端時(shí)，比較器輸出高電平，當(dāng)同相端電壓低于反相端或者說反相端電壓高于同相端時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，可以致全工作電路截止。

這是只指電源負(fù)端為地，如果電源負(fù)端設(shè)定為-XV，則輸出的低電平即為-XV，其意義為，翻轉(zhuǎn)時(shí)輸出電位與負(fù)端一致。

電壓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、過零檢測(cè)電路等。電壓比較器的基本功能是能對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，判斷出其中哪一個(gè)比較大。比較的結(jié)果用輸出電壓的高和低來表示。

2.電壓比較器原理--功能及作用

電壓比較器的功能:比較兩個(gè)電壓的大小: 當(dāng)”+”輸入端電壓高于”-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平; 當(dāng)”+”輸入端電壓低于”-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平。

電壓比較器的作用:它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。

3.電壓比較器原理

比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來的，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，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。

如下圖所示，是由運(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，R3=RF=∞時(shí)，VOUT=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成(B)圖的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。

從上圖中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。

同相放大器電路如下圖所示。如果下圖中RF=∞，R1=0時(shí)，它就變成比較器電路了。下圖中的VIN相當(dāng)于VA。

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。另外，比較器的輸出級(jí)常用集電極開路結(jié)構(gòu)，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。

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。