比較器的性能指標(biāo)/分類/應(yīng)用

比較器 - 性能指標(biāo)

滯回電壓：比較器兩個輸入端之間的電壓在過零時(shí)輸出狀態(tài)將發(fā)生改變，由于輸入端常常疊加有很小的波動電壓，這些波動所產(chǎn)生的差模電壓會導(dǎo)致比較器輸出發(fā)生連續(xù)變化，為避免輸出振蕩，新型比較器通常具有幾mV的滯回電壓。滯回電壓的存在使比較器的切換點(diǎn)變?yōu)閮蓚€：一個用于檢測上升電壓，一個用電壓門限(VTRIP)之差等于滯回電壓(VHYST)，滯回比較器的失調(diào)電壓是TRIP 和VTRIP-的平均值。不帶滯回的比較器的輸入電壓切換點(diǎn)為輸入失調(diào)電壓，而不是理想比較器的零電壓。失調(diào)電壓一般隨溫度、電源電壓的變化而變化。通常用電源抑制比表示電源電壓變化對換調(diào)電壓的影響。

偏置電流：理想的比較器的輸入阻抗為無窮大，因此，理論上對輸入信號不產(chǎn)生影響，而實(shí)際比較器的輸入阻抗不可能做到無窮大，輸入端有電流經(jīng)過信號源內(nèi)阻并流入比較器內(nèi)部，從而產(chǎn)生額外的壓差。偏置電流(Ibias)定義為兩個比較器輸入電流的中值，用于衡量輸入阻抗的影響。MAX917系列比較器的最大偏置電流僅為2nA。

超電源擺幅：為進(jìn)一步優(yōu)化比較器的工作電壓范圍，Maxim公司利用NPN管與PNP管相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)作為比較器的輸入級，從而使比較器的輸入電壓得以擴(kuò)展，這樣，其下限可低至最低電平，上限比電源電壓還要高出250mV，因而達(dá)到超電源擺幅(Beyond-theRail)標(biāo)準(zhǔn)。這種比較器的輸入端允許有較大的共模電壓。

漏源電壓：由于比較器僅有兩個不同的輸出狀態(tài)(零電平或電源電壓)，且具有滿電源擺幅特性的比較器的輸出級為射極跟隨器，這使得其輸入和輸出信號僅有極小的壓差。該壓差取決于比較器內(nèi)部晶體管飽和狀態(tài)下的發(fā)射結(jié)電壓，對應(yīng)于MOSFFET的漏源電壓。

輸出延遲時(shí)間：包括信號通過元器件產(chǎn)生的傳輸延時(shí)和信號的上升時(shí)間與下降時(shí)間，對于高速比較器，如MAX961，其延遲時(shí)間的典型值可對達(dá)到4.5ns，上升時(shí)間為2.3ns。設(shè)計(jì)時(shí)需注意不同因素對延遲時(shí)間的影響，其中包括溫度、容性負(fù)載、輸入過驅(qū)動等的影響。

比較器 - 分類

過零電壓比較器：典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖。

電壓比較器：將過零比較器的一個輸入端從接地改接到一個固定電壓值上，就得到電壓比較器，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖。

窗口比較器：電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成，電路及傳輸特性圖如圖。高電平信號的電位水平高于某規(guī)定值VH的情況，相當(dāng)比較電路正飽和輸出。低電平信號的電位水平低于某規(guī)定值VL的情況，相當(dāng)比較電路負(fù)飽和輸出。該比較器有兩個閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。

滯回比較器從輸出引一個電阻分壓支路到同相輸入端，電路及傳輸特性如圖。當(dāng)輸入電壓vI從零逐漸增大，且VI上限閥值(觸發(fā))電平。當(dāng)輸入電壓VI>VT時(shí)，VT'稱為下限閥值(觸發(fā))電平。

比較器 - 芯片

常見的芯片有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合。

比較器 - 應(yīng)用

利用四個比較器構(gòu)成一個電流檢測電路電路爐膛，可用于指示輸入電流的四種狀態(tài)，電阻“Shunt”用于將輸入電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，R1和R2用于設(shè)置運(yùn)算放大器的增益，并為比較器提供所需要的基準(zhǔn)電壓。R4～R7可用來設(shè)置不同數(shù)字輸出狀態(tài)所對應(yīng)的檢測門限，電路原理如圖：

比較器 - 種類

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：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(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;

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。利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此人們就要對它進(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合，其實(shí)它們也是一種運(yùn)算放大器。

比較器 - 功能

比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進(jìn)制信號，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí)，其輸出保持恒定。從這一角度來看，也可以將比較器當(dāng)作一個1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

比較器 - 區(qū)別

比較器與運(yùn)算放大器

窗口比較器電路

運(yùn)算放大器在不加負(fù)反饋時(shí)，從原理上講可以用作比較器，但由于運(yùn)算放大器的開環(huán)增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號。而且，在這種情況下，運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間比比較器慢許多，而且也缺少一些特殊功能，如：滯回、內(nèi)部基準(zhǔn)等。比較器通常不能用作運(yùn)算放大器，比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時(shí)間延遲，但其頻響特性受到一定限制，運(yùn)算放大器正是利用了頻響修正這一優(yōu)勢而成為靈活多用的器件。另外，許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路，這避免了輸出振蕩，但同時(shí)也使其不能當(dāng)作運(yùn)算放大器使用。

電源電壓

比較器與運(yùn)算放大器工作在同樣的電源電壓，傳統(tǒng)的比較器需要±15V等雙電源供電或高達(dá)36V的單電源供電，這些產(chǎn)品在工業(yè)控制中仍有需求，許多廠商也仍在提供該類產(chǎn)品。但是，從市場發(fā)展趨勢看，大多數(shù)應(yīng)用需要比較器工作在電池電壓所允許的單電源電壓范圍內(nèi)，而且，比較器必須具有低電流、小封裝，有些應(yīng)用中還要求比較器具有關(guān)斷功能。例如：MAX919、MAX9119和MAX9019比較器可工作在1.6V或1.8V至5.5V電壓范圍內(nèi)，全溫范圍內(nèi)的最大吸入電流僅為1.2μA/1.5μA，采用SOT23、SC70封裝，類似的MAX965和MAX9100比較器工作電壓可低至1.6V，甚至1.0V，因而非常適合電池供電的便攜式產(chǎn)品。