電壓比較器的基本應(yīng)用原理是什么？

電壓比較器是集成運放非線性應(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?它將一個模擬量電壓信號和一個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)字信號轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。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行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。

運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數(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，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。

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，因此我們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。

運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數(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，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，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(不加負反饋)。LM339、LM393是專業(yè)的電壓比較器，切換速度快，延遲時間小，可用在專門的電壓比較場合，其實它們也是一種運算放大器。

比較器是由運算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應(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，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。

電壓比較器(以下簡稱比較器)是一種常用的集成電路。它可用于報警器電路、自動控制電路、測量技術(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)測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。本文主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，并介紹一些常用的電壓比較器。

什么是電壓比較器

簡單地說， 電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小(也有兩個數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并判斷出其中哪一個電壓高，如圖1所示。圖1(a)是比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端(“+” 端) 及反相輸入端(“-”端)，有一個輸出端Vout(輸出電平信號)。另外有電源V+及地(這是個單電源比較器)，同相端輸入電壓VA，反相端輸入VB。VA和VB的變化如圖1(b)所示。在時間0～t1時，VA>VB;在t1～t2時，VB>VA;在t2～t3時，VA>VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1(c)所示：VA>VB時，Vout輸出高電平(飽和輸出);VB>VA時，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。

如果把VA輸入到反相端，VB輸入到同相端，VA及VB的電壓變化仍然如圖1(b)所示，則Vout輸出如圖1(d)所示。與圖1(c)比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與VA、VB的輸入端有關(guān)。

圖2(a)是雙電源(正負電源)供電的比較器。如果它的VA、VB輸入電壓如圖1(b)那樣，它的輸出特性如圖2(b)所示。VB>VA時，Vout輸出飽和負電壓。

如果輸入電壓VA與某一個固定不變的電壓VB相比較，如圖3(a)所示。此VB稱為參考電壓、基準(zhǔn)電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0V(地電平)，如圖3(b)所示，它一般用作過零檢測。

比較器的工作原理

比較器是由運算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應(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。

圖4(a)由運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(相當(dāng)于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相當(dāng)于R3、RF開路)時，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖4(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。

從圖4中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。

同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中RF=∞，R1=0時，它就變成與圖3(b)一樣的比較器電路了。圖5中的Vin相當(dāng)于圖3(b)中的VA。

比較器與運放的差別

運放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運放的開環(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(使比較器響應(yīng)速度更快)。另外，比較器的輸出級常用集電極開路結(jié)構(gòu)，如圖6所示，它外部需要接一個上拉電阻或者直接驅(qū)動不同電源電壓的負載，應(yīng)用上更加靈活。但也有一些比較器為互補輸出，無需上拉電阻。

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、傳播延遲時間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運放的參數(shù)相同。在要求不高時可采用通用運放來作比較器電路。如在A/D變換器電路中要求采用精密比較器電路。

由于比較器與運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其大部分參數(shù)(電特性參數(shù))與運放的參數(shù)項基本一樣(如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等)。

運放與比較器之間的三大區(qū)別：

⑴：放大器與比較器的主要區(qū)別是閉環(huán)特性!

放大器(如4558和5532)大都工作在閉環(huán)狀態(tài),所以要求閉環(huán)后不能自激.而比較器大都工作在開環(huán)狀態(tài)更追求速度.對于頻率比較低的情況放大器完全可以代替比較器(要主意輸出電平),反過來比較器大部分情況不能當(dāng)作放大器使用.因為比較器為了提高速度進行優(yōu)化,這種優(yōu)化卻減小了閉環(huán)穩(wěn)定的范圍.而運放專為閉環(huán)穩(wěn)定范圍進行優(yōu)化,故降低了速度.

所以相同價位檔次的比較器和放大器最好是各司其責(zé).如同放大器可以用作比較器一樣,也不能排除比較器也可以用作放大器.但是你為了讓它閉環(huán)穩(wěn)定所付出的代價可能超過加一個放大器!