基于運算放大器的電壓比較器電路圖

對兩個或多個數(shù)據(jù)項進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。 能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。 比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進(jìn)制信號0或1，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小且正負(fù)符號不變時，其輸出保持恒定。

可以將比較器當(dāng)作一個1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。運算放大器在不加負(fù)反饋時從原理上講可以用作比較器，但由于運算放大器的開環(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，一般情況下，運算放大器的延遲時間較長，無法滿足實際需求。比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時間延遲，但其頻響特性會受到一定限制。為避免輸出振蕩，許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路。比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。

比較器是一種電子設(shè)備或電路，用于比較兩個或多個數(shù)據(jù)項的大小或是否相等，輸出結(jié)果為二進(jìn)制信號，即0或1。比較器的工作原理是將兩個模擬信號或電壓進(jìn)行比較，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且正負(fù)符號不變時，其輸出保持恒定。

比較器是一種電子設(shè)備或電路，能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。比較器的工作原理是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。

比較器將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較，然后輸出結(jié)果為二進(jìn)制信號，即0或1。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且正負(fù)符號不變時，其輸出保持恒定。

比較器一般用于模數(shù)轉(zhuǎn)換、電壓監(jiān)測、波形分析等應(yīng)用領(lǐng)域。在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，比較器可以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，例如在ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)中應(yīng)用比較器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在電壓監(jiān)測中，比較器可以監(jiān)測電壓是否超過預(yù)設(shè)的閾值，例如過壓保護(hù)電路中的比較器可以監(jiān)測電源電壓是否超過安全范圍。在波形分析中，比較器可以將波形與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，例如在示波器中應(yīng)用比較器進(jìn)行波形分析。

此外，比較器也可以用于實現(xiàn)邏輯運算和數(shù)字信號處理等應(yīng)用領(lǐng)域。例如在數(shù)字信號處理中，比較器可以將數(shù)字信號進(jìn)行濾波、頻譜分析等處理，從而提取出有用的信息。

接下來小編給大家分享一些典型比較器電路圖，以及簡單分析它們的工作原理。

1、LM339 LDR比較器電路

使用德州儀器 (TI) 的IC LM339設(shè)計的簡單LDR比較器電路。這是一款四路比較器IC，該電路中僅使用了該IC 的4 位內(nèi)部比較器之一。該電路采用5 伏穩(wěn)壓直流電源供電。

這里該電路的光敏元件是光檢測電阻或LDR。這只是一個光敏元件，它會根據(jù)照射在其上的光線而改變其電阻。照射在其上的光線越多，其抵抗力越低。

在上面的電路中，我們將引腳 4 連接到 LDR，電阻 R1 作為分壓電路。這是反相端子，當(dāng)光照射到 LDR 傳感器時，通過該引腳的電阻率將降低，并且引腳 4 上的電壓將升高，從而導(dǎo)致引腳 3 處輸出低電平。

我們在引腳 5 處添加了可變電阻。由于可變電阻設(shè)置為低阻值，因此引腳 5 上的電壓變高。反相端子引腳 4 需要低輸入信號以保持低于引腳 4 上的電壓以獲得更高的輸出，這意味著它被設(shè)置為低光強度。 LDR 上照射的光越多，其電阻就越低，輸出端的電壓就越高。每當(dāng)反相輸入端的電壓超過或低于非反相輸入端設(shè)置的閾值電壓時，比較器輸出就會改變狀態(tài)。 LDR 在黑暗中時 LED 亮起。我們可以使用繼電器或蜂鳴器代替LED來將該電路投入具體應(yīng)用。

2、基于運算放大器的電壓比較器電路圖

電壓比較器是一種比較兩個電壓并根據(jù)電壓較高者將輸出切換為高狀態(tài)或低狀態(tài)的電路。此處顯示了基于運算放大器的電壓比較器。下圖中顯示了反相模式和非反相模式下的電壓比較器。

在同相比較器中，參考電壓施加到反相輸入，而要比較的電壓施加到同相輸入。每當(dāng)要比較的電壓 (Vin) 高于參考電壓時，運算放大器的輸出就會擺動到正飽和 (V+)，反之亦然。實際上，Vin 和 Vref 之間的差值 (Vin – Vref) 將是一個正值，并被運算放大器放大到無窮大。由于沒有反饋電阻器 Rf，運算放大器處于開環(huán)模式，因此電壓增益 (Av) 將接近無窮大。因此輸出電壓擺動到最大可能值，即; V+。請記住方程式 Av = 1 + (Rf/R1)。當(dāng) Vin 低于 Vref 時，會發(fā)生相反的情況。 在反相比較器的情況下，參考電壓被施加到非反相輸入，并且要比較的電壓被施加到反相輸入。只要輸入電壓 (Vin) 高于 Vref，運算放大器的輸出就會擺動至負(fù)飽和。這里，兩個電壓之間的差值 (Vin-Vref) 被運算放大器反轉(zhuǎn)并放大到無窮大。記住方程式 Av = -Rf/R1。反相模式下電壓增益的公式為Av = -Rf/R1。由于沒有反饋電阻，增益將接近無窮大，輸出電壓將盡可能為負(fù)，即; V-。

基于 uA741 運算放大器的實用同相比較器如下所示。這里，參考電壓是使用由 R1 和 R2 組成的分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的。等式為 Vref = (V+/ (R1 + R2)) x R2。將電路圖中給出的值代入該方程可得出 Vref = 6V。只要 Vin 高于 6V，輸出就會擺動至 ~+12V DC，反之亦然。該電路由 +/- 12V DC 雙電源供電。

3、LM311比較器電路圖

LM311比較器電路及其引腳編號如下原理圖所示。該晶體管的接地位于引腳 1 處，集電極開路輸出位于引腳 7 處。圖中顯示，使用 1k 電阻器將邏輯電壓上拉至 +5，這是典型情況。 LM311 輸出可吸收 8 mA 電流。比較器的輸出本質(zhì)上是二進(jìn)制的，高電平或低電平。引腳 8 為 V+，引腳 4 為 V-?？傠娫措妷鹤罡呖蛇_(dá) 36V。如果比較器閾值比地高一伏左右，則 V- 可以簡單地接地，如下所示。

LM311 的電源電壓不必與邏輯電源相同。如果不用作平衡調(diào)節(jié)(如運算放大器的調(diào)零)，則引腳 5 和 6 應(yīng)短接在一起。引腳 3 是反相輸入，引腳 2 是同相輸入。通常通過分壓器在引腳 2 處建立參考電壓 Vr，如圖所示。

參考電壓(閾值)約為 6 V。正反饋由輸出到引腳 2 的 100k 電阻提供。當(dāng)輸出變低時，閾值會稍微降低，而當(dāng)輸出變高時，閾值會稍微升高。它們?yōu)?a href="/tags/比較器" target="_blank">比較器提供“快速”動作，因為這些變化與產(chǎn)生它們的引腳 3 處的電壓變化方向相反。閾值的分?jǐn)?shù)變化大致為并聯(lián)分壓電阻器的值除以反饋電阻器，此處為 5/100 或 0.05。這會在 5V 電源下產(chǎn)生 0.25V 的差異，稱為遲滯。

輸出從高電平變低的閾值比從低電平返回高電平的閾值高 0.25V。為了給遲滯帶來一點額外的影響，反饋電阻上有一個 10 pF 的小型加速電容器。這些規(guī)定的改變將是迅速而明確的。測試電路，并注意其工作原理。當(dāng)?shù)碗娖綍r，輸出可以點亮 LED，從而節(jié)省一個 DMM。