出色模擬工程師必備系列(二)：放大器與比較器

比較器典型應(yīng)用電路

這里舉兩個簡單的比較器電路為例來說明其應(yīng)用。

1.散熱風(fēng)扇自動控制電路

一些大功率器件或模塊在工作時會產(chǎn)生較多熱量使溫度升高，一般采用散熱片并用風(fēng)扇來冷卻以保證正常工作。這里介紹一種極簡單的溫度控制電路，如圖7所示。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻RT粘貼在散熱片上檢測功率器件的溫度(散熱片上的溫度要比器件的溫度略低一些)，當(dāng)5V電壓加在RT及R1電阻上時，在A點(diǎn)有一個電壓VA。當(dāng)散熱片上的溫度上升時，則熱敏電阻RT的阻值下降，使VA上升。RT的溫度特性如圖8所示。它的電阻與溫度變化曲線雖然線性度并不好，但是它是單值函數(shù)(即溫度一定時，其阻值也是一定的單值)。如果我們設(shè)定在80℃時應(yīng)接通散熱風(fēng)扇，這80℃即設(shè)定的閾值溫度TTH，在特性曲線上可找到在80℃時對應(yīng)的RT的阻值。R1的阻值是不變的(它安裝在電路板上，在環(huán)境溫度變化不大時可認(rèn)為R1值不變)，則可以計算出在80℃時的VA值。

圖9

圖10

R2與RP組成分壓器，當(dāng)5V電源電壓是穩(wěn)定電壓時(電壓穩(wěn)定性較好)，調(diào)節(jié)RP可以改變VB的電壓(電位器中心頭的電壓值)。VB值為比較器設(shè)定的閾值電壓，稱為VTH。

設(shè)計時希望散熱片上的溫度一旦超過80℃時接通散熱風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)散熱，則VTH的值應(yīng)等于80℃時的K值。一旦VA》VTH，則比較器輸出低電平，繼電器K吸合，散熱風(fēng)扇(直流電機(jī))得電工作，使大功率器件降溫。VA、VTH電壓變化及比較器輸出電壓Vout的特性如圖9所示。這里要說清楚的是在VA開始大于VTH時，風(fēng)扇工作，但散熱體有較大的熱量，要經(jīng)過一定時問才能把溫度降到80℃以下。

圖11

從圖9可看出，要改變閾值溫度TTH十分方便，只要相應(yīng)地改變VTH值即可。VTH值增大，TTH增大;反之亦然，調(diào)整十分方便。只要RT確定，RT的溫度特性確定，則R1、R2、RP可方便求出(設(shè)流過RT、R1及R2、RP的電流各為0.1～0.5mA)。

2.窗口比較器

窗口比較器常用兩個比較器組成(雙比較器)，它有兩個閾值電壓VTHH(高閾值電壓)及VTHL(低閾值電壓)，與VTHH及VTHL比較的電壓VA輸入兩個比較器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout輸出高電平;若VA《VTHL，VA》VTHH，則Vout輸出低電平，如圖12所示。圖12是一個冰箱報警器電路。冰箱正常工作溫度設(shè)為0～5℃，(0℃到5℃是一個“窗口”)，在此溫度范圍時比較器輸出高電平(表示溫度正常);若冰箱溫度低于0V或高于5℃，則比較器輸出低電平，此低電平信號電壓輸入微控制器(μC)作報警信號。

圖12

溫度傳感器采用NTC熱敏電阻RT，已知RT在0℃時阻值為333.1kΩ;5℃時阻值為258.3kΩ，則按1.5V工作電壓及流過R1、RT的電流約1.5 uA，可求出R1的值。R1的值確定后，可計算出0℃時的VA值為0.5V(按圖10中R1=665kΩ時)，5℃時的VA值為0.42V，則VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。若設(shè)R2=665kΩ，則按圖11，可求出流過R2、R3、R4電阻的電流I=(1.5V-0.5V)/665kΩ=0.0015mA，按R4×I/=0.42V，可求出R4=280kΩ再按0.5V=(R3+R4)0.0015mA， 則可求出R3=53.3kΩ。

圖13

本例中兩個比較器采用低工作電壓、低功耗、互補(bǔ)輸出雙比較器LT1017，無需外接上拉電阻。

總結(jié)：雖然在某種情況下運(yùn)算放大器可以作為比較器來使用，但是當(dāng)你對運(yùn)算速度的要求較高時，運(yùn)算放大器就不能滿足比較器的需求了。通過這篇文章大家可以充分了解到運(yùn)算放大器與比較器的不同之處及運(yùn)算放大器在何種情況下可用作比較器，也讓大家對放大器和比較器有了充分的認(rèn)識與理解。