LM311各种比较器电路的实现

什么是比较器如何设计一个简单的比较器电路比较器（Comparator）是一种电子元件或电路，用于比较两个信号的大小或者判断两个信号是否相等。

比较器广泛应用于模拟电路、数字电路以及微处理器等领域。

本文将介绍比较器的原理和如何设计一个简单的比较器电路。

一、比较器的原理比较器的基本原理是将输入信号与一个基准值进行比较，并输出相应的逻辑电平。

通常情况下，比较器具有一个或多个比较阈值。

当输入信号超过比较阈值时，输出为高电平；反之，输出为低电平。

比较器的输出通常被连接到后续电路，用于判断和控制其他电子元件或电路的行为。

二、简单比较器电路的设计下面将介绍一个简单的比较器电路的设计过程。

1. 确定比较阈值：首先，需要确定所需的比较阈值。

根据具体应用的需要，选择合适的比较阈值，可以是特定的电压值或者其他信号特征。

2. 选择比较器芯片：根据比较阈值的要求，选择合适的比较器芯片。

市面上有很多种比较器芯片可供选择，比如LM311、LM339等。

根据需求选择适合的芯片。

3. 连接电路：将电路连接起来，使得输入信号和比较阈值能够正确地进行比较。

通常情况下，输入信号通过电阻分压电路或电压传感器接到比较器的输入脚上，然后通过引脚连接到电源。

4. 调整电路参数：根据需要，调整电路参数以满足应用需求。

可以通过改变电阻和电容的数值来实现参数的调整。

5. 连接输出：将比较器的输出连接到后续电路，以实现判断和控制信号。

三、比较器的应用比较器在电子领域有着广泛的应用，下面介绍几个常见的应用场景。

1. 模拟电路中的比较器：比较器常用于模拟电路中，用于检测两个信号的大小关系。

例如，电压比较器可以用于判断两个电压信号的大小，从而实现电压控制开关等功能。

2. 数字电路中的比较器：比较器在数字电路中也起着重要的作用。

比如，在计算机的内存控制电路中，比较器可以用于判断读写信号与内存地址的关系，从而实现读写操作。

3. 微处理器中的比较器：微处理器中通常拥有一些比较器，用于实现条件判断和分支跳转等功能。

实验报告课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩：实验名称：电压比较器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名：一、实验目的二、实验内容三、主要仪器设备四、实验数据记录、处理与分析五、思考题及实验心得一、实验目的1．了解电压比较器与运算放大器的性能区别；2．掌握电压比较器的结构及特点；3．掌握电压比较器电压传输特性的测试方法；4．学习比较器在电路设计中的应用。

二、实验内容及原理实验内容1．设计过零电压比较器电路，反相输入端接地，同相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

2．设计单门限电压比较器电路，同相输入端接1V直流电压，反相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量3．并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

4．设计反相输入（下行）滞回电压比较器，反相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

5．设计窗口电压比较器电路，输入为1kHz、5V三角波信号，设置参考电压Vref1为1V直流电压，参考电压Vref2为4V直流电压，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

6．设计三态电压比较器电路，输入电压信号Vin为1kHz、5V三角波信号，当输入Vin<Vref2时，输出Vout=VOL；Vin<Vref1时，输出Vout=VOH。

实验原理电压比较器（简称为比较器）是对输入信号进行鉴幅和比较的集成器件，它可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。

可用作模拟电路和数字电路的接口，也可用作波形产生和变换电路等。

比较器看起来像是开路结构中的运算放大器，但比较器和运算放大器在电气性能参数方面有许多不同之处。

运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器，但比较器的响应速度比运算放大器快，传输延迟时间比运算放大器小，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS等数字集成电路。

但在要求不高情况下也可以考虑将某些运算放大器（例如：LM324、LM358、μA741、TL081、OP07、OP27等）当作比较器使用。

基于lm311的一种实用漏水检测电路的设计引言漏水是现代生活中常见的问题之一，特别是在一些需要水源的场所，如洗手间、厨房、地下室等。

及时发现和修复漏水问题对于保护房屋和预防灾害具有重要意义。

因此，设计一种实用的漏水检测电路具有重要意义。

本文将介绍基于LM311运算放大器的漏水检测电路的设计原理、电路结构以及实际应用。

设计原理基于LM311的漏水检测电路利用LM311作为比较器，通过比较两个输入电压的大小来检测漏水。

漏水检测电路的基本原理是将一根导电材料放置在需要检测的区域，在无漏水时，导电材料与大地之间没有电路通路，电压较低；当出现漏水时，导电材料与大地之间形成完整的电路通路，电压上升，通过比较电压来判断是否发生漏水。

电路结构基于LM311的漏水检测电路主要由以下几部分组成：供电电路、传感器电路、比较电路、输出电路。

1.供电电路漏水检测电路需要通过供电电路提供工作电压。

一般选用直流电源供电，电压范围在9V至12V之间。

供电电路主要由电源、稳压电路和滤波电路组成，保证电路正常、稳定地工作。

2.传感器电路传感器电路是漏水检测电路的核心部分，用于感知漏水情况。

通常使用导电材料（如铜丝、导电板等）作为传感器，将其用绝缘材料包裹，并将其放置在需要检测的区域。

当出现漏水时，传感器材料与大地之间形成电路通路，产生电流信号。

3.比较电路比较电路使用LM311作为比较器，将传感器产生的电流信号转换为电压信号进行比较。

通过调整比较器的阈值电压，可以精确地判断是否发生漏水。

4.输出电路输出电路根据比较结果产生相应的输出信号，通常使用可视化输出（如指示灯、蜂鸣器等）来提醒用户漏水事件的发生。

同时，输出电路还可以与其他报警设备（如报警器、短信通知等）相连接，以便及时采取措施应对漏水情况。

实际应用基于LM311的漏水检测电路可以广泛应用于各种需要漏水检测的场景。

以下是几个典型的应用场景：1.家庭应用在家庭中，漏水问题常常引发严重的水浸损失。

1功放的选择传统功放主要有A 类功放、AB 类功放以及B 类功放。

A 类功放主要是小信号进行放大，需要设置偏置电压来稳定电路，因此效率较低。

B 类功放不是依靠偏置电压进行放大，而是利用当输入信号大于三极管的导通电压时，三极管则导通的原理进行放大。

由于输入信号有正负之分，因此需要用2个三极管进行放大。

由于当输入信号小于导通电压，即在-0.6V 到0.6V 的范围内，三极管不能导通，因此不能对输入信号进行放大，存在失真情况，因此提出了AB 类功放。

AB 功放工作时，由于直接对模拟信号进行放大，要求三极管处于线性放大状态，因此需要消散太多功耗，这样也存在弊端。

D 类功放克服以上弊端，采用脉冲高低电平控制开关器件导通截止，则输出信号的电压和电流均已被放大，也即功率被放大，所以功率消耗是非常小的。

2D 类功放的工作原理D 类功放的工作原理：首先利用运放自激振荡产生一个高频载波，然后将输入的低频模拟信号经过比较器调制到高频信号。

这个调制波是一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号，且频率是随低频信号的幅度变化而变化，这个过程也叫脉冲宽度调制，简称脉宽调制。

这个系统一般由比较器构成，输入信号是三角波（载波）和低频信号，两个信号进行比较，如果低频信号大于三角波信号，比较器输出常数，如果是小于，则输出0，因此比较器输出是一系列调制的脉冲宽度调制波，输出的调制波经开关功率放大后经过滤波输出低频信号。

3原理方框图数字功放的原理框图如图一。

图一数字功放的原理框图4工作原理简介4.1通道选择及显示原理通道可以分为1通道和2通道。

选择电路采用74ls74芯片，它是一种双上升沿D 触发器芯片，一共有14个引脚。

由于输入信号是低频模拟音频信号，所以本论文多路选择分配器采用74HC4052芯片。

当D 触发器输出端为高电平，数码管显示2，同时信号进入74HC4052第10脚，该芯片数字选择端选择Y1通道信号输入和输出Y1信号，也即选择了通道2。

一、设计名称：基于LM311电压比较器的D 类功放二、设计说明本设计采用PWM 调制技术，通过对音频信号的PWM 调制，驱动电力MOS 管（IRF630/IRF9630），实现音频信号的放大。

在末级放大电路及滤波电路中，采用H 桥结构，使音频信号在放大后能较好地保真。

载波信号基于TL082构成的三角波电路及其放大电路 音频信号前级放大同样基于TL082构成的放大电路 PWM 调制基于LM311，实现了音频信号的PWM 调制本设计主要有四个功能模块组成：载波信号产生、音频前级处理、PWM 调制、末级放大滤波模块图如下三、电路说明 设计电路图1、载波信号产生电路（1）三角波产生电路电路原理图：如图，三角波产生电路由方波产生电路和积分电路构成。

由于该三角波将作为载波信号，音频信号一般在20hz到10Khz，所以载波最低频率应该高于50Khz。

才能较好地完成对音频的载波功能。

参数计算：T=（4*R1*R3*C）/R2f=R2/(4*R1*R3*C)由于要求频率在50Khz以上，所以图一选择C为0.1uf，R2取10K电位器，R1取500欧，R3取200欧，频率从0~250Khz 可调，这样就能使载波信号频率达到要求（2）三角波放大电路：由于频率太高，而TL082采用+5(-5)V供电，所以三角波产生电路产生的三角波幅值一般低于1V，必须经过放大，增加其幅值，使其能承载音频信号。

在此级放大电路中，放大倍数太小，幅值不够，不能载波，放大倍数太大，三角波失真又会很明显。

所以在此级放大中采用电位器根据需要调节放大倍数。

R6采用1K，R^1采用100K电位器，基于TL082构成负反馈放大回路，可实现0~100倍可调图二用电容C2与下级电路耦合，可滤除直流分量，以便实现PWM双极性调制载波信号产生电路仿真图及相关波形图三在仿真中的频率达到50KHZ时，三角波发生电路输出的三角波幅值就只有0.4V左右，而经过放大，在保持较好三角波特性的基础上，幅值可达到10V以上。

LM311比较器LM311是单比较器、LM393是双比较器、LM339是四比较器。

它们都是晶体管结构，输出级是集电极开路结构。

LM311是一种多用途的电压比较器，它具有失调电压平衡调节端（或用作选通端），并且具有连接负载多样性及输出电流可达50mA的特点。

LM311的管脚排列见图12。

各管脚功能见附表。

该器件工作于单电源5V～30V或±15V双电源；正电源工作电流为 2.4mA（典型值）、负电源工作电流为-1.3mA（典型值）；输入失调电压典型值为2mV；输入失调电流典型值为1.7nA；输入偏置电流典型值为45nA；电压增益典型值为200V/mV；响应时间典型值为200ns；输入电压范围为-14.7～13.8V。

LM311的基本电路如图13～18所示。

（1）失调电压平衡（图13）。

调平衡时两输入端接地，调5kΩ电位器，使输出为最小电压值（接近0V）。

（2）单电源供电（图14）。

此时V EE与G ND连接。

图13、14中，负载电阻R L接在V CC 与Output之间。

（3）R L接在1脚与地之间（图15）。

按图15接法输入极性是颠倒的（即3脚作为同相端）。

（4）R L接在1脚与V EE之间（图16）。

按图16接法输入极性是颠倒的。

（5）正负电源时R L的一般接法（图17）。

（6）选通比较器接法（图18）。

在6脚接一个三极管作选通接法。

在三极管基极接TTL 高电平时，比较器被选通（正常工作）；基极加低电平时比较器不工作。

LM393及LM2903是一种低失调电压双比较器，管脚排列见图19。

此两器件主要性能相同，但工作温度范围不同：前者为0～70℃；后者为-40℃～105℃。

它的主要特点为：工作电压范围宽，单电源工作电压2V～36V、双电源工作电压±（1V～18V）；工作电流小，典型值为0.4mA；输入偏置电流典型值为25nA；输入失调电流为5nA；输入失调电压为±1mV （LM2903为±2mV）；输入共模电压范围可到地电平；差动输入电压范围等于电源电压；输出电压与TTL、CMOS逻辑电平兼容；输入端有ESD保护；电压增益典型值为200V/mV；大信号响应时间为300ns。

同相迟滞比较器门限电压计算
同相迟滞比较器门限电压是电子技术中常用的一个概念，也是比较重要的一点，下面我们就详细介绍一下它的计算方法。

1. 同相迟滞比较器门限电压的定义
同相迟滞比较器（LM311）是一种具有固定阈值电压，并且具有迟滞特性的开关。

门限电压是指在输入电压上下翻转时输出电压的门槛值。

当输入电压低于门限电压时，输出保持高电平；当输入电压高于门限电压时，输出保持低电平。

2. 同相迟滞比较器门限电压的计算
门限电压的计算公式为：Vt = Vp / (1 + Rf/R1)。

其中，Vp 是给定电压，Rf 是反馈电阻，R1 是输入电阻。

为了更好的理解，下面举个例子：
假设输入电压的范围为-5V到5V，我们想确保在输入电压小于1V 时，输出始终为高电平，当输入电压大于等于1.2V时，输出始终为低电平。

反馈电阻Rf的值为1KΩ，则门限电压Vt的值为：
Vt = 1V / [(1 + 1KΩ/R1)] = 1.2V / [(1 + 1KΩ/R1)]
可以解得R1≈200Ω。

3. 同相迟滞比较器门限电压的应用
同相迟滞比较器门限电压计算代码中比较常见的一种应用是作为红外线接收器的前置放大器，使得光电转换接收到的红外光强度转化成一定的电压信号才能正常工作，从而保证接收器的灵敏度。

此外，同相迟滞比较器门限电压还被用于电源监测电路、电压比较电路、跨界器等等。

总结：
以上就是同相迟滞比较器门限电压的计算方法和应用方面的介绍，对于电子电路工程师来说，这是一项非常基础而又重要的技能。

来亲自动手做一下吧，加油！。

电压比较器实验报告
实验目的：
1.了解电压比较器的基本原理；
2.掌握电压比较器的实际应用；
3.学会使用示波器观察电压比较器输出信号。

实验仪器与器件：
1.电压比较器集成电路LM311
2.电源
3.电阻、电容、开关等元器件
4.示波器
实验原理：
电压比较器是一种用于实现电压比较功能的模拟电路。

它根据输入电压的大小，输出高电平或低电平信号。

电压比较器通常由一个差动放大器和一个输出级组成。

实验步骤：
1.将电压比较器集成电路LM311连接到电路板上。

将正极接入正电源，负极接地。

2.连接一个可调电阻和电容，以便调节输入电压。

3.将示波器的探头分别连接到比较器的输入端和输出端。

4.调节可调电阻和电容，改变输入电压，并观察输出信号的变化。

5.记录实验结果。

实验结果与分析：
根据实验观察，当输入电压大于参考电压时，输出为高电平；当输入电压小于参考电压时，输出为低电平。

通过调节可调电阻和电容，可以改变输入电压的大小，从而改变输出信号的状态。

实验结论：
通过实验，我们了解了电压比较器的基本原理和实际应用。

电压比较器可以根据输入电压的大小来输出不同的信号，常用于比较电压大小、触发器、开关等电路中。

同时，我们也学会了使用示波器观察电压比较器输出信号，并能根据实验结果进行分析。

LM311 LM211中文资料时间：2009-08-06 20:01:15 来源：资料室作者：LM111/LM211/LM311电压比较器集成电路该LM111，LM211和LM311的电压比较器设计运行在更宽的电源电压：从标准的±15V运算放大器到单5V电源用于逻辑集成电路。

其输出兼容RTL,DTL和TTL以MOS电路。

此外，他们可以驱动继电器，开关电压高达50V，电流高达50mA。

LM111 LM211 绝对最大额定值：Total Supply Voltage (V84) 总供给电压（V84）36VOutput to Negative Supply Voltage (V74)输出到负电源电压（V74）50VGround to Negative Supply Voltage (V14)地到负电源电压（v14)30VDifferential Input Voltage 差分输入电压±30VInput Voltage (Note 4) 输入电压（注4）±15VOutput Short Circuit Duration 输出短路持续时间10秒10 secOperating Temperature Range 工作温度范围LM111−55℃ to 125℃LM211−25℃ to 85℃LM111 LM211 电气特性：P ar a m et er 参数Conditions测试条件Min最小Typ典型Max最大Units单位In p TA0.73.mVut Of fs et V ol ta g e 输入偏移电压（注7）= 2 5℃, R S ≤5 0 kIn p ut Of fset C ur re nt 输入失调电流TA=25℃4.1nAIn put Bi as C ur re nt 输TA=25℃61nA入偏置电流V ol tag e G ai n 电压增益TA=25℃42V/mVR es p o ns e Tim e ( N ot e 8) 响应时间（注8）TA=25℃2nsS at ur at io n VIN≤−5mV,0.751.5Vol ta g e 饱和电压O U T = 5 0 m A T A = 2 5℃St ro b eO N C ur re nt ( N ot e 9)TA=25℃2.5.mAO ut p ut Le a k a g e C ur re nt VIN≥5mV,VOUT=35V0.21nA出漏电流A = 2 5℃,I S T R O B E = 3 m AIn p ut Of fs et Vol ta g e 输入偏移电压（注7）RS≤5k4.mVIn put Of fs et C 2nAur re nt 输入失调电流（注7）In p ut Bi as Cur re nt 输入偏置电流15nAIn p ut V ol ta g e R a n g e 输入电压V+=15V,V−=−15V,Pin7P−14.513.8,-14.713.V。

/app/control/200907/45739.htm
2．2 控制输出驱动电路
对温度的控制是通过可控硅调功器电路实现，如图3所示。

双向可控硅管和硅碳棒串接在交流220 V、50 Hz交流市电回路中，图3中只给出了A相。

移相触发脉冲由ADuC845用软件在P1．3引脚上产生的，零同步脉冲同步后，经光耦合管和驱动器输出送到可控硅的控制极。

过零同步脉冲由过零触发电路产生，利用同步变压器和电压比较器LM311组成正弦交流电的正半波过零检测电路，它在交流电每一个正半周的起始零点处产生上升沿．并在正半周回零处产生一个下降沿，电压比较器LM311用于把50 Hz正弦交流电压变成方波。

方波的正边沿和负边沿分别作为两个单稳态触发器的输入触发信号，单稳态触发器输出的2个窄脉冲经二极管或门混合后通过可重复触发集成单稳态触发器MC14528，单稳态输出的两路窄脉冲再叠加，就可得到对应于交流市电的100 Hz过零同步脉冲。

脉冲宽度可由MC14528的外接电阻R4和外接电容C1、C2调节。

此脉冲加到ADUC845的TO作为计数脉冲和INT1中断口触发INT1中断。

可控硅的过流、过压保护采用一般阻容保护电路。

R5是触发器输出限流电阻，R3用以消除漏电流，防止KP150的误触发。