_电压比较器与应用

比较器工作原理及应用比较器通常由一个差分放大器和一个阈值电平产生器组成。

差分放大器接收两个输入信号：一个是待比较的信号，另一个是阈值电平。

差分放大器会将比较信号与阈值电平相减，输出一个差值。

如果差值为正值，则比较信号较大；如果差值为负值，则比较信号较小；如果差值为零，则说明两个信号相等。

根据差值的正负性，比较器会输出对应的逻辑电平。

比较器有许多不同的类型，其中最常见的类型是电压比较器、窗口比较器和比例比较器。

1.电压比较器：电压比较器是最基本的比较器类型，用于将两个输入电压进行比较，并将比较结果表示为高电平或低电平输出。

电压比较器通常用于比较模拟信号的大小，并将其转化为数字信号。

2.窗口比较器：窗口比较器是一种特殊的比较器，它可以比较一个输入信号是否在一个预定的范围内。

窗口比较器有两个阈值，用于定义一个上限和一个下限。

如果输入信号超出了这个范围，则比较器会输出一个逻辑电平表示超出范围。

3.比例比较器：比例比较器是一种特殊的比较器，用于比较两个输入信号的比例关系。

比例比较器通常用于模拟信号的比较，如音频信号的比较。

比较器在现代电子系统中有广泛的应用。

以下是一些比较器的应用领域：1.模数转换器：比较器常用于模数转换器（ADC）中，将模拟信号转换为数字信号。

模数转换器使用比较器来比较输入信号与参考电压的大小，并将比较结果表示为数字编码。

2.电压参考源：比较器可以用于生成稳定的参考电压。

通过比较输入信号与参考电压，比较器可以产生一个恒定的电压输出，用作系统中其他电路的参考电压。

3.触发器：比较器可以用于产生触发器信号，用于控制系统中的时钟和触发信号。

比较器可以比较输入信号与阈值电平，并在输入信号超过或低于阈值时产生一个触发信号。

4.门电路：比较器也可以用于实现门电路，如与门、或门和非门等。

比较器可以比较输入信号的大小，并产生一个逻辑电平作为输出。

总之，比较器是一种基本的电子设备，用于比较信号大小，并将结果表示为逻辑电平。

电压比较器的应用场景-回复电压比较器是一种常用的电子元件，可以用来比较不同电压的大小，并输出相应的电平信号。

它具有高速响应、精确度高、功耗低等特点，因此在电子系统中有广泛的应用场景。

本文将从不同的应用场景来解析电压比较器的具体用途。

一、电压比较器在电源管理中的应用电源管理是电子设备中至关重要的一环，而电压比较器则可用于实现电源的监控和控制功能。

比如，可以利用电压比较器对电池的电压进行监测，以提醒用户电池是否需要充电或更换。

此外，电压比较器还可以在电源开关控制电路中起到关断或开启电源信号，保护电子设备不过负荷使用，在过载或短路时实现电流的自动切断。

二、温度传感器与电压比较器的结合应用温度传感器是一类常见的传感器，用于测量温度值并将其转化为电压信号。

当需要根据温度信号来触发某种特定功能时，就需要电压比较器来实现。

例如，当温度超过设定阈值时，电压比较器可以控制风扇的启停，保持设备的温度在安全范围内。

此外，电压比较器还可以应用于温度报警系统中，当温度异常时，通过发送电平信号给主控制器，触发相应的警报或切断电路，防止设备过热损坏。

三、电压比较器在自动控制系统中的应用在自动控制系统中，电压比较器常用于检测输入信号与设定参考电压之间的差异。

比如，用于控制对某个特定输入变量进行判断，并发出相应的控制信号。

例如，当光强度低于预设阈值时，电压比较器可以触发照明系统的开启，以提供足够的照明。

同时，电压比较器还可以用于电动机速度控制，通过检测电动机转速达到设定值时输出的电平信号，实现对马达转速的控制。

四、电压比较器在测量仪器中的应用电压比较器也广泛应用于测量仪器中，用于测量信号与标准信号之间的偏差。

常见的应用包括电压表、电流表、频率计等。

以电压表为例，电压比较器可以将输入信号与标准电压进行比较，然后输出相应的电平信号给显示屏，显示准确的电压数值。

电压比较器的高精度和快速响应使得测量仪器具备了更高的准确性和灵敏度。

五、报警与控制系统中的电压比较器应用电压比较器广泛应用于报警与控制系统中，对信号进行分析和判断，然后触发相应的报警或控制操作。

电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。

它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。

本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。

什么是电压比较器简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。

图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端V out(输出电平信号)。

另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压V A，反相端输入VB。

V A和VB的变化如图1(b)所示。

在时间0～t1时，V A>VB；在t1～t2时，VB>V A；在t2～t3时，V A>VB。

在这种情况下，V out的输出如图1(c)所示：V A>VB时，V out输出高电平(饱和输出)；VB>V A时，V out输出低电平。

根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。

如果输入电压V A与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。

此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。

如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。

从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。

同相放大器电路如图5所示。

如果图5中RF=∞，R1=0时，它就变成与图3(b)一样的比较器电路了。

图5中的Vin相当于图3(b)中的V A。

比较器与运放的差别运放可以做比较器电路，但性能较好的比较器比通用运放的开环增益更高，输入失调电压更小，共模输入电压范围更大，压摆率较高(使比较器响应速度更快)。

另外，比较器的输出级常用集电极开路结构，如图6所示，它外部需要接一个上拉电阻或者直接驱动不同电源电压的负载，应用上更加灵活。

电压比较器及其应用在最常用的简单集成电路中，电压比较器仅次于排名第一的运算放大器而排名第二。

各类教科书及相关出版物中可以经常看到关于运算放大器的理论、设计和使用方法的知识内容，而关于比较器的知识内容明显较少。

我们在中等职业技术教学中，补充了一些知识内容，弥补这些不足。

一、电压比较器简介电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。

其功能是比较两个输入电压（或者说一个基准电压和一个待比较电压）的大小，并用输出电压的高电平或低电平，表示两个输入电压比较的结果：当“＋”输入端（同相输入端，下同）电压高于“－”输入端（反向输入端，下同）时，输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，输出为低电平。

电压比较器可以用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形的产生和变换等。

利用电压比较器可将正弦波变换为同频率的方波或矩形波。

电压比较器的输入是线性量，而输出是开关量（高电平或低电平）。

一般应用中，可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。

所有的运算放大器都可用作电压比较器，例如LM324、LM358、μA741、TL081、OP27等，这些都可以做成电压比较器。

LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合。

电压比较器有的使用单电源工作，如图1所示。

有的单电源和双电源都可以使用，图2所示使用的就是双电源。

我们经常使用的四电压比较器LM339，既可使用最大值36V的单电源，也可使用±18V的双电源。

电压比较器的输出端，有的自身可以输出高电平及低电平，例如输出级采用推挽式结构的；而有的电压比较器输出级是一只集电极开路的三极管，称作集电极开路输出，参见图3。

也有场效应管漏极开路输出型，与集电极开路输出型类似。

对于集电极开路输出和漏极开路输出的电压比较器，使用时要连接上拉电阻R，输出端才可能有高电平，如图4所示。

上拉电阻R一端连接在比较器的输出端，另一端则有两种选择：一是连接在芯片自身的电源端Vcc上，如图4a，二是连接至另一独立电源，如图4b中的Vcc2上。

电压比较器电路介绍及其应用
零交比较器
零交比较器的功能是将输入信号与零电位进行比较，测定输入电压是大于零还是小于零，用输出电压是高或低电平给出判断的结果。

图5.4-63示出了零交比较器的电路。

图5.4-63的零交比较器，是同相端接地，反相端接输入信号，相对零电平进行比较。

对图5.4-63的零交比较器，又称为反相零交比较器，若将图5.4-63中输入信号加在同相端，使反相接地，就得到了同相零比较器。

实际上，由于运放输入失调电压和失调电流的影响，使输入信号U1在稍许偏离零的电压上发生切换。

如图5.4-62所示。

所以在实际应用中，使用调零电路对失调进行补偿，才能使信号在0V时比较器切换。

调零电路吸能在一定温度下，对失调进行补偿。

对由于温漂引起的失调还会使切换点发生稍许偏移。

图5.4-64示出了有补偿失调的零交比较器和用零交比较器用作整形电路的波形图。

任意电平比较器
1、双端输入式电压比较器
图5.4-65为双端输入式比较器。

将基准电压UR加在运放的同相端，比较信号U4加在反相端。

实现电压比较。

当UR为零时，就成为零交比较器。

其工作原理与零交比较器相同，只是切换点电压不是0V而是基准电压UR的值。

当U1大于UM时，比较器输出作出0的响应。

2、单端输入式电压比较器。

各种电压比较器特点及应用电压比较器是一种广泛应用于电子电路中的功能电路，用于比较两个电压大小。

它的主要特点是输入端具有高输入阻抗，实现了电压的高增益放大，输出端具有低输出阻抗，能够提供较大的输出电流。

根据不同的工作方式和特点，电压比较器可以分为多种类型，下面将逐一介绍这些类型以及它们的特点和应用。

1.开环比较器：开环比较器是最基本的电压比较器类型，它采用正反馈电路，只有两个输入端和一个输出端。

开环比较器的特点是具有高增益、高速响应和简单的电路结构。

它通常用于需要快速响应的应用，如数字电路的比较器、触发器的输入电路等。

2.进退相对比较器：进退相对比较器是一种常见的电压比较器，它通过引入一个中间电平来实现比较器的灵活度。

它的特点是具有两个输入信号和一个输出信号，当其中一个输入电压高于中间电平时，输出为高电平；反之，输出为低电平。

进退相对比较器广泛应用于信号检测、电压判断等需要判断输入信号高低的应用中。

3.窗口比较器：窗口比较器是一种特殊的电压比较器，它通过设置上下限电压来判断输入信号是否在指定范围内。

窗口比较器的特点是具有两个输入信号和一个输出信号，当输入信号超出上下限电压时，输出为高电平，否则输出为低电平。

窗口比较器广泛应用于测量仪器、电压保护等需要实时监测输入信号变化的应用中。

4.追踪保持比较器：追踪保持比较器是一种特殊的电压比较器，它通过跟踪输入信号的变化来控制输出信号的变化。

追踪保持比较器的特点是具有一个输入信号和一个输出信号，当输入信号发生变化时，输出信号能够保持在上一状态，直到下一次输入信号变化。

追踪保持比较器广泛应用于模拟信号处理、数据采集等需要保持输入信号状态的应用中。

5.比例式比较器：比例式比较器是一种利用比较电压来实现电压比较的特殊比较器，它通过将输入电压与参考电压相比较，输出相应比例的电压。

比例式比较器的特点是具有两个输入端（输入电压和参考电压）和一个输出端，它能够按照输入电压和参考电压之间的比例关系输出相应的电压。

電壓比較器工作原理及設計應用電壓比較器(以下簡稱比較器)是一種常用的積體電路。

它可用於報警器電路、自動控制電路、測量技術，也可用於V/F變換電路、A/D變換電路、高速採樣電路、電源電壓監測電路、振盪器及壓控振盪器電路、過零檢測電路等。

什麼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(也有兩個數字電壓比較的，這裏不介紹)，並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。

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展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應用電路。

由於比較器電路應用較為廣泛，所以開發出了專門的比較器積體電路。

圖4(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經分壓器R2、R3分壓後接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為回饋電阻，若不考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB 及4個電阻的關係式為：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。