电压比较器设计

如何设计简单的比较器电路比较器电路是一种用于将两个电压信号进行比较，并产生输出信号的电路。

在电子领域中，比较器电路被广泛应用于模拟信号处理、数字电路和自动控制系统等领域。

本文将介绍如何设计一种简单的比较器电路。

比较器电路的基本原理是将两个输入电压进行大小比较，并输出相应的电平信号。

比较器电路通常由一个差动放大器和一个输出级组成。

差动放大器负责将输入信号放大，而输出级则根据放大后的结果产生输出信号。

简单的比较器电路可以通过使用运算放大器来实现。

运算放大器是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。

在比较器电路中，将运算放大器的非反相输入端连接到一个参考电压源，将反相输入端连接到一个待比较的信号源。

当待比较信号的电压高于参考电压时，运算放大器输出高电平；反之，输出低电平。

设计简单的比较器电路需要考虑以下几个要点：1. 选择合适的运算放大器：根据实际需求选择适合的运算放大器。

常用的运算放大器有LM741、TL082等。

需要考虑供电电压范围、增益、带宽等参数。

2. 设置参考电压：参考电压确定了比较器的阈值。

可以使用电位器或分压电路来设置参考电压，使其可以根据需要进行调节。

3. 输入信号处理：待比较信号需要经过一定的预处理，以适应比较器的输入范围。

例如，使用电阻分压将待比较信号的幅值缩小，以确保输入电压不会超过运算放大器的工作范围。

4. 输出信号驱动：比较器的输出信号通常需要驱动其他电路或设备。

在设计中，需要确定输出信号的逻辑电平（高电平或低电平），并选择合适的输出级来实现电平转换和放大。

5. 考虑噪声和漂移：比较器电路在实际应用中需要考虑噪声和漂移的影响。

可以通过添加滤波电路和使用稳定性较好的元件来减小这些影响。

总结起来，设计简单的比较器电路需要选择合适的运算放大器、设置参考电压、预处理输入信号、考虑输出信号驱动和处理噪声漂移等因素。

合理地设计比较器电路可以使其在各种应用场合中正常工作，并满足特定的电压比较需求。

图1 内窗口特性的窗口电压比较器三要素图示图2 外窗口特性的窗口电压比较器三要素图示10..|..电子制作....2017年4月
（a）仿真电路
（b）输出幅度测试
（c）阈值测试
3 内窗口特性的电压比较器仿真测试
..|..
其阈值为U TH ；运放U2构成一个反相输入型单限电压比较器，其阈值为U TL 。

在比较结果输出端，用两个二极管
D2共阴接法构成“或逻辑”结构；用R3和R4个稳压管D3和D4反向串联构成双向稳压电路。

下拉电阻的选择，应该使得两个二极管D1和D2都截止时，稳D3处于反向击穿稳压区，而D4处于正向导通区，窗
口比较器输出稳定的低电平u o ＝U OL =-5.5V.。

电阻选择，应该保证当二极管的共阴端（u o ′）输出正限幅值（a）仿真电路（b）输出幅度测试（c）阈值测试4 外窗口特性的电压比较器仿真测试..|..电子制作....2017年4月。

电压比较器的分析与设计实验报告篇一：东南大学模电实验报告_比较器东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：第 6 次实验实验名称：比较器电路院（系）：专业：姓名：学号：实验室:实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：实验六比较器电路一、实验目的1、熟悉常用的单门限比较器、迟滞比较器、窗口比较器的基本工作原理、电路特性和主要使用场合；2、掌握利用运算放大器构成单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器电路各元件参数的计算方法，研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响；3、了解集成电压比较器LM311的使用方法，及其与由运放构成的比较器的差别；4、进一步熟悉传输特性曲线的测量方法和技巧。

二、实验原理三、预习思考1、用运算放大器LM741设计一个单门限比较器，将正弦波变换成方波，运放采用双电源供电，电源电压为±12V，要求方波前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的1/10，请根据LM741数据手册提供的参数，计算输入正弦波的最高频率可为多少。

答：查询LM74的数据手册，可得转换速率为0.5V/us,电源电压为?10V左右，计算可得输出方波的最大上升时间为40us,根据设计要求，方波前后沿的上升下降时间不大于半个周期的1/10,计算可得信号的最大周期为800us,即输入正弦波得到最高频率为1.25KHZ. 2、画出迟滞比较器的输入输出波形示意图，并在图上解释怎样才能在示波器上正确读出上限阈值电平和下限阈值电平。

答：Ch1接输入信号，ch2接输出信号，两通道接地，分别调整将两个通道的零基准线，使其重合。

用示波器的游标功能，通道选择ch1,功能选择电压，测出交点位置处电压即对应上限和下限阈值。

4、完成必做实验和选做实验的电路设计和理论计算。

答：1）LM741构成单门限电压比较器：2）LM311构成单门限电压比较器： 3）迟滞电压比较器：四、实验内容1、单门限电压比较器：(I) 用LM741构成一个单门限电压比较器，基准电平为0V，要求输出高低电平为±6V，供电电压为±12V，输入频率为１KHZ的正弦波，用示波器观察输入、输出信号波形，并用坐标纸定量记录（提示：可以使用稳压管）。

利用LM393/LM339比较器实现蓄电池单电压比较电路设计【任务引领】对于一个标称电压为12V 的铅酸蓄电池，在常温下，当蓄电池充电电压达到14.5V 时，认为充满；当蓄电池放电，电压降低到10.8V 时，放电截止。

将蓄电池电压小于12V 时的状态认为是缺电状态，大于12V 认为不缺电状态，当蓄电池处于缺电状态时应及时给于充电，否则将会影响蓄电池的使用寿命。

本项目利用比较器实现蓄电池缺电状态的的识别与判断，电路如下图5.15所示，当蓄电池电压小于12V 时，报警指示点亮。

VCC D15 VD35 V图5.15 蓄电池缺电报警电路【知识目标】1．掌握比较器电路的组成及特点；2．掌握单限电压比较器、双限电压比较器的分析方法；【能力目标】1．能分析设计单限、双限比较电路；2．能利用比较器进行蓄电池缺电状态识别与报警。

【任务准备】1．集成运算放大器；2．集成运算放大电路分析方法；1.单限电压比较器电压比较器简称比较器。

它是一种把输入电压（被测信号）与另一电压信号（参考电压）进行比较的电路。

比较器输入的是连续的模拟信号，输出的是以高、低电平为特征的数字信号，即“1”或“0”。

因此，比较器可以作为模拟电路与数字电路的接口。

1.单限电压比较器电路构成开环工作的运算放大器是最基本的单限电压比较器。

根据输入方式不同，分为反相输入和同相输入两种。

反相输入单限电压比较器电路如图7.15（a）所示，输入信号u i从反相端加入，同相端加参考电压U R，输出电压为u o。

图5.16 单限电压比较器2.工作原理在电路中，输入信号u i 与参考电压U R 进行比较，根据集成运放非线性区工作的特点，运放的开环放大倍数很大，只要有一微小的输入电压（u i –U R ），输出电压u o 便可达到正向饱和值+U om 或负向饱和值–U om ，即当i R u U >时，o om u U =-； 当i R u U <时，o om u U =+； 当i R u U =时，o u 发生跳变。

姓名班级学号实验日期节次教师签字成绩实验名称同相滞回电压比较器的研究1.实验目的1.掌握同相滞回电压比较器的电路构成及特点。

2.掌握测试同相滞回电压比较器的方法。

3.掌握同相滞回电压比较器的设计方法。

4.掌握同相滞回电压比较器的仿真方法。

2.总体设计方案或技术路线1.应用背景电压比较器是集成运算放大器非线性应用电路，它是对输入信号鉴幅和比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广乏的应用。

所以本次试验以研究同相滞回电压比较器为基础来了解电压比较器的特性和功能。

2.同相滞回电压比较器滞回比较器有两个阈值电压，输入电压ui从小变大过程中使输出电压uo产生跃变的阈值电压U T1，不等于从大变小过程中是输出电压产生跃变的阈值电压U T2，电路具有回滞特性。

同相滞回电压比较器的电路如图1所示，根据电压传输特性可知，输入电压作用于同相输入端，uo=U Z−+。

求解阈值的电压表达式为u p=R FR1+R Fu I+R1R1+R Fu O=u N=0±U T=±R1R FU Z3.实验电路图图中R F为100 KΩ，R1为10 KΩ，R2为5.1 KΩ4.仪器设备名称、型号1.示波器 1台2.直流稳压电源 1台3.低频信号发生器 1台4.交流毫伏表 1台5.万用表 1块6.模电实验箱 1台5.理论分析或仿真分析结果理论的传输特性曲线为R FR26.详细实验步骤及实验结果数据记录一.基础实验运放选择LM324芯片，按图1正确连接好电路，并进行如下操作：1.u I接±5V可调直流电源，调输入电压测出u O由+U OM→−U OM时的u I临界值。

并记录U T1到表格1中2. u I接±5V可调直流电源，调输入电压测出u O由−U OM→+U OM时的u I临界值。

并记录U T2到表格1中。

表格1并且根据以上结果绘制出传输特性曲线：3.输入幅值u I=1.5V、频率f=500H z的正弦波，观察u I−u O波形并记录如下。

电压比较器的设计陈磊 崔丹 辛颖 宋毅彬（物理与电气信息工程学院 09应用物理 大庆师范学院）摘 要:电压比较器是集成运放在非线性状态下的具体应用,它源自于集成运放优良的性能,即趋于无穷大的电压放大倍数,使之两输入端谁的电位高输出反映谁的特征来完成比较功能. 深刻理解这一本质问题,对我们学习电子线路是十分重要的.关键词:集成运放;电压比较器;非线性应用0 引言电压比较器是一种常用的模拟信号处理电路，功能是将一个模拟电压与一个参考电压进行比较。

在自动控制及自动测量系统中，常常将比较器应用于报警、模/数转换以及各种非正弦波的产生和变换等。

由于比较器的输出只有高电位或低电位两种状态，所以其中的集成运放常常工作在非线性区域。

从电路结构来看，运放经常处于开环或正反馈状态。

1 集成运放集成运算放大器,简称为集成运放. 它实际上是一个高增益的多级直接耦合放大器,最早用于模拟计算机,并由此而得名. 随着电子技术的高速发展,集成运放不断升级换代,其性能参数和技术指标不断提高,而价格日益降低. 它的应用早已超出运算的范畴之外,已成为一种通用性很强的功能性器件,它的应用犹如六、七十年代无线电电路中的三极管一样,已成为现代电子电路中的核心器件,正如三级管一样,如略去电源端和调零端以外,集成运放的符号也有三个端,即反相输入端、同相输入端和输出端.集成运放的高增益,其含义是开环电压放大倍数趋于无穷大,其次输入电阻高,几乎不从信号源索取电流;输出电阻低,带负载的能力很强. 这三点是集成运放多项性能指标中的集中体现. 尤其是前两条,是分析运放线性应用的原始依据,即可以演变为所谓“虚短”和“虚断”的两条重要性质。

u-u- _ u o + u+ u+ _图5-1 运放的符号+_+_ 图1 由于输出和输入可写为0u ()-+-=u u A u ,因为开环电压放大倍数u A 趋于无穷大,线性应用时:-+=u u ,即“虚短”. 非线性应用时,某时刻两输入端谁的电位高,输出就反映谁的特征,即:当-+>u u ,输出0u 趋于正向饱和;当-+<u u ,输出0u 趋于负向饱和. 这是集成运放运用于非线性状态的本质特征。

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。