窗口电压比较器原理

电压比较器工作原理及应用实例时间：2011-11-24来源：作者：方佩敏来源：本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。

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。

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Vout(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VA，反相端输入VB。

VA和VB的变化如图1(b)所示。

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

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

根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。

如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。

与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。

输出电平变化与VA、VB的输入端有关。

图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。

如果它的VA、VB输入电压如图1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。

VB>VA时，Vout输出饱和负电压。

如果输入电压VA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。

比较器的工作原理比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。

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1a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Vout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VA,反相端输入VB;VA和VB的变化如图1b所示;在时间0～t1时,VA>VB；在t1～t2时,VB>VA；在t2～t3时,VA>VB;在这种情况下,Vout的输出如图1c 所示：VA>VB时,Vout输出高电平饱和输出；VB>VA时,Vout输出低电平;根据输出电平的高低便可知道哪个电压大;如果把VA输入到反相端,VB输入到同相端,VA及VB的电压变化仍然如图1b所示,则Vout输出如图1d所示;与图1c比较,其输出电平倒了一下;输出电平变化与VA、VB的输入端有关;图2a是双电源正负电源供电的比较器;如果它的VA、VB 输入电压如图1b那样,它的输出特性如图2b所示;VB>VA时,Vout 输出饱和负电压;如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较,如图3a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3b所示,它一般用作过零检测;比较器的工作原理比较器是由运算放大器发展而来的,比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路;由于比较器电路应用较为广泛,所以开发出了专门的比较器集成电路;图4a由运算放大器组成的差分放大器电路,输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端,VB通过输入电阻R1接在反相端,RF 为反馈电阻,若不考虑输入失调电压,则其输出电压Vout与VA、VB 及4个电阻的关系式为：Vout=1+RF/R1·R3/R2+R3VA-RF/R1VB;若R1=R2,R3=RF,则Vout=RF/R1VA-VB,RF/R1为放大器的增益;当R1=R2=0相当于R1、R2短路,R3=RF=∞相当于R3、RF开路时,Vout=∞;增益成为无穷大,其电路图就形成图4b的样子,差分放大器处于开环状态,它就是比较器电路;实际上,运放处于开环状态时,其增益并非无穷大,而Vout输出是饱和电压,它小于正负电源电压,也不可能是无穷大;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3b一样的比较器电路了;图5中的Vin相当于图3b中的VA;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;但也有一些比较器为互补输出,无需上拉电阻;这里顺便要指出的是,比较器电路本身也有技术指标要求,如精度、响应速度、传播延迟时间、灵敏度等,大部分参数与运放的参数相同;在要求不高时可采用通用运放来作比较器电路;如在A/D变换器电路中要求采用精密比较器电路;由于比较器与运放的内部结构基本相同,其大部分参数电特性参数与运放的参数项基本一样如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等;比较器典型应用电路这里举两个简单的比较器电路为例来说明其应用;1.散热风扇自动控制电路一些大功率器件或模块在工作时会产生较多热量使温度升高,一般采用散热片并用风扇来冷却以保证正常工作;这里介绍一种极简单的温度控制电路,如图7所示;负温度系数NTC热敏电阻RT粘贴在散热片上检测功率器件的温度散热片上的温度要比器件的温度略低一些,当5V电压加在RT及R1电阻上时,在A点有一个电压VA;当散热片上的温度上升时,则热敏电阻RT的阻值下降,使VA上升;RT 的温度特性如图8所示;它的电阻与温度变化曲线虽然线性度并不好,但是它是单值函数即温度一定时,其阻值也是一定的单值;如果我们设定在80℃时应接通散热风扇,这80℃即设定的阈值温度TTH,在特性曲线上可找到在80℃时对应的RT的阻值;R1的阻值是不变的它安装在电路板上,在环境温度变化不大时可认为R1值不变,则可以计算出在80℃时的VA值;R2与RP组成分压器,当5V电源电压是稳定电压时电压稳定性较好,调节RP可以改变VB的电压电位器中心头的电压值;VB 值为比较器设定的阈值电压,称为VTH;设计时希望散热片上的温度一旦超过80℃时接通散热风扇实现散热,则VTH的值应等于80℃时的K值;一旦VA>VTH,则比较器输出低电平,继电器K吸合,散热风扇直流电机得电工作,使大功率器件降温;VA、VTH电压变化及比较器输出电压Vout的特性如图9所示;这里要说清楚的是在VA开始大于VTH时,风扇工作,但散热体有较大的热量,要经过一定时问才能把温度降到80℃以下;从图7可看出,要改变阈值温度TTH十分方便,只要相应地改变VTH值即可;VTH值增大,TTH增大；反之亦然,调整十分方便;只要RT确定,RT的温度特性确定,则R1、R2、RP可方便求出设流过RT、R1及R2、RP的电流各为0.1～0.5mA;2.窗口比较器窗口比较器常用两个比较器组成双比较器,它有两个阈值电压VTHH高阈值电压及VTHL低阈值电压,与VTHH及VTHL比较的电压VA输入两个比较器;若VTHL≤VA≤VTHH,Vout输出高电平；若VA<VTHL,VA>VTHH,则Vout输出低电平,如图10所示;图10是一个冰箱报警器电路;冰箱正常工作温度设为0～5℃,0℃到5℃是一个“窗口”,在此温度范围时比较器输出高电平表示温度正常；若冰箱温度低于0V或高于5℃,则比较器输出低电平,此低电平信号电压输入微控制器μC作报警信号;温度传感器采用NTC热敏电阻RT,已知RT在0℃时阻值为333.1kΩ；5℃时阻值为258.3kΩ,则按1.5V工作电压及流过R1、RT的电流约1.5 uA,可求出R1的值;R1的值确定后,可计算出0℃时的VA值为0.5V按图10中R1=665kΩ时,5℃时的VA值为0.42V,则VTHL=0.42V,VTHH=0.5V;若设R2=665kΩ,则按图11,可求出流过R2、R3、R4电阻的电流I=1.5V-0.5V/665kΩ=0.0015mA,按R4×I/=0.42V,可求出R4=280kΩ再按0.5V=R3+R40.0015mA,则可求出R3=53.3kΩ;本例中两个比较器采用低工作电压、低功耗、互补输出双比较器LT1017,无需外接上拉电阻;。

电压比较器电压比较器，三端元件（两输入端，一输出端），输入为模拟信号，输出为数字信号。

一、基本电路和相关定义1、电压（电平）比较器的身份定义电压比较器是一种用来比较两个或两个以上模拟电平，并给出比较结果（可用数字量的1、0来表示）的功能部件。

可作为模拟电路和数字电路之间接口的一种电路，即模拟－数字转换器。

所有运算放大器，均处于负反馈的闭环状态之下。

一旦处于开环，因其无穷大电压放大倍数之故，势必使其输出级处于“饱和”或“截止”的两个极端状态，而不再具备放大器的特征。

但在某些应用场合，恰恰需要利用放大器开环时输出级所表现出的这种极端状态，如将两个或两个以上模拟量输入量进行比较，将两者（或两者以上）的大小分别用高电平（逻辑1）和低电平（逻辑0）表示，以完成将电平差转换为数字表的转换。

其输入、输出已不存在线性关系。

如果有一种器件，是专业从事输入电压比较而输出开关量信号的，该器件就叫做电压比较器。

因而该类器件既不归属于线性（模拟）电路类别，也不归属于数字电路类别。

从输入看，尚具备线性电路特点；从输出看，已为典型的数字电路特点。

其身份尴尬：非线性模拟电路（又是一个矛盾性定义，既为模拟，又何来非线性？）。

比较器有模拟和数字电路的两重特性，是集成了二者之长吗？与二者相比，各有什么特点？它们能否相互替代呢？12+-ININO UTVREFO UT+-INVREFO UT321321RPN1N2RPa 、反相器b 、运放电路c 、比较器电路图1-1 比较器和数字电路、运放电路1）反相器以数字电路中的TTL 产品中的反相器为例。

反相器是如何识别输入信号的高、低电平呢？肯定有一个潜在的比较基准。

器件典型供电Vcc 为+5V ，当输入电压低于1.5V （30%Vcc 以下，比较基准之一）时，为输入低电平信号，此时输出端为高电平状态；当输入电压高于3.5V （60%Vcc 以上，比较基准之二）时，为高电平信号输入，此时输出端为代电平状态；当输入信号在低于3.5V 高于1.5V 的范围之内，会引起识别混乱或无法识别，从而不能确定输出状态（因此这一输入电压范围也被称为非法信号）。

电压比较器工作原理电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中哪一个比较大。

比较的结果用输出电压的高和低来表示。

电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。

由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。

下面讨论几种常见的比较器电路。

1．基本过零比较器（零电平比较器）2．任意电平比较器背景知识：电压比较器在电路结构、点性能等方面与运放基本相同，而其符号表示也与运放完全一致，有同相和反向两个输入端，一个输出端，开环增益用A表示，电压比较器的功能是比较两个模拟信号的大小，并在输出端得到高电平或低电平。

理想的电压比较器，其特性可表示为:当V+大于V,输出高电平:而当V-大于V+，输出低电平基本原理：电压比较器的输出端由低电平转换到高电平，或从高电平转换到低电平时，需要一定的时间(决定电压比较器的瞬态响应)，其次由于电压比较器的增益是有限的，并且存在失调电压，因此它的输入端将出现不确定电压，该不确定电压将直接影响电压比较器的灵敏度(对输入电压判别的灵敏度)。

对于高性能的电压比较器来说，应具有高的开环增益A、低的失调电压和高的压摆率。

显然，一般的运算放大器如果工作在开环状态，也可以作为电压比较器之用。

但在运放电路设计时，着重考虑其输出与输入之间的线性传输特性以及频率补偿的稳定性。

因此，运放的响应时间和延迟时间往往不是很大，开环增益也不是很高。

若需要高速或高灵敏度的电压比较器，采用运放来代替电压比较器，在要求比较高的设计中通常是不合适的，而需要根据具体的要求设计电压比较器。

在设计电压比较器时，其直流特性的设计原则基本上与运放电路一致，而频率特性的设计与运放电路不同，通常电压比较器在开环条件下工作，因此在电路内部不需要考虑放大器闭环稳定工作的频率补偿。

电压比较器原理
电压比较器是一种用于比较两个不同电压之间的差异，也叫比较器。

电压比较器可以有许多不同的形式，其原理也有所不同，可以被用于各种不同的应用场合。

电压比较器的基本原理是将两个电压作为输入，测量其差值，然后根据差值产生一个相应的输出。

常见的比较器形式有运放、和称电路、脉宽调制器、示波器等。

以运放形式的电压比较器为例，其核心组成部分就是运放放大器，运放放大器可以将输入电压放大，并输出一个放大后，与输入电压差值的结果。

其工作原理是，当输入电压大于参考电压时，运放放大器输出的电压变高，反之，如果输入电压小于参考电压，运放放大器就输出的电压变低。

另一种常见的电压比较器是和称电路。

它根据比较电压匹配的原理，利用和称电路变换器，将输入电压转换为和称参考电压。

在相当于电路放大器的出，当输入电压小于或等于参考值时，输出电压保持不变，而当输入电压大于参考值时，输出电压会发生变化。

此外，还有一些其他形式的电压比较器，如脉宽调制器，它可以检测出输入信号的脉宽，通过参考信号的脉宽，将输出电压的高低变化转换为被检测的脉宽与参考信号脉宽之间的差异；示波器，它可以将输入波形的电压变化转换为图形，根据图形分析输出与参考电压之间的不同，以比较不同的输入电压。

总而言之，电压比较器是一种确定参考电压和比较电压之间差异的重要工具，它拥有许多优势，可以通过多种不同方式满足多样的应用场景。

快来看看电压比较器的电路构成、原理框图及引脚功
能
首先，电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，其次还可以用作波形产生和变换电路等。

利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。

电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。

常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。

 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。

电压比较器的功能：比较两个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系）：当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平；可工作在线性工作区和非线性工作区。

工作在线性工作区时特点是虚短，虚断；工作在非线性工作区时特点是跳变，虚断；由于比较器的输出只有低电平和高电平两种状态，所以其中的集成运放常工作在非线性区。

从电路结构上看，运放常处于开环状态，又是为了使比较器输出状态的转换更加快速，以提高响应速度，一般在电路中接入正反馈。

 电压比较器的原理框图及其引脚功能
 电压比较器内部含输入级、中间放大器和输出级电路，我们需要掌握的是输入端和输出端之间的关系，由此分析电路原理和找到故障检测方法。

如前述，运算放大器开环应用时，即为（不太精确的）电压比较器。

但放大器的比较特性并不理想，专业的设计和专业的性能需要由专业器件来保障，在应用到电压比较器的场所，大多还是采用专用的电压比较器。

其中，集电极开。

电压比较器的原理电压比较器是一种常见的集成电路，在电子领域中起着非常重要的作用。

它能够比较两个输入电压的大小，并输出一个相应的信号表示哪个电压更大。

电压比较器不仅在电子产品中被广泛应用，而且在工业控制、通信系统、汽车电子和家用电器等领域也有着重要的应用。

在现代电子技术领域，和性能研究一直是学术界和工程领域的热点之一。

电压比较器的原理主要是通过比较两个输入信号的大小，然后输出一个与输入信号大小相关的电平。

通常情况下，电压比较器具有一个比较器和一个输出驱动器两个主要部分。

比较器是电路的核心部分，它通常是由几个晶体管和几个电阻器组成的放大器。

当输入的两个电压信号经过比较器放大后，在输出驱动器的作用下，比较结果将输出为“高电平”或“低电平”信号。

这种高低电平的输出信号可以被后续的电路或器件识别和处理，实现各种不同的功能。

电压比较器的原理在设计和使用中有很多值得注意的地方。

首先是输入电压范围，比较器应该具有足够的输入电压范围，能够适应各种不同的输入信号。

其次是输出电平的稳定性和精准度，输出电平应该受到输入信号的精确控制，以确保系统的准确性和稳定性。

另外，比较器的响应速度也是一个重要的指标，快速的响应速度可以很好地满足一些对速度要求较高的应用场景。

除了以上的基本功能，电压比较器还可以通过外部电阻、电容等器件进行调节和改进。

例如，通过调节电阻的数值可以改变比较器的增益，调节电容可以改变比较器的响应速度。

这种通过外部器件改变比较器性能的方式，可以很好地满足不同应用场景的需求。

值得指出的是，电压比较器的原理和性能不仅受到硬件设计的影响，还受到环境条件的影响。

比如温度、电压波动、信号干扰等环境因素，都会对比较器的性能产生一定的影响。

因此在实际设计和使用中，需要综合考虑各种因素，做到合理选择和配置，确保电压比较器的性能稳定可靠。

在现代电子技术领域，电压比较器的应用非常广泛。

在模拟信号处理中，比如电源管理、传感器接口、音频处理等领域，电压比较器可以起到重要的作用。

电压比较器的原理
电压比较器是一种电子器件，主要用于比较两个输入电压的大小，并输出一个相应的电平信号。

其原理如下：
1. 比较阈值设定：电压比较器通常具有一个或多个阈值电压，
用于设定比较的基准电压。

这些阈值电压可以通过外部电阻或内部电
压参考源设定。

2. 输入端比较：电压比较器的输入端接收两个待比较的输入电压。

这两个输入电压经由输入阻抗高的差动放大器进行放大，然后与
设定的阈值电压进行比较。

3. 输出控制：根据比较结果，电压比较器的输出端将输出一个
电平信号，表示输入电压的大小关系。

通常，输出电平取决于其接地、正电源和负电源电压的情况。

4. 功能选择：电压比较器还可能具有其他功能，例如输出延迟，滞后控制和极限电流保护等。

总结起来，电压比较器通过比较两个输入电压与设定的阈值电压
的关系，来确定输出信号的高低电平。

这种比较器可用于测量和控制
系统中的电压、温度、光强等参数的变化，并根据设定的阈值进行相
应的处理和控制。