常用電壓比較器的原理與應(yīng)用

本文主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，并介紹一些常用的電壓比較器。

什么是電壓比較器

電壓比較器（以下簡稱比較器）是一種常用的集成電路。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測量技術(shù)，也可用于V/F變換電路、A/D變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。簡單地說， 電壓比較器是對兩個(gè)模擬電壓比較其大小（也有兩個(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹），并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，如圖1所示。圖1（a）是比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸入端（“+” 端） 及反相輸入端（“-”端），有一個(gè)輸出端Vout（輸出電平信號）。另外有電源V+及地（這是個(gè)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(shí)間0～t1時(shí)，VA》VB；在t1～t2時(shí)，VB》VA；在t2～t3時(shí)，VA》VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1（c）所示：VA》VB時(shí)，Vout輸出高電平（飽和輸出）；VB》VA時(shí)，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)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(guān)。

圖2（a）是雙電源（正負(fù)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(shí)，Vout輸出飽和負(fù)電壓。



如果輸入電壓VA與某一個(gè)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(zhǔn)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(yùn)算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于電壓比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。

圖4（a）由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個(gè)電阻的關(guān)系式為：Vout=（1+RF/R1）·R3/（R2+R3）VA-（RF/R1）VB。若R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1（VA-VB），RF/R1為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0（相當(dāng)于R1、R2短路），R3=RF=∞（相當(dāng)于R3、RF開路）時(shí)，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖4（b）的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時(shí)，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無窮大。



從圖4中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。

同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中RF=∞，R1=0時(shí)，它就變成與圖3（b）一樣的比較器電路了。圖5中的Vin相當(dāng)于圖3（b）中的VA。