電壓比較器是一種常用的電子元件，其主要作用是用于比較兩個(gè)信號(hào)的電壓大小，并輸出相應(yīng)的比較結(jié)果。在電路設(shè)計(jì)中，電壓比較器有著廣泛的應(yīng)用，比如在模擬信號(hào)處理、控制系統(tǒng)等方面都扮演著重要的角色。本文將對(duì)電壓比較器的工作原理、具有什么性能特點(diǎn)以及應(yīng)用做一個(gè)詳細(xì)說(shuō)明，感興趣的朋友可以了解一下哦。

電壓比較器的工作原理

電壓比較器的工作原理基于輸入信號(hào)與參考電壓之間的比較。電壓比較器通常有兩個(gè)輸入端，一個(gè)是待比較的信號(hào)輸入端（VIN），另一個(gè)是參考電壓輸入端（VREF）。在比較時(shí)，電壓比較器會(huì)將輸入信號(hào)和參考電壓進(jìn)行比較，如果輸入信號(hào)電壓高于參考電壓，輸出高電平；如果輸入信號(hào)電壓低于參考電壓，輸出低電平。輸出電平的大小和極性取決于電路的設(shè)計(jì)和電源電壓。

當(dāng)電壓比較器的兩個(gè)輸入端的電壓不同的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出電平。輸出電平通常是一個(gè)數(shù)字信號(hào)（高電平或低電平），表示輸入信號(hào)電壓的大小與參考電壓的大小之間的關(guān)系。在某些應(yīng)用中，輸出電平可以被用作觸發(fā)器、開(kāi)關(guān)控制等。

電壓比較器的特點(diǎn)

電壓比較器具有下面幾個(gè)特點(diǎn)：高精度、靈敏度高、響應(yīng)速度快、功耗低等。此外，還有一些器件具備超過(guò)輸入電壓范圍的保護(hù)功能，能有效防止電路損壞。

電壓比較器的性能

集成運(yùn)放用作比較器和專(zhuān)用電壓比較器在本質(zhì)上沒(méi)有什么區(qū)別，兩者功能也相同，只是在設(shè)計(jì)內(nèi)部電路組成的側(cè)重點(diǎn)有所不同，其區(qū)別主要有兩點(diǎn)：

1）集成運(yùn)放被設(shè)計(jì)成輸入和輸出保持線性關(guān)系，其響應(yīng)時(shí)間在數(shù)微秒的數(shù)量級(jí)，這很難適應(yīng)快速交流比較的需要。而專(zhuān)用電壓比較器一個(gè)重要性能指標(biāo)就是響應(yīng)時(shí)間，通常在幾址秒的數(shù)量級(jí)。如在快速比較應(yīng)用場(chǎng)合用通用集成運(yùn)放作比較器時(shí)，就應(yīng)選擇增益帶寬積GB和壓擺率SR均大的高級(jí)集成運(yùn)放。

2）專(zhuān)用電壓比較器基輸出高、低電平和級(jí)聯(lián)的數(shù)字電路邏輯電平匹配，無(wú)需再加接口。而對(duì)通用集成運(yùn)放而言，則必須對(duì)輸出電壓采取箝位措施，以滿(mǎn)足數(shù)字電路邏輯電平的要求。多數(shù)專(zhuān)用比較器具有輸出選通功能，這也是一般運(yùn)放所不需要具務(wù)的功能。圖5.4-61示出了一個(gè)專(zhuān)用電壓比較器的基本工作過(guò)程。

由圖5.4-61可看出電壓比較器的功能和選通信號(hào)的控制作用。從圖5.4-61知，A、B、C、D、E，各點(diǎn)都是比較器輸出需要響應(yīng)的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，由于A、D、E三點(diǎn)有選通信號(hào)，所以比較器輸出隨即翻轉(zhuǎn)。而B(niǎo)和C出現(xiàn)時(shí)，由于無(wú)選通信號(hào)，比較器輸出仍維持原有的狀態(tài)不變。

對(duì)電壓比較器的輸入性能的要求與通用集運(yùn)算放大器的要求相同，而對(duì)其輸出的要求相當(dāng)于數(shù)字電路。常用比較器參數(shù)和性能如表5.4-11和表5.4-12所示。

電壓比較器的應(yīng)用

通常可以使用通用運(yùn)放引入正反饋即可構(gòu)成電壓比較器，例如LM358、NE5532等通用運(yùn)放。相比于通用運(yùn)放構(gòu)成的電壓比較器，專(zhuān)用電壓比較器LM339內(nèi)部集成補(bǔ)償電路，可以有更高的翻轉(zhuǎn)速度以及更小的電壓分辨率，比較適合高精度場(chǎng)合。

（1）同相輸入遲滯比較器的原理

下圖為專(zhuān)用運(yùn)放構(gòu)成的同相輸入遲滯比較器，反向輸入端接地（反向比較電壓V-固定為0V，可以自定義為其它電壓值），同相輸入比較電壓V+大小和正反饋環(huán)節(jié)有關(guān)，這里與輸出電壓Vout和輸入電壓Vi有關(guān)。輸出端接上兩個(gè)反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管進(jìn)行限幅穩(wěn)壓，R3為穩(wěn)壓二極管的保護(hù)電阻。當(dāng)同相輸入比較電壓V+大于反向輸入比較電壓V-時(shí)，V0=VCC，電流一部分通過(guò)紅色回路流向穩(wěn)壓二極管，另一部分通過(guò)綠色回路流向正反饋支路（這里是參考電流，方面后面的計(jì)算），輸出端Vout=+Vz，Vz等于二極管正向?qū)▔航岛头€(wěn)壓二極管擊穿電壓之和。當(dāng)反相輸入比較電壓V-大于同向輸入比較電壓V+時(shí)，V0=VEE，電流一部分通過(guò)藍(lán)色回路流向V0，另一部分通過(guò)綠色回路流向正反饋支路，輸出端Vout=-Vz。

計(jì)算滯回比較器的兩個(gè)閾值：對(duì)于同相輸入端由虛斷得到V+=Vi+（Vout-Vi）.R1/（R1+R2）=（Vi.R2+Vout.R1）/（R1+R2），由輸出電壓翻轉(zhuǎn)的臨界條件V+ = V- =（Vi.R2+Vout.R1）/（R1+R2）=0得到Vi = -Vout.R1/R2=±Vz.R1/R2，由此我們得到Vt+ = +Vz.R1/R2，Vt- = -Vz.R1/R2。