電壓比較器的電路構成,電壓比較器的原理框圖及引腳功能

　　電壓比較器它可用作模擬電路和數字電路的接口，還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變為同頻率的方波或矩形波。電壓比較器是對輸入信號進行鑑別與比較的電路，是組成非正弦波發生電路的基本單元電路。常用的電壓比較器有單限比較器、滯回比較器、窗口比較器、三態電壓比較器等。

　　

　　電壓比較器可以看作是放大倍數接近「無窮大」的運算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小（用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關係）：當」+」輸入端電壓高於」－」輸入端時，電壓比較器輸出為高電平；當」+」輸入端電壓低於」－」輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；可工作在線性工作區和非線性工作區。工作在線性工作區時特點是虛短，虛斷；工作在非線性工作區時特點是跳變，虛斷；由於比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態，所以其中的集成運放常工作在非線性區。從電路結構上看，運放常處於開環狀態，又是為了使比較器輸出狀態的轉換更加快速，以提高響應速度，一般在電路中接入正反饋。

　　電壓比較器的原理框圖及其引腳功能

　　電壓比較器內部含輸入級、中間放大器和輸出級電路，我們需要掌握的是輸入端和輸出端之間的關係，由此分析電路原理和找到故障檢測方法。如前述，運算放大器開環應用時，即為（不太精確的）電壓比較器。但放大器的比較特性並不理想，專業的設計和專業的性能需要由專業器件來保障，在應用到電壓比較器的場所，大多還是採用專用的電壓比較器。其中，集電極開路輸出級（又稱OC門輸出級）型專用電壓比較器的應用尤為廣泛，在變頻器電路中，通常用到的僅為14腳（四比較器）和8腳（雙比較器）兩種器件，其代表器件型號為LM339、LM393，引腳功能見圖所示。

　　

　　電壓比較器原理框圖與引腳功能

　　8腳（雙比較器）的引腳排列同8腳運放器件是相同的。14腳略有不同，輸出端集中在1、2、13、14腳，供電端為3、12腳。剩餘腳為輸入腳，奇數腳為同相輸入端，偶然腳為反相輸入端。其引腳功能是不難記憶的。

　　電壓比較器的供電腳特意標註為V+/Vcc、V-/GND，說明其電源供給是較為靈活的，可以單電源供電，如+5V或+12V、+15V等，也可以雙電源供電，如±15V、±12V等。

　　電壓比較器的電路構成

　　1、電壓比較器符號及基本電路

　　同運放原理的講解一樣，將輸出級電路搬到經典電壓比較器符號的外部（創意原理符號），再進而確定兩輸入端和輸出端（或輸出級）的對應關係，則其工作原理就呼之欲出了。

　　

　　圖1 常規電壓比較器符號、創意原理符號與應用電路

　　從常規符號（圖1中a圖）看，電壓比較器也為三端元件，即兩輸入端，一輸出端。其輸入、輸出的關係為：

　　當IN+》 IN-時，OUT端為高電平「1」；

　　當IN- 《 IN+時，OUT端為低電平「0」。

　　這也是做為電壓比較器原理及故障判斷的一個根本原則。

　　從創間原理符號（圖1中b圖）看，當IN-》 IN+時，內部輸出級電晶體Q導通，輸出端相當於與供電負端短接，因而輸出低電平「0」，此低電平可能為0V，也可能是-15V（和供電負端電平相關）。

　　因電路為開路集電極輸出形式，故輸出端需加上位電阻R，以形成高電平「1」輸出。

　　從應用電路（圖1中c圖）看，噹噹IN+》 IN-時，內部Q截止，OUT端變為高電平。此時輸出端高電平的幅度完全取決於上拉Vcc的電平幅度。如Vcc為+5V，電路輸出高電平則為+5V；如Vcc為+15V，電路輸出高電平則為+15V。

　　此處輸出端上接電源Vcc，既可以是電壓比較器的供電電源，也可以是（共地的）另外的電壓級別。做為模－數轉換（接口）電路，為適應數字（或MCU器件）的供電電源要求，電壓比較器輸出端多經上拉電阻R接+5V電源（DSP器件，上接電阻則接入+3.3V電源正端）。

　　2、輸出端電路形式

　　當比較器供電為±15V雙電源（比如直接採用運放器件的電源供電），或輸出端上拉電源為+15V，而輸出端又要與後級（+5V供電數字電路系統）電路相連接時，那麼輸出級外圍電路就要妥善完成前後級電路電平銜接的任務了。

　　電壓比較器的後級電路為MCU晶片時，MCU對輸入信號有3項要求：

　　輸入信號幅度不大於+5V；

　　因MCU為單電源供電，不要負的輸入信號；

　　只要電壓信號，不要電流信號。

　　

　　圖2 電壓比較器輸出端電路形式

　　圖2中a電路，比較器供電為+15V，輸出端上拉電阻R接+5V，實現了前後級電平的自然對接，無須採用輸出電平鉗位等相關措施。

　　圖2中b電路，比較器供電為+15V，輸出端上拉電阻R也接+15V，電路的高電平輸出幅度超出後級電路的承受能力，此處加單向鉗位二極體D1以限制最高輸入電平（將輸出高電平鉗位在+5V電源電平附近），或由分壓電路將輸出電平進行衰減。由電壓接法可知，噹噹IN+》 IN-時，輸出端變為高電平，由D1的嵌位作用，使輸出端電壓為+5V+D1的導通管壓降（一般約為0.6V左右）≈+5.6V。

　　圖2中c電路，比較器供電為±15V雙電源，輸出端上拉電阻R接+15V。電壓輸出端的高電平為+15V，而低電平為-15V，二者都不符合後級電路的輸入電平要求。一般採用添加R2限流電阻和雙向錯位二極體D1、D2的方法，進行輸出端電壓鉗位。將電壓比較器輸出的±15V高、低電平嵌位成-0.6V~+5.6V左右的電壓信號（換言之，即將輸出信號嵌位於0和+5V的供電電源電壓範圍以內）。

　　3、輸入端基準電壓的來源

　　針對最基本的電壓比較器——單級比較器來說，IN+和IN-兩個輸入端，必定要有其一做為比較基準端，另一端則做為信號電壓輸入端。基準電壓通常由以下幾種方式生成（以下圖例將電壓比較器恢復為常規符號）：

　　（1）直接由+5V電源（或±15V）電源經電阻分壓取得；

　　（2）由專用基準電壓源或三端穩壓器取得；

　　（3）由運算放大器生成。

　　

　　圖3 電壓比較器基準電壓的來源

　　如上圖3所示，基準（比較）電壓可由供電電源經電阻分壓取得；亦可由基準電壓源或三端穩壓器取得更為精準的基準電壓；圖3中的c電路，是由運放N1取得-2.5V基準電壓後，送入電壓比較器N2的反相輸入端做為比較基準的。

　　由圖3可看出：

　　輸入信號即可進入反相輸入端，也可進入同相輸入端。

　　比較器供電可以單電源，可以雙電源。單（正）電源供電時，不能輸入負的信號電壓；

　　因其供電形式不同，除決定輸入信號的極性外，其輸出級外圍電路也有相應差異；

　　輸入的另一端即可做為基準比較端（電壓比較器必須有基準比較端），通常此端電壓不為0V，為一固定不變之電壓。輸入信號端與基準端電壓相等的概率近乎為0，因而兩輸入端大部分時間內是有電壓差的，隨輸入信號電壓的變化，該電壓差也是變化的。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴