比較器的典型應用電路,如何區分比較器與運放,比較器與運放的差異

比較器的典型應用電路，如何區分比較器與運放，比較器與運放的差異

王增濤 發表於 2017-05-22 17:27:39

　　對兩個或多個數據項進行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關係及排列順序稱為比較。 能夠實現這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。 比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較的電路。比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進位信號0或1，當輸入電壓的差值增大或減小且正負符號不變時，其輸出保持恆定。

　　

　　運放是運算放大器的簡稱。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。由於早期應用於模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名「運算放大器」，此名稱一直延續至今。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現，也可以實現在半導體晶片當中。隨著半導體技術的發展，如今絕大部分的運放是以單片的形式存在。現今運放的種類繁多，廣泛應用於幾乎所有的行業當中。

　　比較器典型應用電路

　　1、散熱風扇自動控制電路

　　一些大功率器件或模塊在工作時會產生較多熱量使溫度升高，一般採用散熱片並用風扇來冷卻以保證正常工作。這裡介紹一種極簡單的溫度控制電路，如圖7所示。負溫度係數（NTC）熱敏電阻RT粘貼在散熱片上檢測功率器件的溫度（散熱片上的溫度要比器件的溫度略低一些），當5V電壓加在RT及R1電阻上時，在A點有一個電壓VA。當散熱片上的溫度上升時，則熱敏電阻RT的阻值下降，使VA上升。RT的溫度特性如圖8所示。它的電阻與溫度變化曲線雖然線性度並不好，但是它是單值函數（即溫度一定時，其阻值也是一定的單值）。如果我們設定在80℃時應接通散熱風扇，這80℃即設定的閾值溫度TTH，在特性曲線上可找到在80℃時對應的RT的阻值。R1的阻值是不變的（它安裝在電路板上，在環境溫度變化不大時可認為R1值不變），則可以計算出在80℃時的VA值。

　　

　　

　　R2與RP組成分壓器，當5V電源電壓是穩定電壓時（電壓穩定性較好），調節RP可以改變VB的電壓（電位器中心頭的電壓值）。VB值為比較器設定的閾值電壓，稱為VTH。

　　設計時希望散熱片上的溫度一旦超過80℃時接通散熱風扇實現散熱，則VTH的值應等於80℃時的K值。一旦VA》VTH，則比較器輸出低電平，繼電器K吸合，散熱風扇（直流電機）得電工作，使大功率器件降溫。VA、VTH電壓變化及比較器輸出電壓Vout的特性如圖9所示。這裡要說清楚的是在VA開始大於VTH時，風扇工作，但散熱體有較大的熱量，要經過一定時問才能把溫度降到80℃以下。

　　

　　從圖7可看出，要改變閾值溫度TTH十分方便，只要相應地改變VTH值即可。VTH值增大，TTH增大；反之亦然，調整十分方便。只要RT確定，RT的溫度特性確定，則R1、R2、RP可方便求出（設流過RT、R1及R2、RP的電流各為0.1～0.5mA）。

　　2.窗口比較器

　　窗口比較器常用兩個比較器組成（雙比較器），它有兩個閾值電壓VTHH（高閾值電壓）及VTHL（低閾值電壓），與VTHH及VTHL比較的電壓VA輸入兩個比較器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout輸出高電平；若VA《VTHL，VA》VTHH，則Vout輸出低電平，如圖10所示。圖10是一個冰箱報警器電路。冰箱正常工作溫度設為0～5℃，（0℃到5℃是一個「窗口」），在此溫度範圍時比較器輸出高電平（表示溫度正常）；若冰箱溫度低於0V或高於5℃，則比較器輸出低電平，此低電平信號電壓輸入微控制器（μC）作報警信號。

　　

　　溫度傳感器採用NTC熱敏電阻RT，已知RT在0℃時阻值為333.1kΩ；5℃時阻值為258.3kΩ，則按1.5V工作電壓及流過R1、RT的電流約1.5 uA，可求出R1的值。R1的值確定後，可計算出0℃時的VA值為0.5V（按圖10中R1=665kΩ時），5℃時的VA值為0.42V，則VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。若設R2=665kΩ，則按圖11，可求出流過R2、R3、R4電阻的電流I=（1.5V-0.5V）/665kΩ=0.0015mA，按R4×I/=0.42V，可求出R4=280kΩ再按0.5V=（R3+R4）0.0015mA， 則可求出R3=53.3kΩ。

　　

　　比較器與運放的區別

　　比較器和運放雖然在電路圖上符號相同，但這兩種器件確有非常大的區別，一般不可以互換，區別如下：

　　（1）比較器的翻轉速度快，大約在ns 數量級，而運放翻轉速度一般為us 數量級（特殊的高速運放除外）。

　　（2）運放可以接入負反饋電路，而比較器則不能使用負反饋，雖然比較器也有同相和反相兩個輸入端，但因為其內部沒有相位補償電路，所以，如果接入負反饋，電路不能穩定工作。內部無相位補償電路，這也是比較器比運放速度快很多的主要原因。

　　（3）運放輸出級一般採用推挽電路，雙極性輸出。而多數比較器輸出級為集電極開路結構，所以需要上拉電阻，單極性輸出，容易和數字電路連接。

　　1、放大器與比較器的主要區別是閉環特性！

　　放大器大都工作在閉環狀態，所以要求閉環後不能自激。而比較器大都工作在開環狀態更追求速度。對於頻率比較低的情況放大器完全可以代替比較器（要主意輸出電平），反過來比較器大部分情況不能當作放大器使用。因為比較器為了提高速度進行優化，這種優化卻減小了閉環穩定的範圍。而運放專為閉環穩定範圍進行優化，故降低了速度。所以相同價位檔次的比較器和放大器最好是各司其責。如同放大器可以用作比較器一樣，也不能排除比較器也可以用作放大器。但是你為了讓它閉環穩定所付出的代價可能超過加一個放大器！

　　換言之，看一個運放是當作比較器還是放大器就是看電路的負反饋深度。所以，淺閉環的比較器有可能工作在放大器狀態並不自激。但是一定要作大量的試驗，以保證在產品的所有工作狀態下都穩定！這時候你就要成本/風險仔細核算一下了。

　　2、放大器和比較器如出一轍，簡單的講，比較器就是運放的開環應用，但比較器的設計是針對電壓門限比較而用的，要求的比較門限精確，比較後的輸出邊沿上升或下降時間要短，輸出符合TTL/CMOS 電平/或OC 等，不要求中間環節的準確度，同時驅動能力也不一樣。一般情況：用運放做比較器，多數達不到滿幅輸出，或比較後的邊沿時間過長，因此設計中少用運放做比較器為佳。

　　運算放大器和比較器在線檢測有何不同？

　　1、供電電源不同

　　運放：常用供電±15V；+15V；

　　比較器：常用供電+15V；±15V；+5V。

　　2、供電引腳

　　8腳器件相同。14腳器件：

　　運放：4、11為供電引腳；

　　比較器：3、12為供電引腳。

　　3、反饋迴路

　　運放：有負反饋迴路；

　　比較器：無負反饋迴路，可能有正反饋迴路，但反饋電阻為百千歐級。

　　4、輸出端

　　運放：無上拉電阻，輸出電壓為0V或較低電壓，不會出現±15V等高電平。

　　比較器：（常用開路集成極輸出）有上拉電阻，輸出僅為高、低電平（即對應電源的正、負電位），沒有第三種電平值輸出。

　　5、輸入端

　　運放：兩輸入端之間電壓差為0V，即等電位。

　　比較器：兩輸入端之間有明顯電壓差，其中之一為基準（比較）電壓，其中之二為輸入信號，輸入信號和基準電壓相等的概率近乎為0。

　　第5項判斷準確度較高。而在故障狀態，需要各項綜合測量，更為準確。

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