電壓比較器基本原理及設計應用

2021-01-08 電子產品世界

　本文主要介紹電壓比較器基本概念、工作原理及典型工作電路，並介紹一些常用的電壓比較器。
電壓比較器(以下簡稱比較器)是一種常用的集成電路。它可用於報警器電路、自動控制電路、測量技術，也可用於V/F變換電路、A/D變換電路、高速採樣電路、電源電壓監測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/188426.htm

什麼是電壓比較器
　　簡單地說，電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小(也有兩個數字電壓比較的，這裡不介紹)，並判斷出其中哪一個電壓高，如圖1所示。圖1(a)是比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端(「+」　　端)　　及反相輸入端(「-」端)，有一個輸出端Vout(輸出電平信號)。另外有電源V+及地(這是個單電源比較器)，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。在時間0～t1時，VA>VB；在t1～t2時，VB>VA；在t2～t3時，VA>VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1(c)所示：VA>VB時，Vout輸出高電平(飽和輸出)；VB>VA時，Vout輸出低電平。根據輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。

　　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。
　　圖2(a)是雙電源(正負電源)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，Vout輸出飽和負電壓。

　　如果輸入電壓VA與某一個固定不變的電壓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
　　比較器是由運算放大器發展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應用電路。由於比較器電路應用較為廣泛，所以開發出了專門的比較器集成電路。
　　圖4(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經分壓器R2、R3分壓後接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關係式為：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R1=R2=0(相當於R1、R2短路)，R3=RF=∞(相當於R3、RF開路)時，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖4(b)的樣子，差分放大器處於開環狀態，它就是比較器電路。實際上，運放處於開環狀態時，其增益並非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小於正負電源電壓，也不可能是無窮大。


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