比较器工作原理及应用

1、。电压比较器(以下简称比较器)是一种常见的集成电路。可用于报警电路、自动控制电路、测量技术、电压/频率转换电路、模数转换电路、高速采样电路、电源电压监控电路、振荡器和压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍了它的基本概念、工作原理和典型工作电路，并介绍了一些常用的电压比较器。什么是电压比较器简单地说，电压比较器比较两个模拟电压的大小(也比较了两个数字电压，这里不介绍)，并判断哪个电压更高，如图1所示。图1(a)是比较器，其具有两个输入端：非反相输入端()和反相输入端(-)，以及输出端Vout(输出电平信号)。此外，还有电源v和地(这是一个单电源比较器)、非反相端的输入电压VA和反相端的输入

2、电压VB。va和VB的变化如图1(b)所示。当时间为0 t1时，VAVB；从t1到T2，维也纳国际中心；从T2到T3，VAVB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：当VAVB时，Vout输出高电平(饱和输出)；在VBVA，Vout输出低电平。根据输出电平，可以知道哪个电压更大。如果VA被输入到反相端，并且VB被输入到非反相端，则VA和VB的电压变化仍然如图1(b)所示，并且Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)相比，其输出电平被反转。输出电平的变化与va和VB的输入端有关。图2(a)是由双电源(正电源和负电源)供电的比较器。如果其伏安和伏安输入电压如图1(b)所示，其输出特性如图

3、2(b)所示。在VBVA，Vout输出饱和负电压。如果输入电压VA与固定电压VB相比较，如图3(a)所示。这个电压叫做参考电压，参考电压或阈值电压。如果这个参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它通常用于过零检测。比较器的工作原理比较器是从运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一个应用电路。由于比较器电路被广泛使用，一种特殊的比较器集成电路被开发出来。图4(a)是由运算放大器组成的差分放大器电路。输入电压VA由分压器R2和R3分压，并连接到非反相端，VB通过输入电阻R1连接到反相端，而射频是反馈电阻。如果不考虑输入失调电压，输出电压Vout和VA、VB与四个电阻之间的关系

4、如下：vout=(1个射频/R1) R3/(R2 R3) va-(。R1=R2，R3=射频，Vout=射频/R1(伏安-伏安)，这是放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1和R2的短路)和R3=射频=(相当于R3和射频的开路)时，Vout=。当增益变为无穷大时，电路图将如图4(b)所示，差分放大器处于开环状态，这是一个比较器电路。实际上，当运算放大器处于开环状态时，它的增益不是无穷大，而Vout的输出是饱和电压，它小于正负电源电压，不能是无穷大。从图4可以看出，比较器电路是差分放大器电路，其中运算放大器电路处于开环状态。同相放大器电路如图5所示。如果图5中的射频=和R1=0，则它成为与图3(

5、b)相同的比较器电路。图5中的Vin相当于图3(b)中的va。比较器和运算放大器的区别运算放大器可以用作比较器电路，但是性能更好的比较器具有比通用运算放大器更高的开环增益、更小的输入失调电压、更大的共模输入电压范围和更高的压摆率(这使得比较器响应更快)。此外，比较器的输出级通常为集电极开路结构，如图6所示，需要连接上拉电阻或直接驱动不同电源电压的负载，因此应用更加灵活。然而，有些比较器是互补输出，不需要上拉电阻。顺便说一下，比较器电路本身也有技术要求，如精度、响应速度、传播延迟时间、灵敏度等。大多数参数与运算放大器的参数相同因为比较器的内部结构与运算放大器的基本相同，所以其大部分参数(电特性参

6、数)与运算放大器的基本相同(如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等)。)。比较器的典型应用电路这里，给出两个简单的比较器电路作为例子来说明它们的应用。1.冷却风扇自动控制电路一些大功率设备或模块在工作时会产生更多的热量，从而使温度升高。通常，散热片和风扇用于冷却它们，以确保正常运行。本文介绍了一个非常简单的温度控制电路，如图7所示。负温度系数(NTC)热敏电阻RT安装在散热器上，用于检测电源设备的温度(散热器上的温度略低于设备的温度)。当5V电压施加到电阻抗和R1电阻上时，在点A处有一个电压VA.当散热器上的温度上升时，热敏电阻的电阻下降，伏安上升。室温的温度特性如图8所示。虽然其电阻-

7、温度曲线的线性度不好，但它是一个单值函数(即当温度不变时，其电阻值也是某个单值)。如果我们将其设置在80，我们应该打开冷却风扇，这是设置的阈值温度TTH。在特征曲线上可以找到室温在80时的电阻值。R1的电阻值是恒定的(它安装在电路板上，当环境温度变化不大时，R1的值可以认为是恒定的)，因此可以计算出80时的伏安值。R2和RP构成一个分压器。当5V电源电压稳定(电压稳定性好)时，调整RP可以改变VB的电压(电位计中心的电压值)。VB值是比较器设置的阈值电压，称为VTH。在设计中，希望一旦散热器上的温度超过80，冷却风扇将打开以散热，因此VTH值应该等于80时的K值。一旦发生变风量，比较器输出一个

8、低电平，继电器K被拉进，冷却风扇(DC电机)通电冷却高功率设备。伏安和VTH的电压变化以及比较器输出电压Vout的特性如图9所示。这里需要说明的是，当VA开始大于VTH时，风扇工作，但是散热器有大量的热量，需要一定的时间将温度降低到80以下。从图7可以看出，通过相应地改变VTH值来改变阈值温度TTH是非常方便的。TTH随着VTH值的增加而增加。反之亦然，调整非常方便。只要确定室温和室温的温度特性，就可以很容易地计算出R1、R2和RP(让流经室温、R1、R2和RP的电流分别为0.1 0.5毫安)。2.窗口比较器窗口比较器通常由两个比较器(双比较器)组成，两个比较器具有两个阈值电压VTHH(高阈值

9、电压)和VTHL(低阈值电压)，与VTHH和VTHL比较的电压VA被输入到两个比较器。如果VTHH伏安电压互感器，输出高电平；如果VAVTHH，Vout输出低电平，如图10所示。图10是冰箱报警电路。冰箱正常工作温度设定为0 5(0 5为“窗口”)，比较器在该温度范围内输出高电平(表示温度正常)；如果冰箱温度低于0V或高于5，比较器输出低电平，低电平信号电压作为报警信号输入微控制器(C)。温度传感器采用NTC热敏电阻RT，已知其在0时具有333.1 k的电阻。当电阻值为258.3 k，温度为5时，R1值可根据工作电压1.5V和流经R1和室温的电流约1.5 uA计算得出。确定R1值后，可以计算出0时的伏安值为0.5V(当图10中R1=665时)，5时的伏安值为0.42伏，然后VTHH=0.5V伏，VTHH=0.5V.如果R2=665 k