电压比较器是集成运放非线性应用电路，常用于各种电子设备中，那么什么是电压比 较器呢？ 它将一个模拟董电压信号和一个参考因定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出 电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于 模拟与数字信号转换等领域。
图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压 > 加在运放的同相的输入端，输入 电压ui加在反相的输入端°
图1电压比较器原理图（a）及传输特性（b）
（a）电路图（b）传输特性当ui uo=Uz 当ui>UR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即 uo=—UD 因此，以UR为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图1（b）为（a）图比较 器的传输特性。 常用的电压比较器有过零电压比较器♦具有滯回特性的过零比较器、滞回电压比较器， 窗口（双限）电压比较器。 二、 集成电压比校器简介 作用：可将模拟信号转换成二值信号•即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。 应用：作为模拟电路和数字电路的接口电路。 特点：比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输 延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL 'CMOS和ECL等集成数字电路；有些 芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯（例如LM311）。 三、 电压比校器的应用 电压比校器（以下简称比校器）是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制 电路、测量技术，也可用于V/F变换电路' A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电 路♦振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典 型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比校的，这里不介绍），并 判斷出其中哪一个电压高咖图1所示。图1（a）是比较器，它有两个输入端：同相输入端（“+” 端）及反相输入端（端），有一个输出端Vout（输出电平信号）。另外有电源V+及地（这 是个单电源比较器），同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1（b）所示。 在时间0〜tl时* VA>VB ；在tl〜t2时，VB>VA ；在t2〜t3时* VA>VB °在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示:VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出):VB>VA时-Vout输出低电平。 根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端» VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则 Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA - VB 的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA ' VB输入电压如图1(b)那样， 它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个因定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电 压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过 零检测。 四、比校器的工作原理解析 比较器是由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种应用电路。 由于比较器电路应用钱为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同 相端， VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出 电压 Vout 与 VA、VB及 4 个电阻的关系式为:Vout=(l+RF/R1)・R3/(R2+R3) VA-(RF/R1)VB。 若 R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/Rl(VA-VB)• RF/R1 为放大器的増益。当 Rl=R2=0(相当于 RI、 R2短路)，R3=RF=oo(相当于R3、RF开路)时，Vout=oo。增益成为无穷大，其电路图就形成 图4(b)的样子， 差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状 态时»其増益并非无穷大，而 Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无 (b) 从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开坏状态的差分放大器电路。 同相放大器电路如图5所示。如果图5中RF二co，R1二0时，它就变成与图3(b) —样的比 较器电路了。图5中的Vin相当于图3(b)中的VA。 五、比校器与运放的差别 运放可以做比较器电路，但性能校好的比较器比通用运放的开环增益更高，输入失调电压 更小，共模输入电压困更大，压摆率较高（使比较器响应速度更快）。另外，比较器的输出级 常用集电极开路结构，如图6所示，它外部需要接一个上拉电阻或者直接驱动不同电源电压 的负载，应用上更加灵活。但也有一些比较器为互补输出，无需上拉电阻。 电平转换 驱动雉电器 图6 这里顺便要指出的是•比较器电路本身也有技术指标要求，如精度、响应速度、传播延迟 时间♦灵敏度等，大部分参数与运放的参数相同。在要求不高时可采用通用运放来作比较器 电路。如在A/D变换器电路中要求采用精密比较器电路。 由于比较器与运放的部结构基本相同，其大部分参数（电特性参数）与运放的参数项基本一 样（如输入失调电压、输入失调电流、输入偽置电流等）。 六、比较器典型应用电路 1 .散热风扇自动控制电路 一些大功率器件或模块在工作时会产生较多热董使温度升高，一般采用散热片并用风扇来 冷却以保证正常工作。这里介绍一种极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粘贴在散热片上检测功率器件的温度（散热片上的温度要比器件的温度略低一 些），当5V电压加在RT及 R1电阻上时，在A点有一个电压VA。当散热片上的温度上升时， 则热敏电阻RT的阻值下降，使VA 上升oRT的温度特性如图8所示。它的电阻与温度变化曲 线虽然线性度并不好，但是它是单值函数（即温度一定时，其阻值也是一定的单值）。如果我 们设定在8FC时应接通散热风扇，这8FC即设定的阈值温度TTH，在特性曲线上可找到在 80°C时对应的RT的阻值oRl的阻值是不变的（它安装在电路板上，在环境温度变化不大时 可认为R1值不变），则可以计算出在80°C时的VA值。 凰？ 图8 R2与RP组成分压器，当5V电源电压是稳定电压时（电压稳定性较好），调节RP可以改变 VB 的电压（电位器中心头的电压值）。VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。 设计时希望散热片上的温度一旦超过80°C时接通散热风扇实现散热•则VTH的值应等于 8（TC时的K值。一旦V A>VTH，则比较器输出低电平，继电器K吸合，散热风扇（直流电机） 得电工作，使大功率器件降温OVA Wni电压变化及比较器输出电压Vout的特性如图9所示。 这里要说清楚的是在VA开始大于VTH时，风扇工作，但散热体有较大的热量，要经过一定时 金T (V) I I r • 时间 问才能把温度降到8（rc以下。 从图7可看出，要改变阈值温度TTH十分方便，只要相应地改变VTH值即可。VTH值增大， Tri【增大；反之亦然，调整十分方便。只要RT确定，RT的温度特性确定，则Rl、R2、RP可 方便求出（设流过RT'Rl及R2、RP的电流各为0. 1〜0. 5inA）。 2.窗口比校器 窗口比较器常用两个比较器组成（双比较器厂 它有两个阈值电压VniiK高阂值电压）及 VTHL（低阀值电压），与VTIIH及VTHL比较的电压VA输入两个比较器。若VTHLWVAWVTHH 1 Vout 输出高电平；若VA 冰箱报 警器电路。冰箱正常工作温度设为0〜5°C • （0°C到5°C是一个“窗口”），在此温度国时比 较器输出高电平（表示温度正常）；若冰箱温度低于0V或高于5°C，则比较器输出低电平， 此低电平信号电压输入微控制器（“C）作报竽信号。 + 1.5V 温度传感器采用NTC热敏电阻RT，已知RT在0°C时阻值为333. lkQ ；5°C时阻值为25& 3k Q，则按1.5V工作电压及流过R1 • RT的电流约1.5 uA，可求出R1的值。R1的值确定后， 可计 算出（TC时的VA值为0. 5V（按图10中RI=665kQ时），5°C时的VA值为0.42V，则 VTHL=0. 42V，VTHH=0. 5V。若设R2=665kQ，则按图11 ＞可求出流过R2、R3、R4电阻的电 流 1=（1. 5V-0. 5V）/665kQ=0.0015mA，按 R4xI/=0.42V* 可求出 R4=280kQ再按 V5V 15V 05 V 0.42 V 0. 5V=(R3+R4)0.0015mA ‘ 则可求出 R3=53.3kQ。 本例中两个比较器采用低工作电压、低功耗、互补输出双比较器LT1017，无需外接上拉 电阻。 图 11 七、常用集成比校器推荐 常用的电压比校器有LM311 （带载能力强，可直接驱动继电器，灯，等等）'LM211 （带 载能力査，可直接驱动继电器，灯，等等）、MI339 （常用电压四路比较器，输出兼容TTL、 COHS等）、L\\【393 （常用电压双路比较器，输出兼容TTL ' COMS等）、AD790 （部滞回，抗 干扰）。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容