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微信公众平台获取码：''比较器''，关注著名的PCB哥微信公众平台，回复上述获取码即可快速获取本文 在一些电路中，我们经常需要对两个输入信号进行比较，比如比较常见的对两路输入电压进行比较，为了完成这一过程，我们便会用到比较器芯片，而对于比较器，你知道多少呢？今天，著名的PCB哥带你深入了解关于“比较器”的那些事。  关于比较器的作用，通俗地说，是对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序进行比较。 而能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。 比较器是一种得到广泛使用的电路元件。实际上我们可以将比较器看作是增益非常高的运算放大器，它可以放大输入端很小的差分信号，并驱动输出端切换到两个输出状态。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，而当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。从这一角度来看，也可以将比较器当作一个1位模/数转换器(ADC)。 比较器的分类 比较器的分类主要有：电压比较器、单线比较器、迟滞比较器、双限比较器（窗口比较器）。 总体归纳有两种： 1、模拟比较器：将模拟量与一标准值进行比较，当高于该值时，输出高(或低)电平。反之，则输出低(或高)电平。例如，将一温度信号接于运放的同相端，反相端接一电压基准(代表某一温度)，当温度高于基准值时，运放输出高电平，控制加热器关闭，反之当温度信号低于基准值时，运放输出低电平，将加热器接通。这一运放就是一个简单的比较器，因为输入与输出同相，称为同相比较器。有的模拟比较器具有迟滞回线，称为迟滞比较器，用这种比较器，有助于消除寄生在信号上的干扰。 2、数字比较器：用来比较二组二进制数是否相同，相同时输出(或低)高电平，反之，则输出相反的电平。最简单的数字比较器是一位二进制数比较器，例如一个异或门(或同或门)。 比较器的工作原理 比较器采用集成电路原理，它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。 图1(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=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图1(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，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。 从图1中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。  同相放大器电路如下图所示。如果图2中RF=∞，R1=0时，它就变成与图3(b)一样的比较器电路了。图2中的Vin相当于图3(b)中的VA。   比较器的经典应用 过零比较器 过零比较器被用于检测一个输入值是否是零。原理是利用比较器对两个输入电压进行比较。两个输入电压一个是参考电压Vr，一个是待测电压Vu。一般Vr从正相输入端接入，Vu从反相输入端接入。根据比较输入电压的结果输出正向或反向饱和电压。当参考电压已知时就可以得出待测电压的测量结果，参考电压为零时即为过零比较器。 用比较器构造的过零比较器存在一定的测量误差。当两个输入端的电压差与开环放大倍数之积小于输出阈值时探测器都会给出零值。例如，开环放大倍数为106，输出阈值为6v时若两输入级电压差小于6微伏探测器输出零，这也可以被认为是测量的不确定度。 弛张振荡器 比较器可以用于构造弛张振荡器，其中同时应用到了正反馈和负反馈。正反馈是一个施密特触发器，这样组成了一个多谐振荡器。而RC电路在其中增加了负反馈，导致电路开始自发振荡，使整个电路从锁存器变成了弛张振荡器。 电平转换使用漏极开路的比较器（例如LM393、 TLV3011和MAX9028）可以构造电平转换器，用于改变信号电压。选择适当的上拉电压可以灵活地选择转换的电压值。例如使用MAX972比较器可以把±5V的信号转换成3V信号。 模数转换器 比较器的作用是比较一个输入信号是否高于某一给定值，因此可以将输入的模拟信号转成二进制的数字信号。包括ΔΣ调制在内的几乎所有的数模转换器都含有比较器，用于对输入的模拟信号进行量化。 比较器常见问题及应对措施 常见的有LM324、LM358、uA741、TL081\2\3\4、OP07、OP27，这些都可以做成电压比较器（不加负反馈）。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合，其实它们也是一种运算放大器。 比较器，实际上可以看作是增益非常高的运算放大器，以至于无法稳定在中间放大区。所以比较器在使用中常出现一个问题：电压达到转换的边缘时，常常快速通断，像电铃那样快速通断。如果这电路是带动继电器的，就会造成触点抖动通断，很快就会被烧蚀。想要解决这个问题，只要加上“回差电路”即可。  举个例子，假如LM339在输出端到负相输入端之间，接上电阻，进行负反馈，降低它的增益，就可当运算放大器使用。假如在输出端到正相输入端接上电阻，进行正反馈，这就构成了“回差电路”。而关于回差作用，我们可以这样理解：首先在正相端加上5V，作为比较电压，而负相端从0V开始上升。负相端还未达到5V时，输出端“顺压1”，为高电平。 负相端升到5V后，再超过10mV时，输出端“逆压0”，立刻翻转为0V。这样便是一个带回差的比较器（又叫“施密特触发器” ），输出端到正相端接有回差电阻。回差电阻就是正反馈电阻，输出端电压降为0V后，经过正反馈电阻，使原先设置的5V电压随之降低，比如降到4.7V。这等于把负相端的电压瞬间加高了0.3V，形成深深的“逆压0”，输出端就牢牢地停在0V上，即使有什么电压波动，也不会翻转颤动。如果想要让输出端翻回到“顺压1”上，负相端降回到5V是不行的，需要降到4.7V再降10mV才能翻转为1。回差电路，就好像加大翻转电压的保险系数一样，使电路工作可靠，通断分明，不会抖动。回差作用的大小，可以改变回差电阻的数值来调整。电阻值减小，回差作用增大。但如果回差电阻大小，电路就不稳了，而一般情况下也不需要过于大的回差。 比较器与运算放大器的区别 上面说的那么多比较器与运算放大器的相似点，那么我们现在要说一下比较器与运算放大器之间的区别了，小伙伴们千万不要搞混了哦~ 1、运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器，但由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号。而且，在这种情况下，运算放大器的响应时间比比较器慢许多，而且也缺少一些特殊功能，如：滞回、内部基准等。比较器通常不能用作运算放大器，比较器经过调节可以提供极小的时间延迟，但其频响特性受到一定限制，运算放大器正是利用了频响修正这一优势而成为灵活多用的器件。另外，许多比较器还带有内部滞回电路，这避免了输出振荡，但同时也使其不能当作运算放大器使用。 2、比较器与运算放大器工作在同样的电源电压，传统的比较器需要±15V等双电源供电或高达36V的单电源供电，这些产品在工业控制中仍有需求，许多厂商也仍在提供该类产品。但是，从市场发展趋势看，大多数应用需要比较器工作在电池电压所允许的单电源电压范围内，而且，比较器必须具有低电流、小封装，有些应用中还要求比较器具有关断功能。例如：MAX919、MAX9119和MAX9019比较器可工作在1.6V或1.8V至5.5V电压范围内，全温范围内的最大吸入电流仅为1.2μA/1.5μA，采用SOT23、SC70封装，类似的MAX965和MAX9100比较器工作电压可低至1.6V，甚至1.0V，因而非常适合电池供电的便携式产品。 上面描述的关于比较器的一些事，欢迎广大电子DIY爱好者和技术宅的小伙伴留言交流，共同进步！ |
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