什么是比較器？ 比較器的工作原理和類型 比較器電路圖分享

什么是比較器？

比較器是能夠實現比較兩個輸入端的電流或電壓的大小這一功能的電路或者裝置。它有兩個輸入端Vi+和Vi-，一個輸出端Vout。輸入端接的是模擬信號，輸出端輸出是的數字信號，輸出要么是高要么就是低，具體的高電平是任意由外接的電壓幅值來決定的。

選擇其中輸入端作為參考點（REF)來進行比較，例如選擇同相輸入端V2作為參考,當反相輸入端V1大于V2時,Vout輸出低電平;當V1小于V2時,Vout輸出高電平。由此可知輸出端的狀態代表著兩個輸入之間的凈差的符號,參考電壓V2則稱為比較器的閾值電壓UT。由于比較器實際上是1位數模轉換器(ADC),因而是ADC中的一個基本元件。

下面顯示的是一個簡單比較器的原理圖和輸出圖。

該電路構成了許多應用的基礎，包括過零檢測器、張弛振蕩器、電平轉換器、模數轉換器、窗口檢測器和施密特觸發器等。

在上面的原理圖中，運放 -ve 輸入端的兩個電阻相等，使得 Vref = Vcc/2。當 Vin 超過該點時，輸出迅速變高。當 Vin 降至 Vref 以下時，輸出再次變低。

通過電阻器 R2 添加一些正反饋，將其變成施密特觸發器，其遲滯由 R2/R1 控制。大多數555定時器應用都是基于使用它們自己的內部比較器。

比較器的類型

1、反相比較器

反相比較器是基于運算放大器的比較器，其中參考電壓施加到其非反相端子，輸入電壓施加到其反相端子。該比較器稱為反相比較器，因為需要比較的輸入電壓施加到運算放大器的反相端子。

反相比較器的操作很簡單。它根據其輸入電壓和參考電壓的值在輸出處產生兩個值之一。反相比較器的電路圖如下圖所示。

2、同相比較器

同相比較器是基于運算放大器的比較器，其中參考電壓施加到其反相端子。另一方面，輸入電壓施加到其非反相端子。這種基于運算放大器的比較器稱為非反相比較器，因為必須比較的輸入電壓施加到運算放大器的非反相端子。同相比較器的電路圖如下圖所示。

比較器的工作原理

比較器采用集成電路原理，它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。

圖1(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分壓后接在同相端，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個電阻的關系式為：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(相當于R1、R2路)，R3=RF=∞(相當于R3、RF開路)時，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖1(b)的樣子，差分放大器處于開環狀態，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環狀態時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。

從圖1中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環狀態的差分放大器電路。

同相放大器電路如下圖所示。如果圖2中RF=∞，R1=0時，它就變成與圖3(b)一樣的比較器電路了。圖2中的Vin相當于圖3(b)中的VA。

比較器電路圖分享

1、使用LM339的LDR比較器電路圖

使用德州儀器 (TI) 的IC LM339設計的簡單LDR比較器電路。這是一款四路比較器IC，該電路中僅使用了該IC 的4 位內部比較器之一。該電路采用5 伏穩壓直流電源供電。

這里該電路的光敏元件是光檢測電阻或LDR。這只是一個光敏元件，它會根據照射在其上的光線而改變其電阻。照射在其上的光線越多，其抵抗力越低。

在上面的電路中，我們將引腳 4 連接到 LDR，電阻 R1 作為分壓電路。這是反相端子，當光照射到 LDR 傳感器時，通過該引腳的電阻率將降低，并且引腳 4 上的電壓將升高，從而導致引腳 3 處輸出低電平。

我們在引腳 5 處添加了可變電阻。由于可變電阻設置為低阻值，因此引腳 5 上的電壓變高。反相端子引腳 4 需要低輸入信號以保持低于引腳 4 上的電壓以獲得更高的輸出，這意味著它被設置為低光強度。 LDR 上照射的光越多，其電阻就越低，輸出端的電壓就越高。每當反相輸入端的電壓超過或低于非反相輸入端設置的閾值電壓時，比較器輸出就會改變狀態。 LDR 在黑暗中時 LED 亮起。我們可以使用繼電器或蜂鳴器代替LED來將該電路投入具體應用。

2、基于LM358運算放大器的比較器電路圖

這是一個由常見 LM741 運算放大器構建的比較器。在此測試電路中，我們使用 12 伏雙極電源。在 NEG 輸入中，引腳 2 固定為 6 伏，齊納二極管連接到電源的 + 側。我們將其稱為 Vref。

在引腳 3 的 POS 輸入上，我們將電位計連接回 + 和 GND。這是文。如果 Vin小于6 伏，則 LM741 引腳 7 上的輸出將約為負 10 伏。這里我們使用1N4001二極管來保護LED免受過高的反向電壓的影響。

如果我們將 10K 電位器調整到 Vin 大于 Vref ，則引腳 7 上的輸出將變為大約+10V 正向偏置 1N4001 并打開 LED。

使用 LM741 的缺點是使用雙極電源。圖中的比較器電路使用LM358運算放大器代替LM741。 LM358 專為單電源供電而設計。它的作用，只是添加了 Q1 作為集電極開路輸出驅動器。

當 Vin 小于 Vref 時，引腳上的輸出變為約 10 伏，從而打開晶體管 Q1，從而打開 LED。通過用 10K 電位器設置跳變點，可以制作欠壓指示器。

3、使用LM101的比較器電路圖

LM101 非常適合比較器應用的兩個原因是它具有較大的差分輸入電壓范圍，并且輸出易于鉗位以使其與各種驅動器和邏輯電路兼容。 LM101 沒有 LM7104 的速度（10us 與 40ns，在同等條件下），但速度在許多線性應用中不是問題，并且 LM101 的較低輸入電流和較高電壓能力是一個很大的優勢。下面的電路圖顯示了使用 LM101 的兩個比較器電路。

上圖是一種鉗位方案，使輸出信號直接與DTL或TTL集成電路兼容。 0V 或 4V 的輸出分別由 LM103 擊穿二極管鉗位在低或高狀態。具有急劇擊穿和低等效電容是選擇這種特殊二極管的原因。放大器開環工作，因此作為比較器工作時通常不需要頻率修正。盡管如此，為了防止比較器處于活動區域時出現低電平振蕩，放大器引腳 5 和 6 之間的雜散電容應最小化。如果這成為問題，則正常補償端子上的 3 pF 電容器將消除它。

下圖所示的 LM101 的連接用作比較器和燈驅動器。 Q1 開關燈，R2 限制因打開冷燈而產生的電流浪涌。 Q1 的基極驅動由 R1 決定，而 D1 可以防止放大器在關斷時在 Q1 的發射極-基極結上施加過多的反向偏置。

4、基uA741運算放大器的電壓比較器電路圖

基于 uA741 運算放大器的實用同相比較器如下所示。這里，參考電壓是使用由 R1 和 R2 組成的分壓器網絡設置的。等式為 Vref = (V+/ (R1 + R2)) x R2。

將電路圖中給出的值代入該方程可得出 Vref = 6V。只要 Vin 高于 6V，輸出就會擺動至 ~+12V DC，反之亦然。該電路由 +/- 12V DC 雙電源供電。