1、電壓比較器電路的原理

摘要：本文主要介紹了電壓比較器電路的原理、應(yīng)用、設(shè)計和性能分析。首先，對電壓比較器電路進行了簡單概述，然后從四個方面詳細闡述了其工作原理、常見應(yīng)用場景、設(shè)計考慮因素以及性能分析。通過本文的闡述，讀者可以更好地理解和應(yīng)用電壓比較器電路。

1、工作原理

在這一部分中，我們將介紹電壓比較器的基本工作原理。首先講解了基于差動放大器的比較器結(jié)構(gòu)，并詳細說明了輸入信號與參考信號之間的比較過程。接著討論了幾種常見的比較方式，如單端輸入模式和差分輸入模式，并對它們進行了對比和分析。

2、常見應(yīng)用場景

在這一部分中，我們將探討一些典型的應(yīng)用場景，在實際生活中廣泛使用到電壓比較器電路。例如，在自動控制系統(tǒng)中使用寬限時間窗口來檢測傳感器輸出是否超出預(yù)定范圍;在模擬信號處理領(lǐng)域使用零漂校正技術(shù)來提高精度等等。通過這些實際應(yīng)用案例，讀者可以更好地理解電壓比較器電路的實際應(yīng)用價值。

3、設(shè)計考慮因素

在這一部分中，我們將討論設(shè)計電壓比較器電路時需要考慮的關(guān)鍵因素。首先介紹了輸入偏置和輸入失調(diào)等參數(shù)對比較器性能的影響，并提供了相應(yīng)的設(shè)計方法和技巧。接著講解了功耗、速度和輸出驅(qū)動能力等方面的設(shè)計注意事項，并給出了一些實際案例來說明如何優(yōu)化比較器電路的性能。

4、性能分析

在這一部分中，我們將對電壓比較器電路進行性能分析。首先介紹了常見的指標(biāo)參數(shù)，如增益、帶寬和響應(yīng)時間等，并詳細說明它們之間的關(guān)系以及對系統(tǒng)整體性能的影響。接著討論了噪聲與抗干擾技術(shù)，在高精度測量系統(tǒng)中起到重要作用，并提供了相關(guān)算法和方法。

總結(jié)：

通過本文對于電壓比較器電路原理、應(yīng)用、設(shè)計和性能分析方面內(nèi)容進行詳細闡述，讀者可以更好地理解和應(yīng)用電壓比較器電路。同時，本文還提供了一些實際案例和設(shè)計技巧，幫助讀者更好地進行電壓比較器電路的設(shè)計和優(yōu)化。

2、簡單電壓比較器電路圖大全

電壓比較器是對輸入信號進行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器。

電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系)：

當(dāng)”+”輸入端電壓高于”-”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平;

當(dāng)”+”輸入端電壓低于”-”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平;

LM358 2腳接兩只2K電阻從5V分得2.5電壓作為參考電壓，3腳接10K電阻得到0-5V電壓來作比較電壓，當(dāng)3腳電壓高于2.5伏，比較器1腳輸出高電平等于電源電壓5V，當(dāng)3腳電壓低于2腳的2.5V，1腳輸出低電平等于0V，1腳輸出經(jīng)5.1K電阻連接到電壓跟隨器5腳，由7腳輸出經(jīng)R3到驅(qū)動三極管Q1放大驅(qū)動電流后流經(jīng)LED1，使LED1發(fā)光或不發(fā)光。7腳輸出5V時，LED1發(fā)光，7腳輸出0V時，LED1不發(fā)光。

R8是LED1的限流電阻。LM358 123這組運放組成電壓比較器，567這組運放組成電壓跟隨器，電壓放大0倍，也就是輸入多少，輸出就是多少。

電壓比較器是對輸入信號進行限幅和比較的電路，在測量和控制中有廣泛的應(yīng)用。利用集成運放工作在非線性區(qū)的特性，可以構(gòu)成多種電壓比較電路。

圖1是一種最簡單的單限電壓比較器，其同相輸入端接地即參考電壓為零。圖中運放處于開環(huán)狀態(tài)(沒有反饋)，由于集成運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，即使輸入端有一個非常小的差值信號，也會使輸出達到飽和值，因此集成運放工作在非線性區(qū)。集成運放工作在非線性區(qū)時，輸出電壓uo只有高電平、低電平兩種可能。當(dāng)輸入信號ui》0，則uo= ﹣UOM;當(dāng)輸入信號ui《0，則uo= + UOM。輸入信號每次經(jīng)過零點時輸出都要跳變，因而稱為過零比較器。

若電壓比較器的參考電壓不為零，而是某一數(shù)值UREF，則構(gòu)成圖2所示的一般單限電壓比較器。若將參考電壓接在反相輸入端，輸入信號接在同相輸入端，則當(dāng)輸入信號ui》 UREF，則uo= + UOM;ui《 UREF，則uo= -UOM。需要指出的是，電壓比較器中，使輸出電壓uo從高電平躍變?yōu)榈碗娖?或者從低電平躍變?yōu)楦唠娖?的輸入電壓稱為閥值電壓，或轉(zhuǎn)折電壓，記作UT。求閥值電壓方法：分析計算up和un，然后使up=un，這時所對應(yīng)的ui=UT就是。例如，圖2(a)所示電路的閥值電壓即為UT= UREF 。這種電壓比較器的特點是，輸入信號每次經(jīng)過參考電壓UREF時輸出要跳變，也稱為一般單限電壓比較器。

實際應(yīng)用中，為了限定運放輸出電壓的幅值，以便與輸出端所接負載電平相配合，一般的電壓比較器的輸出端接入雙向穩(wěn)壓管DZ進行雙向限幅，如圖3(a)所示。R是限幅電阻，當(dāng)輸入信號ui》 UREF，則uo=+UZ;當(dāng)輸入信號ui《 UREF，，則uo=-UZ，電壓傳輸特性如圖3(b)所示。

非反相比較

在非反相比較器的參考電壓施加到反相輸入電壓進行比較適用于非反相輸入。每當(dāng)進行比較的電壓(Vin)以上的參考電壓進入運放的輸出擺幅積極飽和度(V +)，和副反之亦然。實際上發(fā)生了什么是VIN和Vref(VIN - VREF)之間的差異，將是一個積極的價值和由運放放大到無窮大。由于沒有反饋電阻Rf，運放是在開環(huán)模式，所以電壓增益(AV)將接近無窮。+所以最大的可能值，即輸出電壓擺幅，V。請記住公式AV = 1 +(Rf/R1)。當(dāng)VIN低于VREF，反向發(fā)生。

反相比較

在相比較的情況下，參考電壓施加到非反相輸入和電壓進行比較適用于反相輸入。每當(dāng)輸入電壓(Vin)高于VREF，運放的輸出擺幅負飽和。倒在這里，兩個電壓(VIN-VREF)之間的差異和由運放放大到無窮大。記住公式AV = -Rf/R1。在反相模式下的電壓增益的計算公式是AV = -Rf/R1.Since沒有反饋電阻，增益將接近無窮，輸出電壓將盡可能即負，V-。

實際電壓比較器電路

一種實用的非基于UA741運放的反相比較器如下所示。這里使用R1和R2組成的分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置參考電壓。該方程是VREF =(五+ /(R1 + R2)的)×R2的。代入這個方程電路圖值，VREF = 6V。當(dāng)VIN高于6V，輸出擺幅?+12 V直流，反之亦然。從A + / - 12V直流雙電源供電電路。

使用電壓比較器LM324組成的電平測試電路

如圖所示為使用電壓比較器LM324組成的測試電路。其特點是便于檢測閾值電平的調(diào)整，可測試DTL、TTL、CMOS等多種邏輯電平。由電壓比較器的原理可知：當(dāng)同相輸入端(正端)電壓高于反相輸入端(負端)電壓時，比較器輸出高電平;反之，則輸出低電平。RP為比較電壓調(diào)整電位器，當(dāng)UIN高于設(shè)置電壓時，7腳輸出高電平，顯示1，同時小數(shù)點dp發(fā)光;UIN低于設(shè)置電壓時，1腳輸出高電平顯示0，但小數(shù)點不亮;當(dāng)檢測到高、低變化的時鐘脈沖時，若頻率很低，可見0、1交替顯示。頻率較高時，0、1變化非?？?，所以只見顯示為0，同時小數(shù)點dp發(fā)光，這種“帶點的零”即可表示檢測的是時鐘脈沖。

簡單電壓比較器電路圖：交流信號三分配放大器

此電路可將輸入交流信號分成三路輸出，三路信號可分別用作指示、控制、分析等用途。而對信號源的影響極小。因運放Ai輸入電阻高，運放A1-A4均把輸出端直接接到負輸入端，信號輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放大狀態(tài)時Rf=0的情況，故各 放大器電 壓放大倍數(shù)均為1，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。

R1、R2組成1/2V+偏置，靜態(tài)時A1輸出端電壓為1/2V+，故運放A2-A4輸出端亦為1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號，形成三路分配輸出。

簡單電壓比較器電路圖：LM324作有源帶通濾波器

許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的信號，在顯示上利用發(fā)光二極管點亮的多少來指示出信號幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質(zhì)因數(shù) ，3dB帶寬B=1/(п*R3*C)也可根據(jù)設(shè)計確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/(2пfoAoC)，R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC)，R3=2Q/(2пfoC)。上式中，當(dāng)fo=1KHz時，C取0.01Uf。此電路亦可用 于一般的選頻放大。

此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運放正輸入端既可。

3、常見電壓比較器電路

單限比較器

(a)給出了一個基本單限比較器，輸入信號Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反向輸入端接到一個參考電壓(門限電平)Ur。當(dāng)輸入電壓Uin>Ur時，輸出為高點平UOH。圖1(b)為其傳輸特性。

為某儀器中過熱檢測保護電路。它用單電源供電，1/4LM339的反相輸入端加一個固定的參考電壓，它的值取決于R1于R2。

Ur=R2/(R1+R2)×UCC

同相端的電壓就等于熱敏元件Rt的電壓降。當(dāng)機內(nèi)溫度為設(shè)定值以下時，'﹢'端電壓大于'﹣'端電壓，Uo為高電位。當(dāng)溫度上升為設(shè)定值以上時，'﹣'端電壓大于'﹢'端，比較器反轉(zhuǎn)，Uo輸出為零電位，使保護電路動作。調(diào)節(jié)R1的值可以改變門限電壓，既設(shè)定溫度值的大小。

遲滯比較器

遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。前面介紹的單限比較器，如果輸入信號Uin在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(起伏)。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。

圖3(a)給出了一個遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特”電路即是有遲滯的比較器。圖3(b)為遲滯比較器的傳輸特性。

不難看出，當(dāng)輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過ΔU之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。但隨之而來的是分辨率降低。因為對遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于ΔU的兩個輸入電壓值。

遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應(yīng)速度，這是它的一個優(yōu)點。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強，遠比電路中的寄生耦合強得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。

如果需要將一個跳變電固定在某一個參考電壓值上，可在正反饋電路中接入一個非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦?，便可實現(xiàn)上述要求。

圖5為某電磁爐電路中電網(wǎng)過電壓檢測電路部分。電網(wǎng)電壓正常時，1/4LM339的U4<2.8V，U5=2.8V，輸出開路，過電壓保護電路不工作，作為正反饋的射極跟隨器BG1是導(dǎo)通的。

當(dāng)電網(wǎng)電壓大于242V時，U4>2.8V，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出為0V，BG1截止，U5的電壓就完全決定于R1與R2的分壓值，為2.7V，促使U4更大于U5，這就使翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)極為穩(wěn)定，避免了過壓點附近由于電網(wǎng)電壓很小的波動而引起的不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

由于制造了一定的回差(遲滯)，在過電壓保護后，電網(wǎng)電壓要降到242-5=237V時，U4<u3，電磁爐才又開始工作。這正是我們所期望的。< p="">

雙限比較器

即窗口比較器。

圖6(a)電路由兩個LM339組成一個窗口比較器。當(dāng)被比較的信號電壓Uin位于門限電壓之間時(UR1<uinUR2或Uin<ur1)輸出為低電位(uo=uol)，窗口電壓Δu=ur2-ur1。它可用來判斷輸入信號電位是否位于指定門限電位之間。< p="">