電壓比較器的工作原理，電壓比較器具有什么性能特點

電壓比較器是一種常用的電子元件，其主要作用是用于比較兩個信號的電壓大小，并輸出相應(yīng)的比較結(jié)果。在電路設(shè)計中，電壓比較器有著廣泛的應(yīng)用，比如在模擬信號處理、控制系統(tǒng)等方面都扮演著重要的角色。本文將對電壓比較器的工作原理、具有什么性能特點以及應(yīng)用做一個詳細(xì)說明，感興趣的朋友可以了解一下哦。

電壓比較器的工作原理

電壓比較器的工作原理基于輸入信號與參考電壓之間的比較。電壓比較器通常有兩個輸入端，一個是待比較的信號輸入端（VIN），另一個是參考電壓輸入端（VREF）。在比較時，電壓比較器會將輸入信號和參考電壓進行比較，如果輸入信號電壓高于參考電壓，輸出高電平；如果輸入信號電壓低于參考電壓，輸出低電平。輸出電平的大小和極性取決于電路的設(shè)計和電源電壓。

當(dāng)電壓比較器的兩個輸入端的電壓不同的時候，就會產(chǎn)生一個輸出電平。輸出電平通常是一個數(shù)字信號（高電平或低電平），表示輸入信號電壓的大小與參考電壓的大小之間的關(guān)系。在某些應(yīng)用中，輸出電平可以被用作觸發(fā)器、開關(guān)控制等。

電壓比較器的特點

電壓比較器具有下面幾個特點：高精度、靈敏度高、響應(yīng)速度快、功耗低等。此外，還有一些器件具備超過輸入電壓范圍的保護功能，能有效防止電路損壞。

電壓比較器的性能

集成運放用作比較器和專用電壓比較器在本質(zhì)上沒有什么區(qū)別，兩者功能也相同，只是在設(shè)計內(nèi)部電路組成的側(cè)重點有所不同，其區(qū)別主要有兩點：

1）集成運放被設(shè)計成輸入和輸出保持線性關(guān)系，其響應(yīng)時間在數(shù)微秒的數(shù)量級，這很難適應(yīng)快速交流比較的需要。而專用電壓比較器一個重要性能指標(biāo)就是響應(yīng)時間，通常在幾址秒的數(shù)量級。如在快速比較應(yīng)用場合用通用集成運放作比較器時，就應(yīng)選擇增益帶寬積GB和壓擺率SR均大的高級集成運放。

2）專用電壓比較器基輸出高、低電平和級聯(lián)的數(shù)字電路邏輯電平匹配，無需再加接口。而對通用集成運放而言，則必須對輸出電壓采取箝位措施，以滿足數(shù)字電路邏輯電平的要求。多數(shù)專用比較器具有輸出選通功能，這也是一般運放所不需要具務(wù)的功能。圖5.4-61示出了一個專用電壓比較器的基本工作過程。

由圖5.4-61可看出電壓比較器的功能和選通信號的控制作用。從圖5.4-61知，A、B、C、D、E，各點都是比較器輸出需要響應(yīng)的翻轉(zhuǎn)點，由于A、D、E三點有選通信號，所以比較器輸出隨即翻轉(zhuǎn)。而B和C出現(xiàn)時，由于無選通信號，比較器輸出仍維持原有的狀態(tài)不變。

對電壓比較器的輸入性能的要求與通用集運算放大器的要求相同，而對其輸出的要求相當(dāng)于數(shù)字電路。常用比較器參數(shù)和性能如表5.4-11和表5.4-12所示。

電壓比較器的應(yīng)用

通?？梢允褂猛ㄓ眠\放引入正反饋即可構(gòu)成電壓比較器，例如LM358、NE5532等通用運放。相比于通用運放構(gòu)成的電壓比較器，專用電壓比較器LM339內(nèi)部集成補償電路，可以有更高的翻轉(zhuǎn)速度以及更小的電壓分辨率，比較適合高精度場合。

（1）同相輸入遲滯比較器的原理

下圖為專用運放構(gòu)成的同相輸入遲滯比較器，反向輸入端接地（反向比較電壓V-固定為0V，可以自定義為其它電壓值），同相輸入比較電壓V+大小和正反饋環(huán)節(jié)有關(guān)，這里與輸出電壓Vout和輸入電壓Vi有關(guān)。輸出端接上兩個反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管進行限幅穩(wěn)壓，R3為穩(wěn)壓二極管的保護電阻。當(dāng)同相輸入比較電壓V+大于反向輸入比較電壓V-時，V0=VCC，電流一部分通過紅色回路流向穩(wěn)壓二極管，另一部分通過綠色回路流向正反饋支路（這里是參考電流，方面后面的計算），輸出端Vout=+Vz，Vz等于二極管正向?qū)▔航岛头€(wěn)壓二極管擊穿電壓之和。當(dāng)反相輸入比較電壓V-大于同向輸入比較電壓V+時，V0=VEE，電流一部分通過藍(lán)色回路流向V0，另一部分通過綠色回路流向正反饋支路，輸出端Vout=-Vz。

計算滯回比較器的兩個閾值：對于同相輸入端由虛斷得到V+=Vi+（Vout-Vi）.R1/（R1+R2）=（Vi.R2+Vout.R1）/（R1+R2），由輸出電壓翻轉(zhuǎn)的臨界條件V+ = V- =（Vi.R2+Vout.R1）/（R1+R2）=0得到Vi = -Vout.R1/R2=±Vz.R1/R2，由此我們得到Vt+ = +Vz.R1/R2，Vt- = -Vz.R1/R2。