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微信公眾平臺(tái)獲取碼：''比較器''，關(guān)注著名的PCB哥微信公眾平臺(tái),，回復(fù)上述獲取碼即可快速獲取本文 在一些電路中,，我們經(jīng)常需要對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行比較，比如比較常見(jiàn)的對(duì)兩路輸入電壓進(jìn)行比較,，為了完成這一過(guò)程,，我們便會(huì)用到比較器芯片，而對(duì)于比較器,，你知道多少呢,？今天，著名的PCB哥帶你深入了解關(guān)于“比較器”的那些事,。  關(guān)于比較器的作用,，通俗地說(shuō)，是對(duì)兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行比較,，以確定它們是否相等,，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序進(jìn)行比較。 而能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器,。比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路,。 比較器是一種得到廣泛使用的電路元件。實(shí)際上我們可以將比較器看作是增益非常高的運(yùn)算放大器，它可以放大輸入端很小的差分信號(hào),，并驅(qū)動(dòng)輸出端切換到兩個(gè)輸出狀態(tài),。比較器的兩路輸入為模擬信號(hào)，輸出則為二進(jìn)制信號(hào),，而當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí),，其輸出保持恒定。從這一角度來(lái)看,，也可以將比較器當(dāng)作一個(gè)1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),。 比較器的分類 比較器的分類主要有：電壓比較器、單線比較器,、遲滯比較器,、雙限比較器（窗口比較器）。 總體歸納有兩種： 1,、模擬比較器：將模擬量與一標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,，當(dāng)高于該值時(shí)，輸出高(或低)電平,。反之,，則輸出低(或高)電平。例如,，將一溫度信號(hào)接于運(yùn)放的同相端,，反相端接一電壓基準(zhǔn)(代表某一溫度)，當(dāng)溫度高于基準(zhǔn)值時(shí),，運(yùn)放輸出高電平,，控制加熱器關(guān)閉，反之當(dāng)溫度信號(hào)低于基準(zhǔn)值時(shí),，運(yùn)放輸出低電平,，將加熱器接通。這一運(yùn)放就是一個(gè)簡(jiǎn)單的比較器,，因?yàn)檩斎肱c輸出同相,，稱為同相比較器。有的模擬比較器具有遲滯回線,，稱為遲滯比較器,，用這種比較器，有助于消除寄生在信號(hào)上的干擾,。 2,、數(shù)字比較器：用來(lái)比較二組二進(jìn)制數(shù)是否相同，相同時(shí)輸出(或低)高電平,，反之,，則輸出相反的電平,。最簡(jiǎn)單的數(shù)字比較器是一位二進(jìn)制數(shù)比較器，例如一個(gè)異或門(mén)(或同或門(mén)),。 比較器的工作原理 比較器采用集成電路原理,，它是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來(lái)的,，比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路,。 圖1(a)由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2,、R3分壓后接在同相端,，VB通過(guò)輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻,，若不考慮輸入失調(diào)電壓,，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個(gè)電阻的關(guān)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(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于R1、R2短路),，R3=RF=∞(相當(dāng)于R3,、RF開(kāi)路)時(shí)，Vout=∞,。增益成為無(wú)窮大,，其電路圖就形成圖1(b)的樣子，差分放大器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài),，它就是比較器電路,。實(shí)際上，運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí),，其增益并非無(wú)窮大,，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓,，也不可能是無(wú)窮大,。 從圖1中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)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(shí),，它就變成與圖3(b)一樣的比較器電路了,。圖2中的Vin相當(dāng)于圖3(b)中的VA,。   比較器的經(jīng)典應(yīng)用 過(guò)零比較器 過(guò)零比較器被用于檢測(cè)一個(gè)輸入值是否是零,。原理是利用比較器對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較,。兩個(gè)輸入電壓一個(gè)是參考電壓Vr，一個(gè)是待測(cè)電壓Vu,。一般Vr從正相輸入端接入,，Vu從反相輸入端接入,。根據(jù)比較輸入電壓的結(jié)果輸出正向或反向飽和電壓。當(dāng)參考電壓已知時(shí)就可以得出待測(cè)電壓的測(cè)量結(jié)果,，參考電壓為零時(shí)即為過(guò)零比較器,。 用比較器構(gòu)造的過(guò)零比較器存在一定的測(cè)量誤差。當(dāng)兩個(gè)輸入端的電壓差與開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)之積小于輸出閾值時(shí)探測(cè)器都會(huì)給出零值,。例如,，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為106，輸出閾值為6v時(shí)若兩輸入級(jí)電壓差小于6微伏探測(cè)器輸出零,，這也可以被認(rèn)為是測(cè)量的不確定度,。 弛張振蕩器 比較器可以用于構(gòu)造弛張振蕩器，其中同時(shí)應(yīng)用到了正反饋和負(fù)反饋,。正反饋是一個(gè)施密特觸發(fā)器,，這樣組成了一個(gè)多諧振蕩器。而RC電路在其中增加了負(fù)反饋,，導(dǎo)致電路開(kāi)始自發(fā)振蕩,，使整個(gè)電路從鎖存器變成了弛張振蕩器。 電平轉(zhuǎn)換使用漏極開(kāi)路的比較器（例如LM393,、 TLV3011和MAX9028）可以構(gòu)造電平轉(zhuǎn)換器,，用于改變信號(hào)電壓。選擇適當(dāng)?shù)纳侠妷嚎梢造`活地選擇轉(zhuǎn)換的電壓值,。例如使用MAX972比較器可以把±5V的信號(hào)轉(zhuǎn)換成3V信號(hào),。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 比較器的作用是比較一個(gè)輸入信號(hào)是否高于某一給定值，因此可以將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào),。包括ΔΣ調(diào)制在內(nèi)的幾乎所有的數(shù)模轉(zhuǎn)換器都含有比較器,，用于對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行量化。 比較器常見(jiàn)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施 常見(jiàn)的有LM324,、LM358,、uA741、TL081\2\3\4,、OP07,、OP27，這些都可以做成電壓比較器（不加負(fù)反饋）,。LM339,、LM393是專業(yè)的電壓比較器,，切換速度快，延遲時(shí)間小,，可用在專門(mén)的電壓比較場(chǎng)合,，其實(shí)它們也是一種運(yùn)算放大器。 比較器,，實(shí)際上可以看作是增益非常高的運(yùn)算放大器,，以至于無(wú)法穩(wěn)定在中間放大區(qū)。所以比較器在使用中常出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：電壓達(dá)到轉(zhuǎn)換的邊緣時(shí),，常?？焖偻〝啵耠娾從菢涌焖偻〝?。如果這電路是帶動(dòng)繼電器的，就會(huì)造成觸點(diǎn)抖動(dòng)通斷,，很快就會(huì)被燒蝕,。想要解決這個(gè)問(wèn)題，只要加上“回差電路”即可,。  舉個(gè)例子,，假如LM339在輸出端到負(fù)相輸入端之間，接上電阻,，進(jìn)行負(fù)反饋,，降低它的增益，就可當(dāng)運(yùn)算放大器使用,。假如在輸出端到正相輸入端接上電阻,，進(jìn)行正反饋，這就構(gòu)成了“回差電路”,。而關(guān)于回差作用,，我們可以這樣理解：首先在正相端加上5V，作為比較電壓,，而負(fù)相端從0V開(kāi)始上升,。負(fù)相端還未達(dá)到5V時(shí)，輸出端“順壓1”,，為高電平,。 負(fù)相端升到5V后，再超過(guò)10mV時(shí),，輸出端“逆壓0”,，立刻翻轉(zhuǎn)為0V。這樣便是一個(gè)帶回差的比較器（又叫“施密特觸發(fā)器” ）,，輸出端到正相端接有回差電阻,?；夭铍娮杈褪钦答侂娮瑁敵龆穗妷航禐?V后,，經(jīng)過(guò)正反饋電阻,，使原先設(shè)置的5V電壓隨之降低，比如降到4.7V,。這等于把負(fù)相端的電壓瞬間加高了0.3V,，形成深深的“逆壓0”，輸出端就牢牢地停在0V上,，即使有什么電壓波動(dòng),，也不會(huì)翻轉(zhuǎn)顫動(dòng)。如果想要讓輸出端翻回到“順壓1”上,，負(fù)相端降回到5V是不行的,，需要降到4.7V再降10mV才能翻轉(zhuǎn)為1?；夭铍娐?，就好像加大翻轉(zhuǎn)電壓的保險(xiǎn)系數(shù)一樣，使電路工作可靠,，通斷分明,，不會(huì)抖動(dòng)?；夭钭饔玫拇笮?，可以改變回差電阻的數(shù)值來(lái)調(diào)整。電阻值減小,，回差作用增大,。但如果回差電阻大小，電路就不穩(wěn)了,，而一般情況下也不需要過(guò)于大的回差,。 比較器與運(yùn)算放大器的區(qū)別 上面說(shuō)的那么多比較器與運(yùn)算放大器的相似點(diǎn)，那么我們現(xiàn)在要說(shuō)一下比較器與運(yùn)算放大器之間的區(qū)別了,，小伙伴們千萬(wàn)不要搞混了哦~ 1,、運(yùn)算放大器在不加負(fù)反饋時(shí)，從原理上講可以用作比較器,，但由于運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益非常高,，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號(hào)。而且,，在這種情況下,，運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間比比較器慢許多，而且也缺少一些特殊功能,，如：滯回,、內(nèi)部基準(zhǔn)等,。比較器通常不能用作運(yùn)算放大器，比較器經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)可以提供極小的時(shí)間延遲,，但其頻響特性受到一定限制,，運(yùn)算放大器正是利用了頻響修正這一優(yōu)勢(shì)而成為靈活多用的器件。另外,，許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路,，這避免了輸出振蕩，但同時(shí)也使其不能當(dāng)作運(yùn)算放大器使用,。 2,、比較器與運(yùn)算放大器工作在同樣的電源電壓，傳統(tǒng)的比較器需要±15V等雙電源供電或高達(dá)36V的單電源供電,，這些產(chǎn)品在工業(yè)控制中仍有需求,，許多廠商也仍在提供該類產(chǎn)品。但是,，從市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)看,，大多數(shù)應(yīng)用需要比較器工作在電池電壓所允許的單電源電壓范圍內(nèi)，而且,，比較器必須具有低電流、小封裝,，有些應(yīng)用中還要求比較器具有關(guān)斷功能,。例如：MAX919、MAX9119和MAX9019比較器可工作在1.6V或1.8V至5.5V電壓范圍內(nèi),，全溫范圍內(nèi)的最大吸入電流僅為1.2μA/1.5μA,，采用SOT23、SC70封裝,，類似的MAX965和MAX9100比較器工作電壓可低至1.6V,，甚至1.0V，因而非常適合電池供電的便攜式產(chǎn)品,。 上面描述的關(guān)于比較器的一些事,，歡迎廣大電子DIY愛(ài)好者和技術(shù)宅的小伙伴留言交流，共同進(jìn)步,！ |
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