电压比较器

电压比较器简称比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并输出高电平或低电平，据此来判断输入信号的大小和极性。

电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换，模拟以及越限报警等许多场合。

电压比较器通常由聚成运放构成，与其他不同的是，比较器中的集成放大多处于开环或反馈状态。

只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。

在分析比较器时，虚断路原则仍成立，虚断及续地等概念仅在判断临界情况时才适应。

比较器可以利用通用集成运放组成，也可以采用专用的集成比较器组件。

对他的要求是电压幅度鉴别的准确性、稳定性、输出电压反映的快速性以及抗干扰能力等。

下面分别介绍几种比较器。

1 电平比较器（过零比较器）
通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。

有时，为了和后面的电路相连接以适应某种需要，常常希望减小比较器输出幅度，为此采用稳压管限幅。

为了使比较器输出的正向幅度和负向幅度基本相等，可将双向击穿稳压二极管接在电路的输出端或接在反馈回路中。

为了防止输出信号过大，损坏集成运放，除了在比较器的输出回路中串联接入电阻外，还可以在集成运放的两个输入端之间并联两个相互反接的二极管。

2任意电平比较器（非过零比较器）
将零电平比较器中的接地端改成一个参考电压Ur（高为直流电压），由于Ur的大小和极性均可调整，电路称为任意电平比较器或称非过零比较器。

电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差，也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低电平之间反复跳变，可能使输出状态产生误动作。

为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。

3滞回电压比较器
滞回电压比较器又称施密特触发器。

这种比较器的特点是当输入信号Ui逐渐增大或逐渐减小时，他有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。

滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。

集成运放输出端至反相输入端为开环。

输出端至同相端引入正反馈，目的是加速输入状态的跃变，使运放经过线性区过度的时间缩短。

Ur是某一个固定电压，改变Ur值能改变阈值以及回差大小。

4 窗口电压比较器
电平比较器和滞回比较器有一个共同特点，即Ui单方向变化（正向过程或负相过程）时，Uo只能跳为一次。

只能检测到一个输入信号的电平，这种比较器成为单限比较器。

双线比较器又称窗口比较器，它的特点是输入信号单方向变化，可使输出电压Uo跳变两次，其跳变特性形似窗口，称为窗口比较器。

窗口比较器提供了两个阈值和两种输出稳定状态，可用来判断Ui是否在某两个电平之间。

比如，从检查产品的角度看，可区分参数值在一定范围之内和之外的产品。

窗口比较器可用两个阈值不同的电平比较器组成。

阈值小的电平比较器采用反相输入接法，阈值大的电平比较器采用同相输入接法。

再用两只二极管将两个简单比较器的输出端引到同一点作为输出端。

窗口比较器有两个阈值，它们是Urh和Url，有两个稳定状态。

电压比较器是模拟电路与数字电路之间的过渡电路。

但通用型集成运放构成的电压比较器的高、低电平与数字电路TTL器件的高、低电平的数值相差很大，一般需要加限幅电路才能驱动TTL器件，使用不便，而且相应速度低。

采用集成电压比较器可以克服这些缺点。

5集成电压比较器
（1）集成电压比较器简介
与前面所介绍的由运放组成的比较器相比，集成电压比较器也可以输出高、低电平，但加入了电平移动和数字驱动电路，因此可与数字电路直接相连，作为A/D转换器的一个核心部件。

集成电压比较器的电路结构图如图*所示。

他主要由差动输入级、电平转换级、输出逻辑电平和控制级（具有集电极开路结构的输出级）以及偏置电路几个基本部件组成。

其特点是输出的高、低电平分别与数字电路的逻辑“1”和逻辑“0”电平相等，能与TTL\DTL\HTL\CMOS等数字电路的电平兼容，有些比较器输出还可直接驱动继电器。

而且电源的选用范围较大：单电源或双电源；电源电压在几伏至几十伏之间，使用简单方便。

目前，已有多种类型的集成电压比较器可供选用：按一个集成组建内包含的比较器数目，可分为单比较器、双比较器、四比较器等；按信号响应速度，可分为高速、中速和低速电压比较器；按集成制造工艺。

可分为双极性和CMOS型电压比较器；按性能指标，可分为精密电压比较器、高灵敏度电压比较器和低功耗、低失调电压比较器等。

（2）集成电压比较器的应用
集成电压比较器的应用十分广泛，用它可构成各种比较和判断电路，如过零比较、电平比较、窗口比较（或称双限比较）、三态比较等。

还可将电压比较器用于各种定时电路、延迟电路、波形产生电路、电平转换和驱动电路等。

《电工与电子技术》第97-101页主编王利刚中国传媒大学出版社2006年北京。