[科普中国]-电压比较器

电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。

电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。

工作原理电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。

电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：

当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；

当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平；

可工作在线性工作区和非线性工作区。

工作在线性工作区时特点是虚短，虚断；

工作在非线性工作区时特点是跳变，虚断；

由于比较器的输出只有低电平和高电平两种状态，所以其中的集成运放常工作在非线性区。从电路结构上看，运放常处于开环状态，又是为了使比较器输出状态的转换更加快速，以提高响应速度，一般在电路中接入正反馈。1

功能改进简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。2

特点运放是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。2

运算放大器电压比较器运算放大器采用差分输入，而且具有较高增益，这与比较器的特性相似，所以在实际应用中可以作为低性能比较器使用。

理论上一个开环组态（无负反馈）的运放可以发挥低端比较器的作用。当正相输入端（V+）的电压高于反相输入端（V-）时，由于运放较高的开环增益，在输出端输出一个正向饱和电压+Usat。当反相输入端（V-）的电压高于正相输入端（V+）时，在输出端输出一个反向饱和电压-Usat。而对工作在线性段负反馈组态、由分离电压供电（±V）的运放而言，其传递函数可写作：，这与非线性无负反馈的比较器不同。

实践中，与使用专用比较器相比使用运放比较器有以下缺点：

运放被设计为工作在有负反馈的线性段，因此饱和的运放一般有较慢的翻转速度。大多数运放中都带有一个用于限制高频信号下压摆率的补偿电容。这使得运放比较器一般存在微秒级的传播延迟，与之相比专用比较器的翻转速度在纳秒量级。

运放没有内置迟滞电路，需要专门的外部网络以延迟输入信号。

运放的静态工作点电流只有在负反馈条件下保持稳定。当输入电压不等时将出现直流偏置。

比较器的作用为数字电路产生输入信号，使用运放比较器时需要考虑与数字电路接口的兼容性。

多节运放的不同频率间可能产生干扰。

许多运放的输入端有反向串联的二极管。运放两极的输入一般是相同的，这不会造成问题。但比较器的两极需要接入不同的电压，这就可能导致意想不到的二极管的击穿。1

本词条内容贡献者为:

刘宝成 - 副教授 - 内蒙古民族大学