对比较器的使用方法的研究

对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号0或1，当输入电压的差值增大或减小且正负符号不变时，其输出保持恒定。

在许多情况下，需要知道两个信号中哪个比较大，或者一个信号何时超出预设的电压。用运算放大器便可以容易搭建一个简单的电路实现该功能。在同相比较电路中，当输入电压超过反相电压时，输出电压将从低电平转换到高电平。在反相比较电路中，当输入电压超过加到同相端参考电压时，输出将从高电平转变为低电平。

可以将比较器当作一个1位模/数转换器（ADC）。运算放大器在不加负反馈时从原理上讲可以用作比较器，但由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号。而且，一般情况下，运算放大器的延迟时间较长，无法满足实际需求。比较器经过调节可以提供极小的时间延迟，但其频响特性会受到一定限制。为避免输出振荡，许多比较器还带有内部滞回电路。比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。

运放构成的比较器的分类有：

（1）过零电压比较器：典型的幅度比较电路。

（2）电压比较器：将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值上，就得到电压比较器。

（3）窗口比较器：电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。高电平信号的电位水平高于某规定值VH的情况，相当比较电路正饱和输出。低电平信号的电位水平低于某规定值VL的情况，相当比较电路负饱和输出。该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。

（4）滞回比较器：从输出引一个电阻分压支路到同相输入端。当输入电压VI从零逐渐增大，且VI小于VT时，比较器输出为正饱和电压，VT称为上限阀值（触发）电平。当输入电压VI>VT’时，比较器输出为负饱和电压，VT’称为下限阀值（触发）电平。

图一过零比较器接法

图二电压比较器接法

图三窗口比较器接法图

图四迟滞比较器接法

过零比较器和电压比较器皆为单门限比较器，又可分为同相输入单门限电压比较器、反相输入单门限电压比较器，如果参考电压Vref=0，则输入信号电压Vi每次过零时，输出叫产生突然的变化，这种比较器称为过零比较器。如下图所示。

图五同相比较器

图六反相比较器

图七不同参考电压下单门限比较器的输出

单门限比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。当Vi中含有噪声或干扰电压时，其输出波动大，高低电平突变，由于在Vi=Vt=Vref附近出现干扰，Vo将时而为Voh，时而为Vol，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压Vo去控制电机，将出现频繁的启停现象，这种情况是不允许的，提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。

电路组成：顾名思义，迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈，就组成具有双门限值的反相输入迟滞比较器（也叫施密特触发器）。如将Vi与Vref位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。由于正反馈作用，这种比较器的门限电压是随输出电压Vo的变化而变化的，它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了。

图八反相输入迟滞比较器电路

门限电压的估算：由于比较器中的运放处于正反馈状态，因此一般情况下，输出电压Vo与输入电压Vi不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端的电压才可近似认为等于零，即VID=0或Vp=Vn=Vi是输出电压Vo转换的临界条件，当Vi>Vp，输出电压Vo为低电平Vol；反之，Vo为高电平Voh。显然，这里的Vp值实际就是门限电压VT。设运放是理想的，由叠加原理，对上图有：

根据输出电压Vo的不同值（Voh或Vol），可分别求出上门限电压Vt+和下门限电压Vt-分别为：

和

门限宽度或回差电压为：

传输特性：

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