1、电压比较器电路的原理

摘要：本文主要介绍了电压比较器电路的原理、应用、设计和性能分析。首先，对电压比较器电路进行了简单概述，然后从四个方面详细阐述了其工作原理、常见应用场景、设计考虑因素以及性能分析。通过本文的阐述，读者可以更好地理解和应用电压比较器电路。

1、工作原理

在这一部分中，我们将介绍电压比较器的基本工作原理。首先讲解了基于差动放大器的比较器结构，并详细说明了输入信号与参考信号之间的比较过程。接着讨论了几种常见的比较方式，如单端输入模式和差分输入模式，并对它们进行了对比和分析。

2、常见应用场景

在这一部分中，我们将探讨一些典型的应用场景，在实际生活中广泛使用到电压比较器电路。例如，在自动控制系统中使用宽限时间窗口来检测传感器输出是否超出预定范围;在模拟信号处理领域使用零漂校正技术来提高精度等等。通过这些实际应用案例，读者可以更好地理解电压比较器电路的实际应用价值。

3、设计考虑因素

在这一部分中，我们将讨论设计电压比较器电路时需要考虑的关键因素。首先介绍了输入偏置和输入失调等参数对比较器性能的影响，并提供了相应的设计方法和技巧。接着讲解了功耗、速度和输出驱动能力等方面的设计注意事项，并给出了一些实际案例来说明如何优化比较器电路的性能。

4、性能分析

在这一部分中，我们将对电压比较器电路进行性能分析。首先介绍了常见的指标参数，如增益、带宽和响应时间等，并详细说明它们之间的关系以及对系统整体性能的影响。接着讨论了噪声与抗干扰技术，在高精度测量系统中起到重要作用，并提供了相关算法和方法。

总结：

通过本文对于电压比较器电路原理、应用、设计和性能分析方面内容进行详细阐述，读者可以更好地理解和应用电压比较器电路。同时，本文还提供了一些实际案例和设计技巧，帮助读者更好地进行电压比较器电路的设计和优化。

2、简单电压比较器电路图大全

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;

LM358 2脚接两只2K电阻从5V分得2.5电压作为参考电压，3脚接10K电阻得到0-5V电压来作比较电压，当3脚电压高于2.5伏，比较器1脚输出高电平等于电源电压5V，当3脚电压低于2脚的2.5V，1脚输出低电平等于0V，1脚输出经5.1K电阻连接到电压跟随器5脚，由7脚输出经R3到驱动三极管Q1放大驱动电流后流经LED1，使LED1发光或不发光。7脚输出5V时，LED1发光，7脚输出0V时，LED1不发光。

R8是LED1的限流电阻。LM358 123这组运放组成电压比较器，567这组运放组成电压跟随器，电压放大0倍，也就是输入多少，输出就是多少。

电压比较器是对输入信号进行限幅和比较的电路，在测量和控制中有广泛的应用。利用集成运放工作在非线性区的特性，可以构成多种电压比较电路。

图1是一种最简单的单限电压比较器，其同相输入端接地即参考电压为零。图中运放处于开环状态(没有反馈)，由于集成运放开环电压放大倍数很高，即使输入端有一个非常小的差值信号，也会使输出达到饱和值，因此集成运放工作在非线性区。集成运放工作在非线性区时，输出电压uo只有高电平、低电平两种可能。当输入信号ui》0，则uo= ﹣UOM;当输入信号ui《0，则uo= + UOM。输入信号每次经过零点时输出都要跳变，因而称为过零比较器。

若电压比较器的参考电压不为零，而是某一数值UREF，则构成图2所示的一般单限电压比较器。若将参考电压接在反相输入端，输入信号接在同相输入端，则当输入信号ui》 UREF，则uo= + UOM;ui《 UREF，则uo= -UOM。需要指出的是，电压比较器中，使输出电压uo从高电平跃变为低电平(或者从低电平跃变为高电平)的输入电压称为阀值电压，或转折电压，记作UT。求阀值电压方法：分析计算up和un，然后使up=un，这时所对应的ui=UT就是。例如，图2(a)所示电路的阀值电压即为UT= UREF 。这种电压比较器的特点是，输入信号每次经过参考电压UREF时输出要跳变，也称为一般单限电压比较器。

实际应用中，为了限定运放输出电压的幅值，以便与输出端所接负载电平相配合，一般的电压比较器的输出端接入双向稳压管DZ进行双向限幅，如图3(a)所示。R是限幅电阻，当输入信号ui》 UREF，则uo=+UZ;当输入信号ui《 UREF，，则uo=-UZ，电压传输特性如图3(b)所示。

非反相比较

在非反相比较器的参考电压施加到反相输入电压进行比较适用于非反相输入。每当进行比较的电压(Vin)以上的参考电压进入运放的输出摆幅积极饱和度(V +)，和副反之亦然。实际上发生了什么是VIN和Vref(VIN - VREF)之间的差异，将是一个积极的价值和由运放放大到无穷大。由于没有反馈电阻Rf，运放是在开环模式，所以电压增益(AV)将接近无穷。+所以最大的可能值，即输出电压摆幅，V。请记住公式AV = 1 +(Rf/R1)。当VIN低于VREF，反向发生。

反相比较

在相比较的情况下，参考电压施加到非反相输入和电压进行比较适用于反相输入。每当输入电压(Vin)高于VREF，运放的输出摆幅负饱和。倒在这里，两个电压(VIN-VREF)之间的差异和由运放放大到无穷大。记住公式AV = -Rf/R1。在反相模式下的电压增益的计算公式是AV = -Rf/R1.Since没有反馈电阻，增益将接近无穷，输出电压将尽可能即负，V-。

实际电压比较器电路

一种实用的非基于UA741运放的反相比较器如下所示。这里使用R1和R2组成的分压器网络设置参考电压。该方程是VREF =(五+ /(R1 + R2)的)×R2的。代入这个方程电路图值，VREF = 6V。当VIN高于6V，输出摆幅?+12 V直流，反之亦然。从A + / - 12V直流双电源供电电路。

使用电压比较器LM324组成的电平测试电路

如图所示为使用电压比较器LM324组成的测试电路。其特点是便于检测阈值电平的调整，可测试DTL、TTL、CMOS等多种逻辑电平。由电压比较器的原理可知：当同相输入端(正端)电压高于反相输入端(负端)电压时，比较器输出高电平;反之，则输出低电平。RP为比较电压调整电位器，当UIN高于设置电压时，7脚输出高电平，显示1，同时小数点dp发光;UIN低于设置电压时，1脚输出高电平显示0，但小数点不亮;当检测到高、低变化的时钟脉冲时，若频率很低，可见0、1交替显示。频率较高时，0、1变化非常快，所以只见显示为0，同时小数点dp发光，这种“带点的零”即可表示检测的是时钟脉冲。

简单电压比较器电路图：交流信号三分配放大器

此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高，运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时Rf=0的情况，故各 放大器电 压放大倍数均为1，与分立元件组成的射极跟随器作用相同。

R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形成三路分配输出。

简单电压比较器电路图：LM324作有源带通滤波器

许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率 ，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数 ，3dB带宽B=1/(п*R3*C)也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/(2пfoAoC)，R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC)，R3=2Q/(2пfoC)。上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用 于一般的选频放大。

此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。

3、常见电压比较器电路

单限比较器

(a)给出了一个基本单限比较器，输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反向输入端接到一个参考电压(门限电平)Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高点平UOH。图1(b)为其传输特性。

为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。

Ur=R2/(R1+R2)×UCC

同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，'﹢'端电压大于'﹣'端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，'﹣'端电压大于'﹢'端，比较器反转，Uo输出为零电位，使保护电路动作。调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。

迟滞比较器

迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动(起伏)。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。

图3(a)给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图3(b)为迟滞比较器的传输特性。

不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。

迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。

如果需要将一个跳变电固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。

图5为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U4<2.8V，U5=2.8V，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器BG1是导通的。

当电网电压大于242V时，U4>2.8V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。

由于制造了一定的回差(迟滞)，在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4<u3，电磁炉才又开始工作。这正是我们所期望的。< p="">

双限比较器

即窗口比较器。

图6(a)电路由两个LM339组成一个窗口比较器。当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时(UR1<uinUR2或Uin<ur1)输出为低电位(uo=uol)，窗口电压Δu=ur2-ur1。它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。< p="">