比較器,比較器原理是什么?

比較器(comparator)
　　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)系及排列順序稱為比較。
　　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。比較器的兩路輸 入為模擬信號(hào)，輸出則為二進(jìn)制信號(hào)，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí)，其輸出保持恒定。因此，也可以將其當(dāng)作一個(gè)1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。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，一般情況下，運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間較長(zhǎng)，無法滿足實(shí)際需求。比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時(shí)間延遲，但其頻響特性會(huì)受到一定限制。為避免輸出振蕩，許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路。比較器的閾值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾值。

電壓比較器電路圖

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。常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器，具有滯回特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾值。

1.1 固定幅度比較器

(1)過零比較器和電壓幅度比較器

過零電壓比較器是典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖14.01所示。

(a) 電路圖 (b) 電壓傳輸特性

圖1 過零電壓比較器

將過零比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)固定電壓值 上，就得到電壓比較器，電路如圖14.02所示。調(diào)節(jié) 可方便地改變閾值。

(a) 電路圖 (b)電壓傳輸特性

圖2 固定電壓比較器

(2)比較器的基本特點(diǎn)

工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。

開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

非線性，因是大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。

1.2 滯回比較器

從輸出引一個(gè)電阻分壓支路到同相輸入端，電路如圖14.03(a)所示電路。

(a) 電路圖 (b) 傳輸特性

圖3 滯回比較器電路圖

當(dāng)輸入電壓vI從零逐漸增大，且 時(shí)， ， 稱為上限閥值（觸發(fā)）電平。

當(dāng)輸入電壓 時(shí)， 。此時(shí)觸發(fā)電平變?yōu)?， 稱為下限閥值（觸發(fā)）電平。

當(dāng) 逐漸減小，且 以前， 始終等于 ，因此出現(xiàn)了如圖14.03(b)所示的滯回特性曲線。

回差電壓 ：

14.1.3 窗口比較器

窗口比較器的電路如圖14.04所示。電路由兩個(gè)幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。設(shè)R1 =R2，則有

窗口比較器的電壓傳輸特性如圖14.05所示。當(dāng)vI>VH時(shí)，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vo2為低電平，D4截止，vO= vO1。

當(dāng)vI< VL時(shí)，vO2為高電平，D4導(dǎo)通；vO1為低電平，D3截止，vO= vO2。

當(dāng)VH>vI> VL時(shí)，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO=低電平。

高電平信號(hào)的電位水平高于某規(guī)定值VH的情況，相當(dāng)比較電路正飽和輸出。

低電平信號(hào)的電位水平低于某規(guī)定值VL的情況，相當(dāng)比較電路負(fù)飽和輸出。

該比較器有兩個(gè)閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。

圖4 窗口比較器 圖5 窗口比較器的傳輸特性

14.1.4 比較器的應(yīng)用

比較器主要用來對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，可以將正弦波或任意不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出,其原理如圖14.06所示。

(a) 電壓比較器 (b) 正弦波變換為矩形波

圖6 用比較器實(shí)現(xiàn)波形變換