lm358電壓比較器

　　電壓比較器是對輸入信號進行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發生電路的基本單元電路。電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器。

　　電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小（用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系）：

　　當”+”輸入端電壓高于”-”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平;

　　當”+”輸入端電壓低于”-”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平;

　　電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數字電路的接口，還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變為同頻率的方波或矩形波。

　　它可用作模擬電路和數字電路的接口，還可以用作波形產生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變為同頻率的方波或矩形波。簡單的電壓比較器結構簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。

　　運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數”，比如放大倍數，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關（高低電平）量。一般應用中，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，構成電壓比較器來使用。

　　所有的運算放大器。常見的有LM324 LM358 uA741 TL081234 OP07 OP27，這些都可以做成電壓比較器（不加負反饋）。LM339、LM393是專業的電壓比較器，切換速度快，延遲時間小，可用在專門的電壓比較場合，其實它們也是一種運算放大器。

　　lm358電壓比較器原理

　　圖一所示為一最簡單的電壓比較器，UR為參考電壓，加在運放的同相的輸入端，輸入電壓ui加在反相的輸入端。（a）電路圖（b）傳輸特性當Ui〈UR時，放輸出高電平，穩玉管Dz反向穩壓工作。輸出端電位被其箝位在穩壓管的穩定電壓UZ，即uO=一UZ

　　當Ui〉UR時，運放輸出低電平，Dz正向導通，輸出電壓等于穩壓管的正向壓降UD，即uo=一UD因此，以UR為界，當輸入電壓ui變化時，輸出端反映出兩種狀態，高電位和低電位。

　　表示輸出電壓與輸入電壓之間關系的特性曲線，稱為傳輸特性。圖3一1（b）為（a）圖比較器的傳輸特性。常用的電壓比較器有過零電壓比較器、具有滯回特性的過零比較器、滯回電壓比較器，窗口（雙限） 電壓比較器。LM339常用來構成各種電壓比較器。

　　圖1（a）是比較器，它有兩個輸入端： 同相輸入端（“+”端） 及反相輸入端（“_”端），有一個輸出端Vout（輸出電平信號）。另外有電源V+及地（這是個單電源比較器），同相端輸入電壓VA，反相輸入VB。VA和VB的變化如圖1（b）所示。在時間0~t1時，VA〉VB; 在t1~t2時，VB〉V在t2~t3時，VA〉VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1（c）所示： VA;A〉VB時，Vout輸出高5電平（飽和輸出）; VB〉VA時，Vout輸出低電平。根據輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。如果把VA輸入到反相端，VB輸入到同相端，VA及VB的電壓變化仍然如圖1（b）所示，則Vout輸出如圖1（d）所示。與圖1（c）比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與VA、VB的輸入立有關。

　　圖2（a） 是雙電源（正負電源）供電的比較器。如果它的VA、VB輸入電壓如圖1（b）那樣，它的輸出特性如圖2（b）所示。VB》VA時，Vout輸出飽和負電玉。

　　如果輸入電壓VA與某一個固定不變的電壓VB相比較，如圖3（a）所示。此VB稱為參考電壓、基準電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0V（地電平），如圖3（b）所示，它一般用作過零檢測。

　　電壓比較器是由運算放大器發展而來的，電壓比較器電路可以看作是運算放大器的一種應用電路。由于電壓比較器電路應用較為廣泛，所以開發出了專門］的電壓比較器集成電路。圖4（a）由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓Vout與VA.VB 及4個電的關系式為： Vout=（1+RF/R1）-R3/（R2+RF/R1為放大器的R3）VA-（RF/R1）VB。巖R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1（VA-VB），增益。

　　當R1=R2=0（相當于R1、R2知路），R3=RF=0（相當于R3、RF開路）時，Vout=oo增益成為無窮大，其電路圖就形成圖4（b）的樣子，差分放大器處于開環狀態，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環狀態時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。從圖4中可以看出，比較器電路就是一一個運算放大器電路處于開環狀態的差分放大器電路。同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中RF=o，R1=0時，它就變成與圖3（b）一樣的比較器電路了。

　　電壓比較器與運放的差別

　　運放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運放的開環增益更高，輸入失調電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高（使比較器響應速度更快）。另外，電壓比較器的輸出級常用集電極開路結構，如圖6所示，它外部需要接一個上拉電阻或者直接驅動不同電源電壓的負載，應用上更加靈活。但也有一些比較器為互補輸出，無需上拉電阻。

　　如精度、響應速度、傳播延遲時這里順便要指出的是，比較器電路本身也有技術指標要求，間、靈敏度等，大部分參數與運放的參數相同。在要求不高時可采用通用運放來作比較器電路。如在A/D變換器電路中要求采用精密比較器電路。由于比較器與運放的內部結構基本相同，其大部分參數（電特性參數）與運放的參數項基本一樣（如輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入偏置電流等）。

　　由此我們可以總結出以下結論：

　　電壓比較器的輸出端由低電平轉換到高電平，或從高電平轉換到低電平需要一定的時間（決定電壓比較器的瞬態響應），其次由于電壓比較器的時，增益是有限的，并且存在失調電壓，因此它的輸入端將出現不確定電壓，該不確定電壓將直接影響電壓比較器的靈敏度（對輸入電壓判別的靈敏度）。對于高性能的電壓比交器來說，應具有高的開環增益A、低的失周電壓和高的壓擺率。顯然，一般的運算放大器如果工作在開環狀態，也可以作為電壓比較器之用。但在運放電路設計時，著重考慮其輸出與輸入之間的線性傳輸特性以及頻率補償的穩定性。因此，運放的響應時間和延遲時間往往不是很大，開環增益也不是很高。

　　若需要高速或高靈敏度的電壓比較器，采用運放來代替電壓比較器，在要求比較高的設計中通常是不合適的，而需要根據具體的要求設計電壓比較器。在設計電壓比較器時，其直流特性的設計原則基本上與運放電路一致，而頻率特性的設計與運放電路不同，通常電壓比較器在開環條件下工作，因此在電路內部不需要考慮放大器閉環穩定工作的頻率補償。

　　一般的電壓比較器采用四級結構，前兩級和差分運算放大器基本相同，只是把運放中的補償電容去掉，后兩級使用CMOS反向器，這里的CMOS反向器的作用需要作一下說明：前一個反向器（電壓比較器的第三級）并不是工作在高低電平狀態，而是工作在傳輸特性曲線中的轉折區（接近闡值電壓）。被當做放大器使用，對差分信號起放大作用;后一個反向器（電壓比較器的第四級）在反向的同時，使電壓達到滿幅輸出。