什么是比較器？

比較器是一種電子設(shè)備或電路，用于比較兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的大小或是否相等，輸出結(jié)果為二進(jìn)制信號(hào)，即0或1。比較器的工作原理是將兩個(gè)模擬信號(hào)或電壓進(jìn)行比較，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且正負(fù)符號(hào)不變時(shí)，其輸出保持恒定。

比較器是一種電子設(shè)備或電路，能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。比較器的工作原理是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。

比較器將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較，然后輸出結(jié)果為二進(jìn)制信號(hào)，即0或1。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且正負(fù)符號(hào)不變時(shí)，其輸出保持恒定。

比較器一般用于模數(shù)轉(zhuǎn)換、電壓監(jiān)測(cè)、波形分析等應(yīng)用領(lǐng)域。在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，比較器可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，例如在ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）中應(yīng)用比較器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在電壓監(jiān)測(cè)中，比較器可以監(jiān)測(cè)電壓是否超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值，例如過(guò)壓保護(hù)電路中的比較器可以監(jiān)測(cè)電源電壓是否超過(guò)安全范圍。在波形分析中，比較器可以將波形與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，例如在示波器中應(yīng)用比較器進(jìn)行波形分析。

此外，比較器也可以用于實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和數(shù)字信號(hào)處理等應(yīng)用領(lǐng)域。例如在數(shù)字信號(hào)處理中，比較器可以將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、頻譜分析等處理，從而提取出有用的信息。

接下來(lái)小編給大家分享一些典型比較器電路圖，以及簡(jiǎn)單分析它們的工作原理。

典型比較器電路圖分享

1、LM339 LDR比較器電路

使用德州儀器 (TI) 的IC LM339設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單LDR比較器電路。這是一款四路比較器IC，該電路中僅使用了該IC 的4 位內(nèi)部比較器之一。該電路采用5 伏穩(wěn)壓直流電源供電。

這里該電路的光敏元件是光檢測(cè)電阻或LDR。這只是一個(gè)光敏元件，它會(huì)根據(jù)照射在其上的光線而改變其電阻。照射在其上的光線越多，其抵抗力越低。

在上面的電路中，我們將引腳 4 連接到 LDR，電阻 R1 作為分壓電路。這是反相端子，當(dāng)光照射到 LDR 傳感器時(shí)，通過(guò)該引腳的電阻率將降低，并且引腳 4 上的電壓將升高，從而導(dǎo)致引腳 3 處輸出低電平。

我們?cè)谝_ 5 處添加了可變電阻。由于可變電阻設(shè)置為低阻值，因此引腳 5 上的電壓變高。反相端子引腳 4 需要低輸入信號(hào)以保持低于引腳 4 上的電壓以獲得更高的輸出，這意味著它被設(shè)置為低光強(qiáng)度。 LDR 上照射的光越多，其電阻就越低，輸出端的電壓就越高。每當(dāng)反相輸入端的電壓超過(guò)或低于非反相輸入端設(shè)置的閾值電壓時(shí)，比較器輸出就會(huì)改變狀態(tài)。 LDR 在黑暗中時(shí) LED 亮起。我們可以使用繼電器或蜂鳴器代替LED來(lái)將該電路投入具體應(yīng)用。

2、基于運(yùn)算放大器的電壓比較器電路圖

電壓比較器是一種比較兩個(gè)電壓并根據(jù)電壓較高者將輸出切換為高狀態(tài)或低狀態(tài)的電路。此處顯示了基于運(yùn)算放大器的電壓比較器。下圖中顯示了反相模式和非反相模式下的電壓比較器。

在同相比較器中，參考電壓施加到反相輸入，而要比較的電壓施加到同相輸入。每當(dāng)要比較的電壓 (Vin) 高于參考電壓時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出就會(huì)擺動(dòng)到正飽和 (V+)，反之亦然。實(shí)際上，Vin 和 Vref 之間的差值 (Vin – Vref) 將是一個(gè)正值，并被運(yùn)算放大器放大到無(wú)窮大。由于沒(méi)有反饋電阻器 Rf，運(yùn)算放大器處于開(kāi)環(huán)模式，因此電壓增益 (Av) 將接近無(wú)窮大。因此輸出電壓擺動(dòng)到最大可能值，即； V+。請(qǐng)記住方程式 Av = 1 + (Rf/R1)。當(dāng) Vin 低于 Vref 時(shí)，會(huì)發(fā)生相反的情況。
在反相比較器的情況下，參考電壓被施加到非反相輸入，并且要比較的電壓被施加到反相輸入。只要輸入電壓 (Vin) 高于 Vref，運(yùn)算放大器的輸出就會(huì)擺動(dòng)至負(fù)飽和。這里，兩個(gè)電壓之間的差值 (Vin-Vref) 被運(yùn)算放大器反轉(zhuǎn)并放大到無(wú)窮大。記住方程式 Av = -Rf/R1。反相模式下電壓增益的公式為Av = -Rf/R1。由于沒(méi)有反饋電阻，增益將接近無(wú)窮大，輸出電壓將盡可能為負(fù)，即； V-。

基于 uA741 運(yùn)算放大器的實(shí)用同相比較器如下所示。這里，參考電壓是使用由 R1 和 R2 組成的分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的。等式為 Vref = (V+/ (R1 + R2)) x R2。將電路圖中給出的值代入該方程可得出 Vref = 6V。只要 Vin 高于 6V，輸出就會(huì)擺動(dòng)至 ~+12V DC，反之亦然。該電路由 +/- 12V DC 雙電源供電。

3、LM311比較器電路圖

LM311比較器電路及其引腳編號(hào)如下原理圖所示。該晶體管的接地位于引腳 1 處，集電極開(kāi)路輸出位于引腳 7 處。圖中顯示，使用 1k 電阻器將邏輯電壓上拉至 +5，這是典型情況。 LM311 輸出可吸收 8 mA 電流。比較器的輸出本質(zhì)上是二進(jìn)制的，高電平或低電平。引腳 8 為 V+，引腳 4 為 V-?？傠娫措妷鹤罡呖蛇_(dá) 36V。如果比較器閾值比地高一伏左右，則 V- 可以簡(jiǎn)單地接地，如下所示。

LM311 的電源電壓不必與邏輯電源相同。如果不用作平衡調(diào)節(jié)（如運(yùn)算放大器的調(diào)零），則引腳 5 和 6 應(yīng)短接在一起。引腳 3 是反相輸入，引腳 2 是同相輸入。通常通過(guò)分壓器在引腳 2 處建立參考電壓 Vr，如圖所示。

參考電壓（閾值）約為 6 V。正反饋由輸出到引腳 2 的 100k 電阻提供。當(dāng)輸出變低時(shí)，閾值會(huì)稍微降低，而當(dāng)輸出變高時(shí)，閾值會(huì)稍微升高。它們?yōu)楸容^器提供“快速”動(dòng)作，因?yàn)檫@些變化與產(chǎn)生它們的引腳 3 處的電壓變化方向相反。閾值的分?jǐn)?shù)變化大致為并聯(lián)分壓電阻器的值除以反饋電阻器，此處為 5/100 或 0.05。這會(huì)在 5V 電源下產(chǎn)生 0.25V 的差異，稱為遲滯。

輸出從高電平變低的閾值比從低電平返回高電平的閾值高 0.25V。為了給遲滯帶來(lái)一點(diǎn)額外的影響，反饋電阻上有一個(gè) 10 pF 的小型加速電容器。這些規(guī)定的改變將是迅速而明確的。測(cè)試電路，并注意其工作原理。當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)，輸出可以點(diǎn)亮 LED，從而節(jié)省一個(gè) DMM。