在電子產(chǎn)品中，比較器用于比較在比較器兩個輸入端給出的兩個電壓或電流。這意味著它需要兩個輸入電壓，然后將它們進行比較并給出一個差分輸出電壓，無論是高電平還是低電平信號。

    比較器用于檢測任意變化的輸入信號何時達到參考電平或定義的閾值電平，可以通過使用二極管、晶體管、運算放大器等各種組件來設(shè)計，主要用于驅(qū)動邏輯電路的許多電子應(yīng)用中。

    在本文中，小編將簡單介紹下運算放大器用作比較器的工作原理和電路圖。當然，首先需要了解的是運算放大器和比較器電路。

    運算放大器電路

    由兩個輸入端組成的高增益直流耦合電子電壓放大器如下圖所示，差分輸入被饋送到運算放大器的兩個輸入端（反相輸入端和同相輸入端），并在Vout端產(chǎn)生單個輸出電位。因此，饋送到其兩個輸入端的電位差被放大以產(chǎn)生放大的輸出。這個放大的輸出等于輸入信號之間數(shù)十萬倍的差異。

    放大器的輸出可以用公式表示為：

    Vout=AOL(V+–V-)

    其中，AOL是放大器的開環(huán)增益，V+是放大器的同相輸入，V-是放大器的反相輸入。

    即使有各種類型的運算放大器，但LM741幸好運算放大器經(jīng)常用作幾個電子電路中的比較器電路。

    當仔細觀察比較器符號時，如何辨認它是不是運算放大器（OperationalAmplifier）符號，，也就是說，這個比較器與運算放大器的區(qū)別是什么？

    其實，運算放大器設(shè)計用于接受模擬信號并輸出模擬信號，而比較器僅將輸出作為數(shù)字信號；雖然可以使用普通運算放大器作為比較器，如果將二極管或晶體管添加到放大器的輸出中，則運算放大器通?？梢杂米麟妷罕容^器），但與多用途運算放大器相比，真正的比較器被設(shè)計為具有更快的開關(guān)時間。因此，可以說比較器是專門設(shè)計用于提供數(shù)字輸出的運算放大器的修改版本。

    比較器電路圖

    比較器設(shè)備由兩個輸入端子組成，其中參考輸入信號被饋送到一個端子，信號的實際值被饋送到另一個端子。然后，基于饋送到兩個輸入端的兩個輸入信號之間的差異，在輸出端產(chǎn)生一個輸出信號。此生成的輸出信號為0（低）或1（高）。

    在電氣和電子術(shù)語中，用于比較饋入兩個模擬輸入端子的兩個電壓信號或電流信號，從而產(chǎn)生一個二進制數(shù)字輸出信號以指示較大輸入信號的設(shè)備稱為比較器電路。

    在上述比較器電路中，兩個模擬輸入端分別表示為V+(Vin)和V-(Vref)。數(shù)字輸出在輸出端V0(Vout)產(chǎn)生。比較器電路的輸出信號由下式給出：

    如果V+>V-（Vin大于Vref），則V0=1，果V+<V-（Vin小于Vref），則V0=0。

    通常情況下，比較器用于諸如張弛振蕩器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）等設(shè)備中，也用于測量模擬信號的設(shè)備中。比較器由高增益差分放大器組成，可以使用運算放大器作為比較器電路。

    比較器一般分為電氣比較器、電子比較器、機械比較器、光學比較器、sigma比較器、氣動比較器、數(shù)字比較器等多種類型。這些比較器電路通常用于設(shè)計電氣和電子項目。

    運算放大器作為比較器

    運算放大器，可在許多電子電路中用作比較器電路。例如，考慮一個溫控開關(guān)；然后根據(jù)溫度進行切換操作。如果實際溫度值超過預設(shè)的參考溫度值，則溫度傳感器相應(yīng)地產(chǎn)生輸出電壓（低或高）。

    如果只考慮基本的比較器布置，那么就會有由噪聲引起的高頻電壓變化。在特別設(shè)計為比較器電路的運算放大器的情況下，需要考慮這個問題。只要輸入電壓信號和參考電壓信號彼此接近，就會產(chǎn)生這種噪聲。

    高頻電壓變化是由于噪聲的隨機性引起的，輸入信號電壓會快速連續(xù)地大于或小于參考電壓。因此，輸出信號將在其最大電壓電平和最小電壓電平之間振蕩。這個問題可以通過應(yīng)用滯后來減少。當然，也可以通過使用正反饋將遲滯應(yīng)用于運算放大器比較器電路來調(diào)整施密特觸發(fā)器電路布置中的遲滯間隙。如上圖所示，將運算放大器顯示為具有遲滯的比較器電路。

    運算放大器作為比較器電路的工作過程

    一般而言，運算放大器的輸出會在正負波動到一個大約等于電源電位的極端電壓。例如，某運算放大器連接到+/-18V，則最大輸出電壓為+/-15V。這是由于運算放大器的極高開環(huán)增益（10,000到100萬）。因此，如果任何輸入產(chǎn)生+/-150微伏的電壓差，那么它將被放大大約一百萬倍，并且輸出被驅(qū)動到飽和狀態(tài)。因此，輸出保持在其最大值或最小值。

    在儀表中使用運算放大器作為比較器時，開環(huán)可用于比較兩個電壓。因此，根據(jù)輸入電壓值與參考電壓值之間的差異，輸出Vout將等于最大高值或最小低值（輸入電壓值將大于或小于參考電壓值幾微伏）。

    參考電壓被饋送到運算放大器的非反相輸入端，可變電壓被饋送到運算放大器的反相輸入端?？紤]上圖中所示的運算放大器比較器電路圖，如果饋入引腳2的電壓大于饋入引腳3的參考電壓，則輸出電壓變低并略大于–Vs。如果饋入引腳2的電壓小于饋入引腳3的參考電壓，則輸出電壓會變高并且略低于+Vs。

    有許多運算放大器專用于比較器操作，這些運算放大器比較器電路用于高速比較，而且這些運算放大器比較器電路的輸出狀態(tài)在不到1微秒內(nèi)發(fā)生變化。但是，這些高速比較運算放大器比較器電路消耗更多功率，具體取決于比較速度。

    根據(jù)比較的速度和功耗的大小，這些比較器分為不同的類型，特定的運算放大器比較器可用于特定應(yīng)用。

    運算放大器作為比較器應(yīng)用示例

    1、使用Arduino項目的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)旨在開發(fā)一種自動灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過感應(yīng)土壤水分含量來控制泵電機的開關(guān)操作（開和關(guān)）。

    感應(yīng)裝置感應(yīng)土壤的水分，并向Arduino板提供適當?shù)男盘?。這是使用運算放大器作為比較器電路來實現(xiàn)的，該電路充當傳感裝置和微控制器之間的接口。基于從傳感裝置接收到的信號，水泵運行。LCD顯示屏用于顯示土壤含水量和水泵狀態(tài)。

    2、煙霧報警器電路，光電二極管發(fā)射的光被光電晶體管Q1和Q2檢測到，頂部區(qū)域是密封的，因此晶體管Q1的工作點不會改變，所以該工作點用作比較器的參考。

    當煙霧進入下部區(qū)域時，光電晶體管Q2的工作點發(fā)生變化，從而導致電壓Vin從基值（無煙霧）值Vin(no_smoke)發(fā)生變化。由于煙霧進入該區(qū)域，光電晶體管基極處的光強度降低，基極電流減小，電壓Vin將從基極（無煙霧）值Vin（no_smoke）增加。當電壓Vin超過Vref時，比較器的輸出從VL切換到VH，從而觸發(fā)警報。

    簡單來說，比較器就是對兩個或多個數(shù)據(jù)項進行比較，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。

    一般情況下，運算放大器是被用作比較器的常用電子元器件，但需要注意的是，由于運算放大器的開環(huán)增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號，具體是否使用還要看特定的應(yīng)用需求。

原文鏈接：http://www.sillink.com.cn/news/2162.html