比較器,比較器原理是什么?

比較器(comparator)
　　對兩個或多個數據項進行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關系及排列順序稱為比較。
　　能夠實現這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。
　　比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較的電路。比較器的兩路輸 入為模擬信號，輸出則為二進制信號，當輸入電壓的差值增大或減小時，其輸出保持恒定。因此，也可以將其當作一個1位模/數轉換器（ADC）。運算放大器在不加負反饋時從原理上講可以用作比較器，但由于運算放大器的開環增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號。而且，一般情況下，運算放大器的延遲時間較長，無法滿足實際需求。比較器經過調節可以提供極小的時間延遲，但其頻響特性會受到一定限制。為避免輸出振蕩，許多比較器還帶有內部滯回電路。比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。

電壓比較器電路圖

比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較的電路。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，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。

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輸入端從接地改接到一個固定電壓值 上，就得到電壓比較器，電路如圖14.02所示。調節 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

工作在開環或正反饋狀態。

開關特性，因開環增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩定狀態。

非線性，因是大幅度工作，輸出和輸入不成線性關系。

1.2 滯回比較器

從輸出引一個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

當輸入電壓vI從零逐漸增大，且 時， ， 稱為上限閥值（觸發）電平。

當輸入電壓 時， 。此時觸發電平變為 ， 稱為下限閥值（觸發）電平。

當 逐漸減小，且 以前， 始終等于 ，因此出現了如圖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。電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構成。設R1 =R2，則有

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

當vI< VL時，vO2為高電平，D4導通；vO1為低電平，D3截止，vO= vO2。

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

高電平信號的電位水平高于某規定值VH的情況，相當比較電路正飽和輸出。

低電平信號的電位水平低于某規定值VL的情況，相當比較電路負飽和輸出。

該比較器有兩個閾值，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 比較器的應用

比較器主要用來對輸入波形進行整形，可以將正弦波或任意不規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 用比較器實現波形變換