什么是电压比较器，它的用途是什么

在设计电子电路时，经常需要比较两个电压的电平。为此，使用了比较器之类的设备。节点的名称可以追溯到拉丁语比较，或者更确切地说是英语进行比较。

什么是电压比较器

一般来说，比较器是一种设备，具有两个用于比较值（电压）的输入和一个用于比较结果的输出。比较器有两个输入用于馈送比较参数 - 直接和反向。如果直接输入的电压超过反向输入的电压，则输出设置为逻辑 1，反之则设置为零。如果反相输入和直接输入之间的正差等于 1，而在相反情况下为零，则比较器称为反相比较器。

比较器工作原理

使用构建比较器很方便 运算放大器 （运算放大器）。为此，直接使用其属性：

• 放大直接和反相输入之间的信号差；
• 无限（实际上 - 从 10000 或更高）增益。

DT作为比较器的工作可以考虑如下电路：

假设有一个增益为 10000 的 DT，电源电压是双极性的，+ 5 V 和负 5 V。 分隔线 在反相输入端设置为正好 0 伏的参考电平，在直接输入端从电位计滑块获取负 5 伏。运算放大器应该将差值放大10000倍，理论上输出应该有一个负50000伏的电压。但是运算放大器无法获得这样的电压，因此它会产生最大可能的电源电压，即负 5 伏。

如果你开始提高直接输入的电压，运放会尝试设置输入之间的电压差乘以 10000。当输入电压接近零并变为大约负 0.0005V 时，它将成功。随着正输入端输入电压的进一步增加，输出电压将上升到零或更高，在 +0.0005 伏时将等于 +5 V，并且不会进一步上升 - 无处可去。因此，当输入电压通过零电平（更准确地说，负 0.0005 伏到 +0.0005 伏）时，输出电压将从负 5 伏跳到 +5 伏。换言之，只要直接输入端的电压低于反相输入端的电压，比较器输出端就会设置为零。如果更高，它是一个。

有趣的是输入端的电平差部分从负 0.0005 伏到 + 0.0005 伏。理论上，它会从负电源电压平稳上升到正电源电压。实际上，这个范围很窄，并且由于噪声、干扰、电源电压不稳定等原因，当输入端的电压大致相等时，比较器在两个方向上都会出现混乱的触发。运算放大器的增益越低，这个不稳定窗口就越宽。如果比较器控制执行器，它会导致执行器动作正常（继电器咔哒声、阀门砰砰声等），这可能导致其机械故障或过热。

为了避免这种情况，通过打开虚线所示的电阻器来创建浅正反馈。当电压相对于参考电压上升和下降时，通过移动开关阈值会产生少量滞后。例如，比较器向上将在 0.1 伏电压下切换，而在零电压下切换（取决于反馈的深度）。这将消除不稳定窗口。该电阻器的额定值可以从几百千欧到几兆欧。电阻越低，阈值之间的差异就越大。

还提供专门的比较器芯片。例如LM393。这些芯片有一个（或多个）快速运算放大器，并且可能有一个内置的分压器来产生参考电压。这些比较器和基于运算放大器的器件之间的另一个区别是它们中的许多都需要单端电源。大多数遮光器需要双极电压。芯片类型的选择由器件的设计决定。

数字比较器的特点

比较器也用于数字技术，尽管乍一看听起来很矛盾。毕竟，只有两个电压电平——一和零。比较它们是没有意义的。但是您可以比较两个二进制数，也可以将任何模拟值（包括电压）转换成二进制数。

假设有两个比特长度相等的二进制字：

X=X₃X₂X₁X₀ 并且 Y=Y₃是₂是₁是.

如果所有位按位相等，则认为它们的值相等：

1101=1101 => X=Y。

如果至少有一位不同，则数字不相等。较大的数字是通过逐位比较确定的，从最高位开始：

• 1101>101 - 这里X的第一位大于Y的第一位，并且X>Y；
• 1101>101 - 第一位相等，但 X 的第二位更大且 X>Y；
• 111<1110 - Y 的第三位更大，X 的低位中的值越大，X 无关紧要<>

这种比较的实现可以建立在 I-NE、OR-NE 基本元件逻辑电路上，但使用现成的产品更容易。例如4063（CMOS）、7485（TTL）、国产K564IP2等系列微电路。它们是 2-8 位比较器，具有相应数量的数据输入和控制输入。大多数情况下，数字比较器的输出为 3：

• 更多的;
• 少于;
• 平等的。

与模拟设备不同，二进制比较器中的输入相等并不是一种不良情况，它们也不会试图避免这种情况。

使用布尔代数函数可以轻松构建此类设备。或者，许多微控制器具有带有单独外部引脚的板载模拟比较器，这为内部电路提供了将两个值比较为 0 或 1 的现成结果。这节省了小型计算机系统的资源。

使用电压比较器的地方

比较器的应用范围很广。例如，它可用于构建阈值继电器。这需要一个将任何值转换为电压的传感器。这样的值可以是：

• 照明水平；
• 噪音水平；
• 容器或罐中的液位；
• 任何其他值。

电位器可用于设置比较器的响应电平。输出信号通过指示器或执行器的按键给出。

如果滞后增加，比较器可以用作施密特触发器。当一个缓慢变化的电压施加到输入端时，输出端为 离散信号 有陡峭的边缘。

这两个元件可以连接在一个双阈值比较器或窗口比较器中。

在这里，每个比较器的阈值电压是单独设置的——对于直接输入上的上限电压，对于反向输入上的下限电压。自由输入被组合起来，测量的电压被施加到它们。输出根据“安装或”电路连接。当电压超过设定的上限或下限时，其中一个比较器在输出端提供高电平。

多级比较器由几个元件组装而成，可用作线性电压指示器，或转换为电压的值。对于四个级别，电路将如下所示：

在这个电路中，每个元件都有一个不同的参考电压施加到其输入端。反相输入连接在一起，待测量的信号来自它们。当达到触发电平时，相应的 LED 亮起。如果发光元件排成一排，你会得到一个灯条，灯条的长度根据所施加电压的水平而变化。

同一电路可用作模数转换器 (ADC)。它将输入电压转换为相应的二进制代码。 ADC中包含的元素越多，数字容量越高，转换越准确。实际使用中，行码使用不便，需要借助编码器转换成常用码。编码器可以建立在逻辑元件上，使用现成的微电路或使用带有适当固件的 ROM。

比较器在专业和业余电路中的应用范围很广。这些元素的有效应用可以解决广泛的任务。

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