本文摘自中华工控网  日期2017-02-28

 

       电压比较器，三端元件（两输入端，一输出端），输入为模拟信号，输出为数字信号。西克传感器智能制造生活。

一、基本电路和相关定义

1、电压（电平）比较器的身份定义

       电压比较器是一种用来比较两个或两个以上模拟电平，并给出比较结果（可用数字量的1、0来表示）的功能部件。可作为模拟电路和数字电路之间接口的一种电路，即模拟－数字转换器。

      所有运算放大器，均处于负反馈的闭环状态之下。一旦处于开环，因其无穷大电压放大倍数之故，势必使其输出级处于“饱和”或“截止”的两个极端状态，而不再具备放大器的特征。但在某些应用场合，恰恰需要利用放大器开环时输出级所表现出的这种极端状态，如将两个或两个以上模拟量输入量进行比较，将两者（或两者以上）的大小分别用高电平（逻辑1）和低电平（逻辑0）表示，以完成将电平差转换为数字表的转换。其输入、输出已不存在线性关系。如果有一种器件，是专业从事输入电压比较而输出开关量信号的，该器件就叫做电压比较器。

因而该类器件既不归属于线性（模拟）电路类别，也不归属于数字电路类别。从输入看，尚具备线性电路特点；从输出看，已为典型的数字电路特点。其身份尴尬：非线性模拟电路（又是一个矛盾性定义，既为模拟，又何来非线性？）。

     比较器有模拟和数字电路的两重特性，是集成了二者之长吗？与二者相比，各有什么特点？它们能否相互替代呢？

图1-1 比较器和数字电路、运放电路

1）反相器

       以数字电路中的TTL产品中的反相器为例。反相器是如何识别输入信号的高、低电平呢？肯定有一个潜在的比较基准。器件典型供电Vcc为+5V，当输入电压低于1.5V（30%Vcc以下，比较基准之一）时，为输入低电平信号，此时输出端为高电平状态；当输入电压高于3.5V（60%Vcc以上，比较基准之二）时，为高电平信号输入，此时输出端为代电平状态；当输入信号在低于3.5V高于1.5V的范围之内，会引起识别混乱或无法识别，从而不能确定输出状态（因此这一输入电压范围也被称为非法信号）。

初步看来，反相器具有电压回差范围极大的滞回比较器特性，但1.5V和3.5V两个动作阈值是不能变动的，且在中间有“一大片”不确定区域。更谈不上动作精度，仅是大致范围。

显然，数字电路仅适用于对高、低电平的识别，而无法对输入模拟信号进行比较。

2）运放电路

在要求比较精度不是很严格的场所，一般运放电路也能暂时“充任”比较器的角色。而做为理想比较器：

a）比较动作阈值是稳定的，如10mV；

b）在该阈值控制下，输出端有确定的高、低电平变化。这要求运放电路有极大的电压放大倍数，以使输出级进入切实的饱和（或截止）状态。

如果使用运用电路来替代，由于器件的离散性，很难达到此两点要求（运放电路更适应于闭环工作）。

3）比较器

       根据精确比较要求，采取了特定的技术措施，来专业从事电压比较“事务”的器件，即比较器。其优点如下：

有精确的比较动作阈值，10mV；

       可以任意设置比较基准点，夸张点儿说，在供电电压范围以内的任意一个点，都可以设置为比较基准点，如0V地电平、0.45V、6.8V等，这在数字电路是无法做到的（图1-1中采用RP整定基准比较电压，就是为了说明这一点）。

       输出端为确定的高、低电平状态，即输出级能实实在在的工作于饱和或截止状态（这是相关措施所保障的）。专用开路集电极输入型比较器，可以多路输出端并联输出，这是运放电路所根本无法做到的。

2、提出创意原理符号和简要定义

      电压比较器内部含输入级、中间放大器和输出级电路，我们需要掌握的是输入端和输出端之间的关系，由此分析电路原理和找到故障检测方法。如前述，运算放大器开环应用时，即为（不太精确的）电压比较器。但放大器的比较特性并不理想，专业的设计和专业的性能需要由专业器件来保障，在应用到电压比较器的场所，大多还是采用专用的电压比较器。其中，集电极开路输出级（又称OC门输出级）型专用电压比较器的应用尤为广泛，在变频器电路中，通常用到的仅为14脚（四比较器）和8脚（双比较器）两种器件，其代表器件型号为LM339、LM393，引脚功能见图1-2。本文专就这两种器件进行讲解。

 

 

      8脚（双比较器）的引脚排列同8脚运放器件是相同的。14脚略有不同，输出端集中在1、2、13、14脚，供电端为3、12脚。剩余脚为输入脚，奇数脚为同相输入端，偶然脚为反相输入端。其引脚功能是不难记忆的。

电压比较器的供电脚特意标注为V+/Vcc、V-/GND，说明其电源供给是较为灵活的，可以单电源供电，如+5V或+12V、+15V等，也可以双电源供电，如±15V、±12V等。西克传感器智能制造生活。