比较器,比较器原理是什么?

比较器,比较器原理是什么?

比较器(comparator)
　　对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。
　　能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。
　　比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输 入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。因此，也可以将其当作一个1位模/数转换器（ADC）。运算放大器在不加负反馈时从原理上讲可以用作比较器，但由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号。而且，一般情况下，运算放大器的延迟时间较长，无法满足实际需求。比较器经过调节可以提供极小的时间延迟，但其频响特性会受到一定限制。为避免输出振荡，许多比较器还带有内部滞回电路。比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。

电压比较器电路图

比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。常用的幅度比较电路有电压幅度比较器，具有滞回特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。

1.1 固定幅度比较器

(1)过零比较器和电压幅度比较器

过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如图14.01所示。

(a) 电路图 (b) 电压传输特性

图1 过零电压比较器

将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值 上，就得到电压比较器，电路如图14.02所示。调节 可方便地改变阈值。

(a) 电路图 (b)电压传输特性

图2 固定电压比较器

(2)比较器的基本特点

工作在开环或正反馈状态。

开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。

非线性，因是大幅度工作，输出和输入不成线性关系。

1.2 滞回比较器

从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图14.03(a)所示电路。

(a) 电路图 (b) 传输特性

图3 滞回比较器电路图

当输入电压vI从零逐渐增大，且 时， ， 称为上限阀值（触发）电平。

当输入电压 时， 。此时触发电平变为 ， 称为下限阀值（触发）电平。

当 逐渐减小，且 以前， 始终等于 ，因此出现了如图14.03(b)所示的滞回特性曲线。

回差电压 ：

14.1.3 窗口比较器

窗口比较器的电路如图14.04所示。电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。设R1 =R2，则有

窗口比较器的电压传输特性如图14.05所示。当vI>VH时，vO1为高电平，D3导通；vo2为低电平，D4截止，vO= vO1。

当vI< VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO= vO2。

当VH>vI> VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO=低电平。

高电平信号的电位水平高于某规定值VH的情况，相当比较电路正饱和输出。

低电平信号的电位水平低于某规定值VL的情况，相当比较电路负饱和输出。

该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。

图4 窗口比较器 图5 窗口比较器的传输特性

14.1.4 比较器的应用

比较器主要用来对输入波形进行整形，可以将正弦波或任意不规则的输入波形整形为方波输出,其原理如图14.06所示。

(a) 电压比较器 (b) 正弦波变换为矩形波

图6 用比较器实现波形变换