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比较器工作原理(21比较器的原理与特性)

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1.电压比较器的工作原理

电压比较器,顾名思义,就是两个输入端的其中一个作为基准,另外一个与基准作比较,输出只存在高电平和低电平两种状态。通过电压比较器,可以将模拟信号转变为数字信号。

+输入引脚的电位 > -输入引脚的电位时,输出高电平;
-输入引脚的电位 > +输入引脚的电位时,输出低电平;

比较器符号

比较器输入输出关系图

2.电压比较器与运放的差异

电压比较器的引脚结构、电路符号与运算放大器类似,甚至有时候会直接拿运放来代替比较器使用,本质上讲比较器就是运放的开环应用,但其实二者是两个完全不同的器件。主要差异如下:

①内部组成不同

运算放大器与比较器的一个差异来自内部无相位补偿电容。由于运算放大器要构成负反馈电路使用,因此需要在IC内部设置防振相位补偿电容。而比较器未构成负反馈电路,因此未内置相位补偿电容。由于相位补偿电容限制了输入-输出间的响应时间,因此无相位补偿电容的比较器具有比运算放大器更好的响应性。另一方面,根据该相位补偿电容的有无,将运算放大器作为比较器使用时,因受相位补偿电容限制,其响应性远远低于比较器。这一点在运算放大器作为比较器使用时需要注意。

②.输出特性不同

由上图可知,运算放大器采用双晶体管推挽输出,而比较器是集电极开路输出,所以使用时,比较器需要外接一个从正电源端到输出端的上拉电阻。运算放大器可用于线性放大电路(负反馈),也可用于非线性信号电压比较(开环或正反馈)。电压比较器只能用于信号电压比较,不能用于线性放大电路(比较器没有频率补偿) 。但比较器有比运算放大器更快的转换速率和更短的延时。

③精确度不同

比较器的设计是针对电压门限比较而用的,要求的比较门限精确,比较后的输出边沿上升或下降时间要短,输出符合TTL/CMOS电平/或OC等,不要求中间节的准确度,同时驱动能力也不一样。一般情况:用运放做比较器,多数达不到满幅输出,或比较后的边沿时间过长,因此设计中少用运放做比较器为佳。比较器的翻转速度快,大约在ns 数量级,而运放翻转速度一般为us 数量级(特殊的高速运放除外)。运放可以接入负反馈电路,而比较器则不能使用负反馈,虽然比较器也有同相和反相两个输入端,但因为其内部没有相位补偿电路,所以,如果接入负反馈,电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路,这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。

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