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，使用了诸如比较器之类的设备。节点的名称可以追溯到拉丁语comparare，或者更确切地说，回到英语来比较 - 比较。

什么是电压比较器

在一般情况下，比较器是一种设备，它有两个输入用于提供比较值（电压），一个输出用于比较结果。比较器有两个输入用于提供比较参数 - 直接和反向。当直接输入的电压超过反向电压时，输出设置为逻辑单元，反之则为零。如果在反向输入和直接输入之间存在正差，则设置为 1，并且在相反的情况下 - 零，则这种比较器称为反相比较器。

比较器的工作原理

建立一个比较器很方便 运算放大器 （欧）。为此，直接使用其属性：

• 放大直接输入和反相输入之间的信号差；
• 无限（实际上 - 从 10000 及以上）放大系数。

运算放大器作为比较器的操作可以通过以下开关方案来考虑：

假设有一个增益为 10000 的运算放大器，电源电压是双极性的，+ 5 V 和负 5 V。 分隔线 在反相输入端，参考电平精确设置为 0 伏，在直接输入端，从电位计滑块移除负 5 伏。运算放大器应将差值放大 10,000 倍，理论上，输出应出现负 50,000 伏的电压。但是运算放大器无法承受这样的电压，它会产生最大可能的电压 - 电源电压，负 5 伏。

如果开始提高直接输入端的电压，运算放大器将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 0.0005 V 时，它将成功。随着进一步增加正输入端的输入电压，输出将上升到零及以上，并且在 +0.0005 伏的电压下，它将变为 +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 - + 0.0005）时，输出电压将从负 5 伏跃升至 +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，比较器的输出就会设置为零。如果更高 - 一。

感兴趣的是从负 0.0005 伏到 + 0.0005 的输入电平差部分。理论上，当它通过时，会出现从负电源电压到正电源电压的平稳上升。在实际应用中，这个范围很窄，而且由于干扰、干扰、电源电压不稳定等原因。如果输入端的电压大致相等，则比较器会在两个方向上发生混乱操作。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，那么这会导致它及时工作（点击继电器，猛击阀门等），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。这会产生轻微的滞后，当电压相对于参考电压上下移动时，会改变开关阈值。例如，比较器将在 0.1 伏时向上切换，并在恰好为零时向下切换（取决于反馈的深度）。这将消除不稳定窗口。这个电阻的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。

还有专门的比较器IC。例如，LM393。在这样的微电路中，有一个（或多个）高速运算放大器，可以安装一个内置的分压器来产生参考电压。此类比较器与基于通用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极电源。大多数运算放大器需要双极电压。微电路类型的选择是在器件开发过程中进行的。

数字比较器的特点

比较器也用于数字技术，尽管乍一看这听起来很矛盾。毕竟，只有两个电压电平——一和零。比较它们是没有意义的。但是可以比较两个二进制数，可以转换成任意模拟值（包括电压）。

假设有两个相同长度的二进制字：

X=X₃X₂X₁X₀ 并且 Y=Y₃是的₂是的₁是的.

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。较大的数字由按位比较确定，从最高有效位开始：

• 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 的第三位较大，X 的最低有效位的较大值无关紧要，X<Y。

这种比较的实现可以建立在基本元素AND-NOT、OR-NOT的逻辑电路上，但使用成品更容易。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和控制输入。在大多数情况下，数字比较器有 3 个输出：

• 更多的;
• 较少的;
• 等于。

与具有二进制比较器的模拟设备不同，输入相等不是不希望的情况，也不会试图避免。

这种设备也很容易使用布尔代数函数以编程方式构建。另一种选择——许多微控制器都有“板载”模拟比较器，带有单独的外部输出，将比较两个值的现成结果以 0 或 1 的形式输出到内部电路。这节省了小型计算系统的资源.

电压比较器用在什么地方？

比较器的范围很广。例如，您可以在其上构建阈值继电器。为此，您需要一个将任何值转换为电压的传感器。该值可以是：

• 照明水平；
• 噪音水平；
• 容器或水库中的液位；
• 任何其他值。

电位器可用于设置比较器的触发电平。通过按键的输出信号被提供给指示器或执行器。

如果增加滞后，则比较器可以用作施密特触发器。当一个缓慢变化的电压被施加到输入，输出将是 离散信号 有陡峭的战线。

这两个元件可以连接起来形成一个双阈值比较器，或者一个窗口比较器。

在这里，阈值电压是为每个比较器单独设置的——对于直接输入的较高的比较器，对于反向输入的较低的比较器。自由输入组合在一起，它们由测得的电压供电。输出根据“安装或”方案连接。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产生高电平。

多级比较器由多个元件组装而成，可用作线性电压指示器，或转换为电压的值。对于四个级别，该方案将如下：

在该电路中，参考电压被施加到每个元件的输入端。反相输入连接在一起，它们接收测量信号。当达到触发电平时，相应的 LED 亮起。如果将辐射元件排成一排，就会得到一条光带，其长度根据外加电压的高低而变化。

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，位深越大，转换就越准确。在实践中，行码使用不便，使用编码器将其转换为熟悉的代码。编码器可以建立在逻辑元件上，使用现成的微电路，或者使用带有适当固件的 ROM。

专业和业余电路中比较器的范围是多种多样的。正确使用这些元素可以解决广泛的问题。

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