在電子產(chǎn)品中，比較器用于比較在比較器兩個(gè)輸入端給出的兩個(gè)電壓或電流。這意味著它需要兩個(gè)輸入電壓，然后將它們進(jìn)行比較并給出一個(gè)差分輸出電壓，無論是高電平還是低電平信號。

    比較器用于檢測任意變化的輸入信號何時(shí)達(dá)到參考電平或定義的閾值電平，可以通過使用二極管、晶體管、運(yùn)算放大器等各種組件來設(shè)計(jì)，主要用于驅(qū)動邏輯電路的許多電子應(yīng)用中。

    在本文中，小編將簡單介紹下運(yùn)算放大器用作比較器的工作原理和電路圖。當(dāng)然，首先需要了解的是運(yùn)算放大器和比較器電路。

    運(yùn)算放大器電路

    由兩個(gè)輸入端組成的高增益直流耦合電子電壓放大器如下圖所示，差分輸入被饋送到運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端（反相輸入端和同相輸入端），并在Vout端產(chǎn)生單個(gè)輸出電位。因此，饋送到其兩個(gè)輸入端的電位差被放大以產(chǎn)生放大的輸出。這個(gè)放大的輸出等于輸入信號之間數(shù)十萬倍的差異。

    放大器的輸出可以用公式表示為：

    Vout=AOL(V+–V-)

    其中，AOL是放大器的開環(huán)增益，V+是放大器的同相輸入，V-是放大器的反相輸入。

    即使有各種類型的運(yùn)算放大器，但LM741幸好運(yùn)算放大器經(jīng)常用作幾個(gè)電子電路中的比較器電路。

    當(dāng)仔細(xì)觀察比較器符號時(shí)，如何辨認(rèn)它是不是運(yùn)算放大器（OperationalAmplifier）符號，，也就是說，這個(gè)比較器與運(yùn)算放大器的區(qū)別是什么？

    其實(shí)，運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)用于接受模擬信號并輸出模擬信號，而比較器僅將輸出作為數(shù)字信號；雖然可以使用普通運(yùn)算放大器作為比較器，如果將二極管或晶體管添加到放大器的輸出中，則運(yùn)算放大器通常可以用作電壓比較器），但與多用途運(yùn)算放大器相比，真正的比較器被設(shè)計(jì)為具有更快的開關(guān)時(shí)間。因此，可以說比較器是專門設(shè)計(jì)用于提供數(shù)字輸出的運(yùn)算放大器的修改版本。

    比較器電路圖

    比較器設(shè)備由兩個(gè)輸入端子組成，其中參考輸入信號被饋送到一個(gè)端子，信號的實(shí)際值被饋送到另一個(gè)端子。然后，基于饋送到兩個(gè)輸入端的兩個(gè)輸入信號之間的差異，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)輸出信號。此生成的輸出信號為0（低）或1（高）。

    在電氣和電子術(shù)語中，用于比較饋入兩個(gè)模擬輸入端子的兩個(gè)電壓信號或電流信號，從而產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字輸出信號以指示較大輸入信號的設(shè)備稱為比較器電路。

    在上述比較器電路中，兩個(gè)模擬輸入端分別表示為V+(Vin)和V-(Vref)。數(shù)字輸出在輸出端V0(Vout)產(chǎn)生。比較器電路的輸出信號由下式給出：

    如果V+>V-（Vin大于Vref），則V0=1，果V+<V-（Vin小于Vref），則V0=0。

    通常情況下，比較器用于諸如張弛振蕩器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）等設(shè)備中，也用于測量模擬信號的設(shè)備中。比較器由高增益差分放大器組成，可以使用運(yùn)算放大器作為比較器電路。

    比較器一般分為電氣比較器、電子比較器、機(jī)械比較器、光學(xué)比較器、sigma比較器、氣動比較器、數(shù)字比較器等多種類型。這些比較器電路通常用于設(shè)計(jì)電氣和電子項(xiàng)目。

    運(yùn)算放大器作為比較器

    運(yùn)算放大器，可在許多電子電路中用作比較器電路。例如，考慮一個(gè)溫控開關(guān)；然后根據(jù)溫度進(jìn)行切換操作。如果實(shí)際溫度值超過預(yù)設(shè)的參考溫度值，則溫度傳感器相應(yīng)地產(chǎn)生輸出電壓（低或高）。

    如果只考慮基本的比較器布置，那么就會有由噪聲引起的高頻電壓變化。在特別設(shè)計(jì)為比較器電路的運(yùn)算放大器的情況下，需要考慮這個(gè)問題。只要輸入電壓信號和參考電壓信號彼此接近，就會產(chǎn)生這種噪聲。

    高頻電壓變化是由于噪聲的隨機(jī)性引起的，輸入信號電壓會快速連續(xù)地大于或小于參考電壓。因此，輸出信號將在其最大電壓電平和最小電壓電平之間振蕩。這個(gè)問題可以通過應(yīng)用滯后來減少。當(dāng)然，也可以通過使用正反饋將遲滯應(yīng)用于運(yùn)算放大器比較器電路來調(diào)整施密特觸發(fā)器電路布置中的遲滯間隙。如上圖所示，將運(yùn)算放大器顯示為具有遲滯的比較器電路。

    運(yùn)算放大器作為比較器電路的工作過程

    一般而言，運(yùn)算放大器的輸出會在正負(fù)波動到一個(gè)大約等于電源電位的極端電壓。例如，某運(yùn)算放大器連接到+/-18V，則最大輸出電壓為+/-15V。這是由于運(yùn)算放大器的極高開環(huán)增益（10,000到100萬）。因此，如果任何輸入產(chǎn)生+/-150微伏的電壓差，那么它將被放大大約一百萬倍，并且輸出被驅(qū)動到飽和狀態(tài)。因此，輸出保持在其最大值或最小值。

    在儀表中使用運(yùn)算放大器作為比較器時(shí)，開環(huán)可用于比較兩個(gè)電壓。因此，根據(jù)輸入電壓值與參考電壓值之間的差異，輸出Vout將等于最大高值或最小低值（輸入電壓值將大于或小于參考電壓值幾微伏）。

    參考電壓被饋送到運(yùn)算放大器的非反相輸入端，可變電壓被饋送到運(yùn)算放大器的反相輸入端。考慮上圖中所示的運(yùn)算放大器比較器電路圖，如果饋入引腳2的電壓大于饋入引腳3的參考電壓，則輸出電壓變低并略大于–Vs。如果饋入引腳2的電壓小于饋入引腳3的參考電壓，則輸出電壓會變高并且略低于+Vs。

    有許多運(yùn)算放大器專用于比較器操作，這些運(yùn)算放大器比較器電路用于高速比較，而且這些運(yùn)算放大器比較器電路的輸出狀態(tài)在不到1微秒內(nèi)發(fā)生變化。但是，這些高速比較運(yùn)算放大器比較器電路消耗更多功率，具體取決于比較速度。

    根據(jù)比較的速度和功耗的大小，這些比較器分為不同的類型，特定的運(yùn)算放大器比較器可用于特定應(yīng)用。

    運(yùn)算放大器作為比較器應(yīng)用示例

    1、使用Arduino項(xiàng)目的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)旨在開發(fā)一種自動灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過感應(yīng)土壤水分含量來控制泵電機(jī)的開關(guān)操作（開和關(guān)）。

    感應(yīng)裝置感應(yīng)土壤的水分，并向Arduino板提供適當(dāng)?shù)男盘枴＿@是使用運(yùn)算放大器作為比較器電路來實(shí)現(xiàn)的，該電路充當(dāng)傳感裝置和微控制器之間的接口。基于從傳感裝置接收到的信號，水泵運(yùn)行。LCD顯示屏用于顯示土壤含水量和水泵狀態(tài)。

    2、煙霧報(bào)警器電路，光電二極管發(fā)射的光被光電晶體管Q1和Q2檢測到，頂部區(qū)域是密封的，因此晶體管Q1的工作點(diǎn)不會改變，所以該工作點(diǎn)用作比較器的參考。

    當(dāng)煙霧進(jìn)入下部區(qū)域時(shí)，光電晶體管Q2的工作點(diǎn)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電壓Vin從基值（無煙霧）值Vin(no_smoke)發(fā)生變化。由于煙霧進(jìn)入該區(qū)域，光電晶體管基極處的光強(qiáng)度降低，基極電流減小，電壓Vin將從基極（無煙霧）值Vin（no_smoke）增加。當(dāng)電壓Vin超過Vref時(shí)，比較器的輸出從VL切換到VH，從而觸發(fā)警報(bào)。

    簡單來說，比較器就是對兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。

    一般情況下，運(yùn)算放大器是被用作比較器的常用電子元器件，但需要注意的是，由于運(yùn)算放大器的開環(huán)增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號，具體是否使用還要看特定的應(yīng)用需求。

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