电压比较器的工作原理及典型应用

电压比较器的工作原理及典型应用 电压比较器是一种能够比较两个模拟电压的大小并输出高低电平信号的器件。它广泛应用于自动控制电路、测量技术、报警器电路等领域。本文将详细介绍电压比较器的工作原理、典型应用电路及与运放的差别。 电压比较器的工作原理 电压比较器的工作原理可以通过分析其电路结构来理解。电压比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。它由运算放大器发展而来，並且具有较高的开环增益和较小的输入失调电压。电压比较器电路可以分为两部分：同相输入端和反相输入端。当同相输入端的电压大于反相输入端的电压时，输出电平为高电平；反之，则输出电平为低电平。 电压比较器的电路结构可以用图 4(a)所示的差分放大器电路来表示。输入电压 VA 经分压器 R2、R3 分压后接在同相端，VB 通过输入电阻 R1 接在反相端，RF 为反馈电阻。输出电压 Vout 与 VA、VB 及 4 个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。当 R1=R2，R3=RF 时，Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1 为放大器的增益。当 R1=R2=0(R1、R2 短路)，R3=RF=∞(R3、RF 开路)时，Vout=∞，增益成为无穷大。 电压比较器与运放的差别 电压比较器与运放虽然都可以用来比较电压，但是它们在性能和应用方面有着明显的差别。电压比较器比通用运放的开环增益更高，输入失调电压更小，共模输入电压范围更大，压摆率较高(使比较器响应速度更快)。此外，电压比较器的输出级常用集电极开路结构，外部需要接一个上拉电阻或者直接驱动不同电源电压的负载，应用上更加灵活。 电压比较器的典型应用 电压比较器广泛应用于自动控制电路、测量技术、报警器电路等领域。例如，在自动控制电路中，电压比较器可以用来检测温度、压力、液位等物理量的变化，并输出控制信号来控制相应的设备。在测量技术中，电压比较器可以用来检测电压、电流、温度等物理量的变化，并输出数字信号来表示测量结果。在报警器电路中，电压比较器可以用来检测异常情况，并输出警告信号来提示用户。 电压比较器的典型应用电路 下面我们来看两个简单的电压比较器电路例子： 1. 散热风扇自动控制电路 这个电路用于控制散热风扇的转速，以确保散热片上的温度在安全范围内。电路如图 7 所示。负温度系数热敏电阻 RT 粘贴在散热片上检测温度，当 5V 电压加在 RT 及 R1 电阻上时，在 A 点有一个电压 VA。当散热片上的温度上升时，则热敏电阻 RT 的阻值下降，使 VA 上升。RT 的温度特性如图 8 所示。 2. 过零检测电路 这个电路用于检测电压的零点，以确定信号的极性。电路如图 9 所示。电压比较器的输出电平决定于输入电压 VA 和 VB 的大小。当 VA>VB 时，输出电平为高电平；反之，则输出电平为低电平。 电压比较器是自动控制电路、测量技术、报警器电路等领域中非常重要的器件。它的工作原理、典型应用电路及与运放的差别都需要我们深入了解，以便更好地应用电压比较器在实际项目中。