原创 电压比较器基本应用电路

什么是电压比较器：电压比较器是对输入电压进行比较的电路元件，类似于增益不可调的运算放大器，如LM339电压比较器。

如何使用：每个电压比较器都有一个标为“+”的同向输入端，一个标为“-”的反向输入端，和一个输出端。当”+”同向向输入端电压高于”-”反向输入端电压时，输出引脚悬空，相当于开路。当”+”同向输入端电压低于”-”反向输入端电压时，输出引脚拉低，相当于与GND连通。

同一比较器根据外围电路的不同可以实现多种电压比较功能，如单限比较器、滞回比较器、窗口比较器。下面我们就分别介绍这三种电压比较器电路。

单限比较器

单限比较器是最简单的电压比较电路，如图1a所示，Vref为固定参考电压，Vin为输入电压，Vout为输出电压。Vout随Vin的变化关系如图1b所示，红线代表输出电压。当Vin低于Vref时，输出引脚下拉到GND，输出低电平。当Vin高于Vref时，输出引脚悬空，由于有R1上拉电阻，所以Vout此时输出高电平。（我们为了方便显示原理，有时会将VCC、GND以及上拉电阻R1在图中省略掉，将输出VCC称为输出高电平VOH，将输出GND称为低电平VOL）

 单限比较器虽然简单，但也是应用最多的一种比较器电路，也可以将多个单限比较器组合在一起，组成多级比较器。例如图1c就是利用4个单限比较器组成的一个电量指示电路。

滞回比较器

滞回比较器电路如图2a所示（为了便于理解，没有将这个电路中的电源和上拉电阻显示出来）。Vout为输出引脚被上拉后的输出电压，Vt为比较器同向输入端电压，Vref为参考电压，Vin为输入电压，同时Vin也是比较器反向输入端电压。我们首先看看电路中Vt的电压，Vt= Vref *R2/(R1+R2) +Vout*R1/(R1+R2)。因为Vout只有两种值VOH和VOL，所以Vt也对应两种值，我们将他们分别称为VtH和VtL，很明显VtH>VtL。

当Vin由-∞逐渐升高时：如图2b红色线段所示，当Vin为-∞时，Vout=VOH，输出高电平VOH，此时比较器同向输入端电压Vt=VtH，同向端电压高于反向端。随着Vin的升高，当Vin高于VtL但小于VtH时，Vout输出仍为高电平VOH，但当Vin升高到大于VtH时，电压比较器同向输入端低于反向输入端，输出电压Vout为低电平VOL，此时Vt的电压下降为VtL，电压比较器的同向端电压更加低于反向端，继续输出低电平VOL。随着Vin的继续升高，Vout仍然为VOL。

当Vin由+∞逐渐下降时：当Vin为+∞时，Vout=VOL，输出低电平，此时电压比较器同向输入端电压Vt=VtL，当Vin下降到VtH时，此时的同向端电压为VtL，反向端仍然高于同向端，输入仍为低电平VOL。当Vin下降到VtL以下时，同向输入端电压高于反向端，输出高电平VOH，此时同向端电压Vt变为VtH，同向端电压更加高于反向端电压，输出仍为高电平VOH。接下来随着Vin的继续下降，输出继续保持为高电平VOH。 

从上面的分析可以得出结论：该电路中电压Vout由高变低时，与Vout由低变高时，Vin的值不同。好像Vout的返回被延迟了，所以叫滞回比较器。这两个电压的差值被称为回差电压，也就是VtH-VtL。

该电路可以用来降低输入信号中的干扰信号对系统的影响，通过设置回差电压ΔU，只有变化超过ΔU时，信号才发生作用。如在温控器中，假设要实现达到控温50度的目标，通过设置回差电压可以实现当温度低于49度启动加热，当温度高于50度时停止加热。

窗口比较器

如图3a所示，两个比较器的输出端被统一上拉到VCC，当两个比较器的任何一个输出引脚被下拉到GND时都会输出低电平VOL，只有当两个引脚内部全部悬空时才会输出高电平VOH。输出波形如图3b所示，只有当Vref1时Vout才会输出高电平VOH。这个电路可以用来判断输入信号电位是否位于两个门限电位之间。