電壓比較器原理

電壓比較器原理

電壓比較器的基本功能是能對兩(liang) 個(ge) 輸入電壓的大小進行比較，判斷出其中哪一個(ge) 比較大。比較的結果用輸出電壓的高和低來表示。電壓比較器可以采用專(zhuan) 用的集成比較器，也可以采用運算放大器組成。由集成運算放大器組成的比較器，其輸出電平在最大輸出電壓的正極限值和負極限值之間擺動，當要和數字電路相連接時，必須增添附加電路，對它的輸出電壓采取箝位措施，使它的高低輸出電平，滿足數字電路邏輯電平的要求。

下麵討論幾種常見的比較器電路。

1．基本過零比較器（零電平比較器）

2．任意電平比較器

背景知識：

電壓比較器在電路結構、點性能等方麵與(yu) 運放基本相同，而其符號表示也與(yu) 運放完全一致，有同相和反向兩(liang) 個(ge) 輸入端，一個(ge) 輸出端，開環增益用A表示，電壓比較器的功能是比較兩(liang) 個(ge) 模擬信號的大小，並在輸出端得到高電平或低電平。理想的電壓比較器，其特性可表示為(wei) :當V+大於(yu) V,輸出高電平:而當V-大於(yu) V+，輸出低電平

基本原理：

電壓比較器的輸出端由低電平轉換到高電平，或從(cong) 高電平轉換到低電平時，需要一定的時間(決(jue) 定電壓比較器的瞬態響應)，其次由於(yu) 電壓比較器的增益是有限的，並且存在失調電壓，因此它的輸入端將出現不確定電壓，該不確定電壓將直接影響電壓比較器的靈敏度(對輸入電壓判別的靈敏度)。對於(yu) 高性能的電壓比較器來說，應具有高的開環增益A、低的失調電壓和高的壓擺率。

顯然，一般的運算放大器如果工作在開環狀態，也可以作為(wei) 電壓比較器之用。但在運放電路設計時，著重考慮其輸出與(yu) 輸入之間的線性傳(chuan) 輸特性以及頻率補償(chang) 的穩定性。因此，運放的響應時間和延遲時間往往不是很大，開環增益也不是很高。若需要高速或高靈敏度的電壓比較器，采用運放來代替電壓比較器，在要求比較高的設計中通常是不合適的，而需要根據具體(ti) 的要求設計電壓比較器。在設計電壓比較器時，其直流特性的設計原則基本上與(yu) 運放電路一致，而頻率特性的設計與(yu) 運放電路不同，通常電壓比較器在開環條件下工作，因此在電路內(nei) 部不需要考慮放大器閉環穩定工作的頻率補償(chang) 。

一般的電壓比較器采用四級結構，前兩(liang) 級和差分運算放大器基本相同，隻是把運放中的補償(chang) 電容去掉，後兩(liang) 級使用CMOS反向器，這裏的CMOS反向器的作用需要作一下說明:前一個(ge) 反向器(電壓比較器的第三級)並不是工作在高低電平狀態，而是工作在傳(chuan) 輸特性曲線中的轉折區(接近闡值電壓)。被當做放大器使用，對差分信號起放大作用;後一個(ge) 反向器(電壓比較器的第四級)在反向的同時，使電壓達到滿幅輸出。

典型的電壓比較器電路圖如下所示：

在上麵的電路中，電壓比較器前兩(liang) 級的元器件參數可以使用前麵設計的放大器的參數，但有一點需要注意，那就是當電壓比較器的兩(liang) 個(ge) 輸入端沒有差分信號時，需要將電壓比較器的第二級輸出調至能使第一個(ge) 反向器工作在放大狀態的電壓，如果反向器中的PMOS管和NMOS管的參數對稱，即CMOS反向器的特性曲線上的轉折區中點電壓(閡值電壓)是2.5V(高電平為(wei) 5V，低電平為(wei) 零)，對M6管的寬w(或長1)進行直流掃描，將反向器前第二級的電壓調整到2.5V，使反向器工作在需要的放大狀態。