比較器的定義和原理

比較器是一種電子器件，用于比較兩個(gè)輸入信號(hào)的大小，并根據(jù)比較結(jié)果輸出一個(gè)邏輯信號(hào)。比較器通常由兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端和一個(gè)閾值電壓組成。當(dāng)輸入信號(hào)電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，比較器輸出低電平；當(dāng)輸入信號(hào)電壓低于閾值電壓時(shí)，比較器輸出高電平。

比較器的原理基于閾值電壓的概念。閾值電壓是指輸入信號(hào)電壓超過(guò)或低于某個(gè)特定值時(shí)，比較器輸出發(fā)生變化的臨界點(diǎn)。比較器通常有兩個(gè)閾值電壓，一個(gè)是正向閾值電壓，一個(gè)是負(fù)向閾值電壓。當(dāng)輸入信號(hào)電壓超過(guò)正向閾值電壓時(shí)，比較器輸出低電平；當(dāng)輸入信號(hào)電壓低于負(fù)向閾值電壓時(shí)，比較器輸出高電平。

圖 比較器的符號(hào)

比較器輸入輸出關(guān)系圖

比較器性能指標(biāo)

滯回電壓： 比較器兩個(gè)輸入端之間的電壓在過(guò)零時(shí)輸出狀態(tài)將發(fā)生改變，由于輸入端常常疊加有很小的波動(dòng)電壓，這些波動(dòng)所產(chǎn)生的差模電壓會(huì)導(dǎo)致比較器輸出發(fā)生連續(xù)變化，為避免輸出振蕩，新型比較器通常具有幾mV的滯回電壓。

偏置電流： 理想的比較器的輸入阻抗為無(wú)窮大，因此，理論上對(duì)輸入信號(hào)不產(chǎn)生影響，而實(shí)際比較器的輸入阻抗不可能做到無(wú)窮大，輸入端有電流經(jīng)過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻并流入比較器內(nèi)部，從而產(chǎn)生額外的壓差。

超電源擺幅： 為進(jìn)一步優(yōu)化比較器的工作電壓范圍，Maxim公司利用NPN管與PNP管相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)作為比較器的輸入級(jí)，從而使比較器的輸入電壓得以擴(kuò)展，這樣，其下限可低至最低電平，上限比電源電壓還要高出250mV，因而達(dá)到超電源擺幅（Beyond-theRail）標(biāo)準(zhǔn)。這種比較器的輸入端允許有較大的共模電壓。

漏源電壓： 由于比較器僅有兩個(gè)不同的輸出狀態(tài)（零電平或電源電壓），且具有滿電源擺幅特性的比較器的輸出級(jí)為射極跟隨器，這使得其輸入和輸出信號(hào)僅有極小的壓差。該壓差取決于比較器內(nèi)部晶體管飽和狀態(tài)下的發(fā)射結(jié)電壓，對(duì)應(yīng)于MOSFFET的漏源電壓。

輸出延遲時(shí)間： 包括信號(hào)通過(guò)元器件產(chǎn)生的傳輸延時(shí)和信號(hào)的上升時(shí)間與下降時(shí)間，對(duì)于高速比較器，如MAX961，其延遲時(shí)間的典型值可對(duì)達(dá)到4.5ns，上升時(shí)間為2.3ns。設(shè)計(jì)時(shí)需注意不同因素對(duì)延遲時(shí)間的影響，其中包括溫度、容性負(fù)載、輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)等的影響。

比較器種類選型

過(guò)零電壓比較器：典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖。

AD轉(zhuǎn)換

比較器還可以作為ADC中的一個(gè)典型元件。例如在比較器的一個(gè)輸入端連接磁性傳感器或光電二極管，另一輸入端接參考電壓，用傳感器驅(qū)動(dòng)比較器的輸出端產(chǎn)生合適驅(qū)動(dòng)邏輯電路的高低電平。

圖 光敏電阻模數(shù)轉(zhuǎn)換典型電路圖

比較器與運(yùn)放的聯(lián)系和區(qū)別

比較器與運(yùn)算放大器（運(yùn)放）有密切的聯(lián)系和區(qū)別。運(yùn)放是一種線性放大器，用于放大或處理模擬信號(hào)。比較器則是一種數(shù)字邏輯器件，用于比較兩個(gè)輸入信號(hào)的大小并輸出邏輯信號(hào)。

盡管運(yùn)放和比較器都是電子器件，但它們的電路結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域有所不同。運(yùn)放通常用于模擬信號(hào)的處理和放大，而比較器則用于數(shù)字信號(hào)的處理和比較。

該圖為理想運(yùn)放與其輸入輸出關(guān)系。圖中輸出只有兩種狀態(tài)：UH和UL。

關(guān)于比較器的靈敏度問(wèn)題

對(duì)于一個(gè)過(guò)于靈敏的比較器，往往會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)麻煩。因?yàn)槿粘Ｉ畹妮斎胄盘?hào)，它并不是一個(gè)理想的信號(hào)，它是包含噪聲信號(hào)的。

將圖中藍(lán)色區(qū)域展開(kāi)，可發(fā)現(xiàn)：對(duì)于一個(gè)非常靈敏的比較器， 噪聲信號(hào)是波動(dòng)的，經(jīng)常會(huì)在某個(gè)點(diǎn)低于基準(zhǔn)點(diǎn)，從而使比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)。這就形成了有點(diǎn)所示的很多較小時(shí)間的脈沖。而這往往是不準(zhǔn)確的。

總之，比較器是一種重要的電子器件，用于比較兩個(gè)輸入信號(hào)的大小并輸出邏輯信號(hào)。它廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字和模擬電路中，如ADC、DAC、觸發(fā)器和波形發(fā)生器等。在選擇和使用比較器時(shí)，需要考慮其性能指標(biāo)、精度和靈敏度等因素，以確保其能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。