lm358電壓比較器

　　電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。

　　電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小（用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系）：

　　當(dāng)”+”輸入端電壓高于”-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平;

　　當(dāng)”+”輸入端電壓低于”-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平;

　　電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。

　　它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。

　　運(yùn)放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運(yùn)算參數(shù)”，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個(gè)輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)（高低電平）量。一般應(yīng)用中，有時(shí)也可以用線性運(yùn)算放大器，在不加負(fù)反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來(lái)使用。

　　所有的運(yùn)算放大器。常見的有LM324 LM358 uA741 TL081234 OP07 OP27，這些都可以做成電壓比較器（不加負(fù)反饋）。LM339、LM393是專業(yè)的電壓比較器，切換速度快，延遲時(shí)間小，可用在專門的電壓比較場(chǎng)合，其實(shí)它們也是一種運(yùn)算放大器。

　　lm358電壓比較器原理

　　圖一所示為一最簡(jiǎn)單的電壓比較器，UR為參考電壓，加在運(yùn)放的同相的輸入端，輸入電壓ui加在反相的輸入端。（a）電路圖（b）傳輸特性當(dāng)Ui〈UR時(shí)，放輸出高電平，穩(wěn)玉管Dz反向穩(wěn)壓工作。輸出端電位被其箝位在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，即uO=一UZ

　　當(dāng)Ui〉UR時(shí)，運(yùn)放輸出低電平，Dz正向?qū)ǎ敵鲭妷旱扔诜€(wěn)壓管的正向壓降UD，即uo=一UD因此，以UR為界，當(dāng)輸入電壓ui變化時(shí)，輸出端反映出兩種狀態(tài)，高電位和低電位。

　　表示輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線，稱為傳輸特性。圖3一1（b）為（a）圖比較器的傳輸特性。常用的電壓比較器有過零電壓比較器、具有滯回特性的過零比較器、滯回電壓比較器，窗口（雙限） 電壓比較器。LM339常用來(lái)構(gòu)成各種電壓比較器。

　　圖1（a）是比較器，它有兩個(gè)輸入端： 同相輸入端（“+”端） 及反相輸入端（“_”端），有一個(gè)輸出端Vout（輸出電平信號(hào)）。另外有電源V+及地（這是個(gè)單電源比較器），同相端輸入電壓VA，反相輸入VB。VA和VB的變化如圖1（b）所示。在時(shí)間0~t1時(shí)，VA〉VB; 在t1~t2時(shí)，VB〉V在t2~t3時(shí)，VA〉VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1（c）所示： VA;A〉VB時(shí)，Vout輸出高5電平（飽和輸出）; VB〉VA時(shí)，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)電壓大。如果把VA輸入到反相端，VB輸入到同相端，VA及VB的電壓變化仍然如圖1（b）所示，則Vout輸出如圖1（d）所示。與圖1（c）比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與VA、VB的輸入立有關(guān)。

　　圖2（a） 是雙電源（正負(fù)電源）供電的比較器。如果它的VA、VB輸入電壓如圖1（b）那樣，它的輸出特性如圖2（b）所示。VB》VA時(shí)，Vout輸出飽和負(fù)電玉。

　　如果輸入電壓VA與某一個(gè)固定不變的電壓VB相比較，如圖3（a）所示。此VB稱為參考電壓、基準(zhǔn)電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0V（地電平），如圖3（b）所示，它一般用作過零檢測(cè)。

　　電壓比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來(lái)的，電壓比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于電壓比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門］的電壓比較器集成電路。圖4（a）由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA.VB 及4個(gè)電的關(guān)系式為： Vout=（1+RF/R1）-R3/（R2+RF/R1為放大器的R3）VA-（RF/R1）VB。巖R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1（VA-VB），增益。

　　當(dāng)R1=R2=0（相當(dāng)于R1、R2知路），R3=RF=0（相當(dāng)于R3、RF開路）時(shí)，Vout=oo增益成為無(wú)窮大，其電路圖就形成圖4（b）的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時(shí)，其增益并非無(wú)窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無(wú)窮大。從圖4中可以看出，比較器電路就是一一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中RF=o，R1=0時(shí)，它就變成與圖3（b）一樣的比較器電路了。

　　電壓比較器與運(yùn)放的差別

　　運(yùn)放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運(yùn)放的開環(huán)增益更高，輸入失調(diào)電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高（使比較器響應(yīng)速度更快）。另外，電壓比較器的輸出級(jí)常用集電極開路結(jié)構(gòu)，如圖6所示，它外部需要接一個(gè)上拉電阻或者直接驅(qū)動(dòng)不同電源電壓的負(fù)載，應(yīng)用上更加靈活。但也有一些比較器為互補(bǔ)輸出，無(wú)需上拉電阻。

　　如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時(shí)這里順便要指出的是，比較器電路本身也有技術(shù)指標(biāo)要求，間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運(yùn)放的參數(shù)相同。在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)放來(lái)作比較器電路。如在A/D變換器電路中要求采用精密比較器電路。由于比較器與運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其大部分參數(shù)（電特性參數(shù)）與運(yùn)放的參數(shù)項(xiàng)基本一樣（如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等）。

　　由此我們可以總結(jié)出以下結(jié)論：

　　電壓比較器的輸出端由低電平轉(zhuǎn)換到高電平，或從高電平轉(zhuǎn)換到低電平需要一定的時(shí)間（決定電壓比較器的瞬態(tài)響應(yīng)），其次由于電壓比較器的時(shí)，增益是有限的，并且存在失調(diào)電壓，因此它的輸入端將出現(xiàn)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(duì)輸入電壓判別的靈敏度）。對(duì)于高性能的電壓比交器來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有高的開環(huán)增益A、低的失周電壓和高的壓擺率。顯然，一般的運(yùn)算放大器如果工作在開環(huán)狀態(tài)，也可以作為電壓比較器之用。但在運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮其輸出與輸入之間的線性傳輸特性以及頻率補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定性。因此，運(yùn)放的響應(yīng)時(shí)間和延遲時(shí)間往往不是很大，開環(huán)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(yùn)放來(lái)代替電壓比較器，在要求比較高的設(shè)計(jì)中通常是不合適的，而需要根據(jù)具體的要求設(shè)計(jì)電壓比較器。在設(shè)計(jì)電壓比較器時(shí)，其直流特性的設(shè)計(jì)原則基本上與運(yùn)放電路一致，而頻率特性的設(shè)計(jì)與運(yùn)放電路不同，通常電壓比較器在開環(huán)條件下工作，因此在電路內(nèi)部不需要考慮放大器閉環(huán)穩(wěn)定工作的頻率補(bǔ)償。

　　一般的電壓比較器采用四級(jí)結(jié)構(gòu)，前兩級(jí)和差分運(yùn)算放大器基本相同，只是把運(yùn)放中的補(bǔ)償電容去掉，后兩級(jí)使用CMOS反向器，這里的CMOS反向器的作用需要作一下說(shuō)明：前一個(gè)反向器（電壓比較器的第三級(jí)）并不是工作在高低電平狀態(tài)，而是工作在傳輸特性曲線中的轉(zhuǎn)折區(qū)（接近闡值電壓）。被當(dāng)做放大器使用，對(duì)差分信號(hào)起放大作用;后一個(gè)反向器（電壓比較器的第四級(jí)）在反向的同時(shí)，使電壓達(dá)到滿幅輸出。