電壓比較器是一種用來比較兩個或兩個以上模擬電平,并給出比較結果(可用數字量的1、0來表示)的功能部件??勺鳛槟M電路和數字電路之間接口的一種電路,即模擬-數字轉換器。 所有運算放大器,均處于負反饋的閉環狀態之下。一旦處于開環,因其無窮大電壓放大倍數之故,勢必使其輸出級處于“飽和”或“截止”的兩個極端狀態,而不再具備放大器的特征。但在某些應用場合,恰恰需要利用放大器開環時輸出級所表現出的這種極端狀態,如將兩個或兩個以上模擬量輸入量進行比較,將兩者(或兩者以上)的大小分別用高電平(邏輯1)和低電平(邏輯0)表示,以完成將電平差轉換為數字表的轉換。其輸入、輸出已不存在線性關系。如果有一種器件,是專業從事輸入電壓比較而輸出開關量信號的,該器件就叫做電壓比較器。 因而該類器件既不歸屬于線性(模擬)電路類別,也不歸屬于數字電路類別。從輸入看,尚具備線性電路特點;從輸出看,已為典型的數字電路特點。其身份尷尬:非線性模擬電路(又是一個矛盾性定義,既為模擬,又何來非線性?)。 比較器有模擬和數字電路的兩重特性,是集成了二者之長嗎?與二者相比,各有什么特點?它們能否相互替代呢? 圖1 比較器和數字電路、運放電路 1)反相器 以數字電路中的TTL產品中的反相器為例。反相器是如何識別輸入信號的高、低電平呢?肯定有一個潛在的比較基準。器件典型供電Vcc為+5V,當輸入電壓低于1.5V(30%Vcc以下,比較基準之一)時,為輸入低電平信號,此時輸出端為高電平狀態;當輸入電壓高于3.5V(60%Vcc以上,比較基準之二)時,為高電平信號輸入,此時輸出端為代電平狀態;當輸入信號在低于3.5V高于1.5V的范圍之內,會引起識別混亂或無法識別,從而不能確定輸出狀態(因此這一輸入電壓范圍也被稱為非法信號)。 初步看來,反相器具有電壓回差范圍極大的滯回比較器特性,但1.5V和3.5V兩個動作閾值是不能變動的,且在中間有“一大片”不確定區域。更談不上動作精度,僅是大致范圍。 顯然,數字電路僅適用于對高、低電平的識別,而無法對輸入模擬信號進行比較。 2)運放電路 在要求比較精度不是很嚴格的場所,一般運放電路也能暫時“充任”比較器的角色。而做為理想比較器: a)比較動作閾值是穩定的,如10mV; b)在該閾值控制下,輸出端有確定的高、低電平變化。這要求運放電路有極大的電壓放大倍數,以使輸出級進入切實的飽和(或截止)狀態。 如果使用運用電路來替代,由于器件的離散性,很難達到此兩點要求(運放電路更適應于閉環工作)。 3)比較器 根據精確比較要求,采取了特定的技術措施,來專業從事電壓比較“事務”的器件,即比較器。其優點如下: 有精確的比較動作閾值,10mV; 可以任意設置比較基準點,夸張點兒說,在供電電壓范圍以內的任意一個點,都可以設置為比較基準點,如0V地電平、0.45V、6.8V等,這在數字電路是無法做到的(圖1中采用RP整定基準比較電壓,就是為了說明這一點)。 輸出端為確定的高、低電平狀態,即輸出級能實實在在的工作于飽和或截止狀態(這是相關措施所保障的)。專用開路集電極輸入型比較器,可以多路輸出端并聯輸出,這是運放電路所根本無法做到的。 |