電壓比較器是一種用來比較兩個(gè)或兩個(gè)以上模擬電平,并給出比較結(jié)果(可用數(shù)字量的1、0來表示)的功能部件??勺鳛槟M電路和數(shù)字電路之間接口的一種電路,即模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
所有運(yùn)算放大器,均處于負(fù)反饋的閉環(huán)狀態(tài)之下。一旦處于開環(huán),因其無窮大電壓放大倍數(shù)之故,勢(shì)必使其輸出級(jí)處于“飽和”或“截止”的兩個(gè)極端狀態(tài),而不再具備放大器的特征。但在某些應(yīng)用場(chǎng)合,恰恰需要利用放大器開環(huán)時(shí)輸出級(jí)所表現(xiàn)出的這種極端狀態(tài),如將兩個(gè)或兩個(gè)以上模擬量輸入量進(jìn)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(zhuǎn)換為數(shù)字表的轉(zhuǎn)換。其輸入、輸出已不存在線性關(guān)系。如果有一種器件,是專業(yè)從事輸入電壓比較而輸出開關(guān)量信號(hào)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(shù)字電路類別。從輸入看,尚具備線性電路特點(diǎn);從輸出看,已為典型的數(shù)字電路特點(diǎn)。其身份尷尬:非線性模擬電路(又是一個(gè)矛盾性定義,既為模擬,又何來非線性?)。
比較器有模擬和數(shù)字電路的兩重特性,是集成了二者之長(zhǎng)嗎?與二者相比,各有什么特點(diǎn)?它們能否相互替代呢?
圖1 比較器和數(shù)字電路、運(yùn)放電路
1)反相器
以數(shù)字電路中的ttl產(chǎn)品中的反相器為例。反相器是如何識(shí)別輸入信號(hào)的高、低電平呢?肯定有一個(gè)潛在的比較基準(zhǔn)。器件典型供電vcc為+5v,當(dāng)輸入電壓低于1.5v(30%vcc以下,比較基準(zhǔn)之一)時(shí),為輸入低電平信號(hào),此時(shí)輸出端為高電平狀態(tài);當(dāng)輸入電壓高于3.5v(60%vcc以上,比較基準(zhǔn)之二)時(shí),為高電平信號(hào)輸入,此時(shí)輸出端為代電平狀態(tài);當(dāng)輸入信號(hào)在低于3.5v高于1.5v的范圍之內(nèi),會(huì)引起識(shí)別混亂或無法識(shí)別,從而不能確定輸出狀態(tài)(因此這一輸入電壓范圍也被稱為非法信號(hào))。
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(gè)動(dòng)作閾值是不能變動(dòng)的,且在中間有“一大片”不確定區(qū)域。更談不上動(dòng)作精度,僅是大致范圍。
顯然,數(shù)字電路僅適用于對(duì)高、低電平的識(shí)別,而無法對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行比較。
2)運(yùn)放電路
在要求比較精度不是很嚴(yán)格的場(chǎng)所,一般運(yùn)放電路也能暫時(shí)“充任”比較器的角色。而做為理想比較器:
a)比較動(dòng)作閾值是穩(wěn)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(yùn)放電路有極大的電壓放大倍數(shù),以使輸出級(jí)進(jìn)入切實(shí)的飽和(或截止)狀態(tài)。
如果使用運(yùn)用電路來替代,由于器件的離散性,很難達(dá)到此兩點(diǎn)要求(運(yùn)放電路更適應(yīng)于閉環(huán)工作)。
3)比較器
根據(jù)精確比較要求,采取了特定的技術(shù)措施,來專業(yè)從事電壓比較“事務(wù)”的器件,即比較器。其優(yōu)點(diǎn)如下:
有精確的比較動(dòng)作閾值,10mv;
可以任意設(shè)置比較基準(zhǔn)點(diǎn),夸張點(diǎn)兒說,在供電電壓范圍以內(nèi)的任意一個(gè)點(diǎn),都可以設(shè)置為比較基準(zhǔn)點(diǎn),如0v地電平、0.45v、6.8v等,這在數(shù)字電路是無法做到的(圖1中采用rp整定基準(zhǔn)比較電壓,就是為了說明這一點(diǎn))。
輸出端為確定的高、低電平狀態(tài),即輸出級(jí)能實(shí)實(shí)在在的工作于飽和或截止?fàn)顟B(tài)(這是相關(guān)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(lián)輸出,這是運(yùn)放電路所根本無法做到的。