在電(dian)子產品中，比較器(qi)用于比較在比較器(qi)兩(liang)個(ge)輸(shu)入端給出的兩(liang)個(ge)電(dian)壓或電(dian)流。這意味著它需(xu)要(yao)兩(liang)個(ge)輸(shu)入電(dian)壓，然(ran)后將它們進(jin)行比較并給出一個(ge)差(cha)分輸(shu)出電(dian)壓，無論是高電(dian)平還是低電(dian)平信號。

    比較器(qi)用于檢測任意變化的輸入信號何時達到參考電平或定義的閾值電平，可以通過使(shi)用二(er)極管、晶體管、運算放大器(qi)等各種(zhong)組件(jian)來設計(ji)，主要用于驅(qu)動(dong)邏輯電路的許多電子應用中(zhong)。

    在(zai)本文(wen)中，小編將(jiang)簡單介紹下(xia)運算(suan)(suan)放(fang)大器(qi)(qi)用作比較(jiao)(jiao)器(qi)(qi)的(de)工作原(yuan)理(li)和(he)電路(lu)圖。當然(ran)，首(shou)先需(xu)要(yao)了解的(de)是運算(suan)(suan)放(fang)大器(qi)(qi)和(he)比較(jiao)(jiao)器(qi)(qi)電路(lu)。

    運(yun)算放大器(qi)電路

    由兩(liang)個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)端組成(cheng)的(de)(de)(de)高(gao)增益直流耦合電(dian)(dian)子電(dian)(dian)壓放(fang)(fang)(fang)大器如下圖(tu)所示，差分(fen)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)被(bei)饋送(song)到運算放(fang)(fang)(fang)大器的(de)(de)(de)兩(liang)個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)端（反相(xiang)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)端和(he)同相(xiang)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)端），并(bing)在(zai)Vout端產生單(dan)個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出電(dian)(dian)位(wei)。因此，饋送(song)到其兩(liang)個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)端的(de)(de)(de)電(dian)(dian)位(wei)差被(bei)放(fang)(fang)(fang)大以產生放(fang)(fang)(fang)大的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出。這個(ge)放(fang)(fang)(fang)大的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出等于(yu)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)信號之間(jian)數十萬倍(bei)的(de)(de)(de)差異。

    放大(da)器的輸(shu)出可以(yi)用公(gong)式(shi)表示為：

    Vout=AOL(V+–V-)

    其中，AOL是放大(da)器的(de)開環增益，V+是放大(da)器的(de)同(tong)相輸入，V-是放大(da)器的(de)反相輸入。

    即使(shi)有各(ge)種類型的運(yun)算放(fang)大器(qi)，但LM741幸好運(yun)算放(fang)大器(qi)經常用作幾個(ge)電子電路中的比較器(qi)電路。

    當仔(zi)細觀察比(bi)較器符號(hao)時(shi)，如何辨認它是(shi)不是(shi)運算放(fang)(fang)大器（OperationalAmplifier）符號(hao)，，也就是(shi)說，這個比(bi)較器與(yu)運算放(fang)(fang)大器的(de)區別是(shi)什么？

    其實，運(yun)算(suan)(suan)(suan)放大(da)器(qi)(qi)設計用于(yu)接(jie)受(shou)模擬信號并輸出模擬信號，而比(bi)較(jiao)(jiao)器(qi)(qi)僅將(jiang)(jiang)輸出作(zuo)為(wei)數(shu)字(zi)信號；雖然可以(yi)使(shi)用普通運(yun)算(suan)(suan)(suan)放大(da)器(qi)(qi)作(zuo)為(wei)比(bi)較(jiao)(jiao)器(qi)(qi)，如(ru)果將(jiang)(jiang)二極管(guan)或晶(jing)體管(guan)添加到放大(da)器(qi)(qi)的輸出中，則運(yun)算(suan)(suan)(suan)放大(da)器(qi)(qi)通常可以(yi)用作(zuo)電壓比(bi)較(jiao)(jiao)器(qi)(qi)），但與多用途運(yun)算(suan)(suan)(suan)放大(da)器(qi)(qi)相比(bi)，真正的比(bi)較(jiao)(jiao)器(qi)(qi)被設計為(wei)具有(you)更(geng)快的開關時(shi)間。因(yin)此，可以(yi)說比(bi)較(jiao)(jiao)器(qi)(qi)是專(zhuan)門設計用于(yu)提供數(shu)字(zi)輸出的運(yun)算(suan)(suan)(suan)放大(da)器(qi)(qi)的修改版本(ben)。

    比(bi)較器電路圖

    比較器設備由兩個(ge)(ge)輸(shu)入端(duan)子(zi)組成，其中參考輸(shu)入信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)被(bei)饋(kui)送到一(yi)(yi)個(ge)(ge)端(duan)子(zi)，信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的實際(ji)值被(bei)饋(kui)送到另一(yi)(yi)個(ge)(ge)端(duan)子(zi)。然后，基(ji)于饋(kui)送到兩個(ge)(ge)輸(shu)入端(duan)的兩個(ge)(ge)輸(shu)入信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)之間的差(cha)異，在輸(shu)出(chu)端(duan)產生一(yi)(yi)個(ge)(ge)輸(shu)出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)。此生成的輸(shu)出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)為0（低）或1（高(gao)）。

    在電(dian)氣和電(dian)子術語中，用于比較(jiao)(jiao)饋入(ru)(ru)(ru)兩個(ge)模擬(ni)輸入(ru)(ru)(ru)端子的兩個(ge)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)或電(dian)流信(xin)號(hao)，從而產生一個(ge)二進制數字輸出信(xin)號(hao)以指示較(jiao)(jiao)大輸入(ru)(ru)(ru)信(xin)號(hao)的設備(bei)稱(cheng)為(wei)比較(jiao)(jiao)器(qi)電(dian)路。

    在上述比較器電路中，兩(liang)個模擬輸(shu)入端(duan)分(fen)別(bie)表(biao)示為V+(Vin)和V-(Vref)。數字輸(shu)出在輸(shu)出端(duan)V0(Vout)產生。比較器電路的(de)輸(shu)出信(xin)號由下式給(gei)出：

    如果V+>V-（Vin大(da)于Vref），則V0=1，果V+<V-（Vin小于Vref），則V0=0。

    通(tong)常情況(kuang)下，比較器用于諸(zhu)如張弛振(zhen)蕩器、模數(shu)轉換(huan)器（ADC）等設備中，也用于測量(liang)模擬信(xin)號的設備中。比較器由(you)高增益(yi)差分放(fang)大(da)器組成，可以使用運算放(fang)大(da)器作(zuo)為比較器電路。

    比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)一般分為電(dian)(dian)氣比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)、電(dian)(dian)子(zi)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)、機(ji)械比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)、光學比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)、sigma比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)、氣動比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)、數字(zi)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)等多種類型。這些比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)器(qi)(qi)電(dian)(dian)路通常用于設計電(dian)(dian)氣和電(dian)(dian)子(zi)項目。

    運算放大器(qi)作(zuo)為(wei)比較器(qi)

    運算(suan)放大器(qi)，可在許多電(dian)子電(dian)路(lu)中(zhong)用(yong)作(zuo)比較器(qi)電(dian)路(lu)。例如(ru)，考慮一(yi)個溫控開關；然后根據溫度進行切換操作(zuo)。如(ru)果實際(ji)溫度值超過預設的參考溫度值，則溫度傳感器(qi)相應地產生輸出電(dian)壓（低或高(gao)）。

    如(ru)果只考(kao)(kao)慮基本的(de)比(bi)較器布置，那么(me)就會(hui)有(you)由噪聲引起(qi)的(de)高(gao)頻電(dian)壓變化(hua)。在特別設計(ji)為(wei)比(bi)較器電(dian)路的(de)運算放(fang)大器的(de)情況下，需要(yao)考(kao)(kao)慮這個問題。只要(yao)輸(shu)入電(dian)壓信號(hao)和參考(kao)(kao)電(dian)壓信號(hao)彼此接近，就會(hui)產生(sheng)這種噪聲。

    高頻電(dian)(dian)(dian)壓(ya)變化是由于噪(zao)聲的(de)隨(sui)機性引起的(de)，輸(shu)入信號電(dian)(dian)(dian)壓(ya)會快速(su)連續地(di)大于或小(xiao)于參考(kao)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)。因此，輸(shu)出(chu)信號將在其(qi)最大電(dian)(dian)(dian)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)平和最小(xiao)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)平之間振(zhen)蕩。這(zhe)個問題可以通過應用(yong)滯(zhi)(zhi)后來減少。當(dang)然(ran)，也(ye)可以通過使(shi)用(yong)正反饋將遲(chi)滯(zhi)(zhi)應用(yong)于運(yun)算放大器(qi)比(bi)(bi)較器(qi)電(dian)(dian)(dian)路來調整施密特觸(chu)發器(qi)電(dian)(dian)(dian)路布置中的(de)遲(chi)滯(zhi)(zhi)間隙(xi)。如上圖所示，將運(yun)算放大器(qi)顯示為具有遲(chi)滯(zhi)(zhi)的(de)比(bi)(bi)較器(qi)電(dian)(dian)(dian)路。

    運(yun)算放大器作為比較器電路的工作過程

    一(yi)般而言，運(yun)算(suan)放(fang)大(da)(da)器的輸(shu)出會(hui)在正負波動(dong)到(dao)一(yi)個大(da)(da)約等于(yu)電(dian)源(yuan)電(dian)位的極(ji)端電(dian)壓。例如(ru)，某運(yun)算(suan)放(fang)大(da)(da)器連接到(dao)+/-18V，則最(zui)大(da)(da)輸(shu)出電(dian)壓為+/-15V。這是由于(yu)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)(da)器的極(ji)高開(kai)環(huan)增益（10,000到(dao)100萬(wan)）。因(yin)此(ci)(ci)，如(ru)果任何輸(shu)入產生+/-150微伏的電(dian)壓差(cha)，那么它將被(bei)放(fang)大(da)(da)大(da)(da)約一(yi)百萬(wan)倍，并且(qie)輸(shu)出被(bei)驅動(dong)到(dao)飽(bao)和狀態。因(yin)此(ci)(ci)，輸(shu)出保持(chi)在其最(zui)大(da)(da)值或最(zui)小值。

    在儀表中(zhong)使用運算放大(da)器作為比(bi)較器時，開環(huan)可用于比(bi)較兩個電(dian)(dian)壓(ya)。因此，根(gen)據輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)與參(can)(can)考電(dian)(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)之間的(de)差(cha)異，輸(shu)出Vout將(jiang)等于最大(da)高值(zhi)(zhi)或最小低值(zhi)(zhi)（輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)將(jiang)大(da)于或小于參(can)(can)考電(dian)(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)幾微(wei)伏）。

    參考(kao)(kao)電(dian)(dian)壓(ya)被饋(kui)送到運算放(fang)大器的非反(fan)相輸入(ru)端，可變電(dian)(dian)壓(ya)被饋(kui)送到運算放(fang)大器的反(fan)相輸入(ru)端。考(kao)(kao)慮上圖中所示的運算放(fang)大器比較(jiao)器電(dian)(dian)路(lu)圖，如果(guo)饋(kui)入(ru)引腳2的電(dian)(dian)壓(ya)大于(yu)饋(kui)入(ru)引腳3的參考(kao)(kao)電(dian)(dian)壓(ya)，則輸出電(dian)(dian)壓(ya)變低(di)并(bing)(bing)略大于(yu)–Vs。如果(guo)饋(kui)入(ru)引腳2的電(dian)(dian)壓(ya)小于(yu)饋(kui)入(ru)引腳3的參考(kao)(kao)電(dian)(dian)壓(ya)，則輸出電(dian)(dian)壓(ya)會變高(gao)并(bing)(bing)且略低(di)于(yu)+Vs。

    有(you)許多運算放大器(qi)(qi)(qi)(qi)專用(yong)于比(bi)較(jiao)器(qi)(qi)(qi)(qi)操作，這些(xie)運算放大器(qi)(qi)(qi)(qi)比(bi)較(jiao)器(qi)(qi)(qi)(qi)電路用(yong)于高速(su)比(bi)較(jiao)，而且(qie)這些(xie)運算放大器(qi)(qi)(qi)(qi)比(bi)較(jiao)器(qi)(qi)(qi)(qi)電路的輸出狀(zhuang)態在不到1微秒內發(fa)生(sheng)變化(hua)。但是，這些(xie)高速(su)比(bi)較(jiao)運算放大器(qi)(qi)(qi)(qi)比(bi)較(jiao)器(qi)(qi)(qi)(qi)電路消(xiao)耗更多功率，具體(ti)取決于比(bi)較(jiao)速(su)度(du)。

   ; 根據比(bi)較(jiao)的(de)(de)速度和功(gong)耗的(de)(de)大小，這(zhe)些比(bi)較(jiao)器分為不同的(de)(de)類型，特定的(de)(de)運算放大器比(bi)較(jiao)器可用于(yu)特定應用。

    運算放大器(qi)作為比(bi)較器(qi)應用示例

    1、使用Arduino項目的(de)基于無(wu)線傳感(gan)(gan)器網絡的(de)土壤溫濕(shi)度監測系統(tong)(tong)(tong)旨在開(kai)發(fa)一(yi)種自動灌溉系統(tong)(tong)(tong)，該(gai)系統(tong)(tong)(tong)通過感(gan)(gan)應土壤水分含量來控制(zhi)泵電機的(de)開(kai)關操作（開(kai)和關）。

    感(gan)應(ying)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)感(gan)應(ying)土(tu)壤(rang)的水分(fen)，并向(xiang)Arduino板提供適(shi)當(dang)的信號。這是使用運算放(fang)大器(qi)(qi)作(zuo)為(wei)比(bi)較器(qi)(qi)電路來實現的，該電路充當(dang)傳感(gan)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)和微控制器(qi)(qi)之間(jian)的接(jie)口。基于從傳感(gan)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)接(jie)收到的信號，水泵(beng)運行(xing)。LCD顯示(shi)(shi)屏用于顯示(shi)(shi)土(tu)壤(rang)含水量(liang)和水泵(beng)狀態。

    2、煙霧報警器(qi)電路，光(guang)電二(er)極管(guan)發射的光(guang)被光(guang)電晶體管(guan)Q1和Q2檢測到，頂部區域是密封的，因此晶體管(guan)Q1的工作點不會改變(bian)，所以(yi)該工作點用作比較器(qi)的參考。

    當煙(yan)霧進(jin)(jin)入(ru)下(xia)部區(qu)域時，光(guang)電(dian)晶(jing)體管(guan)Q2的(de)工作點發生(sheng)變化，從(cong)而導(dao)致電(dian)壓(ya)Vin從(cong)基值（無煙(yan)霧）值Vin(no_smoke)發生(sheng)變化。由于煙(yan)霧進(jin)(jin)入(ru)該區(qu)域，光(guang)電(dian)晶(jing)體管(guan)基極(ji)處的(de)光(guang)強度降低，基極(ji)電(dian)流減小，電(dian)壓(ya)Vin將從(cong)基極(ji)（無煙(yan)霧）值Vin（no_smoke）增(zeng)加。當電(dian)壓(ya)Vin超過Vref時，比較(jiao)器的(de)輸(shu)出(chu)從(cong)VL切換(huan)到VH，從(cong)而觸(chu)發警報。

    簡單來說，比(bi)較(jiao)器就是對兩個(ge)或多個(ge)數據(ju)項進行比(bi)較(jiao)，以(yi)確定(ding)它們是否相等(deng)，或確定(ding)它們之間的(de)大小關系及排(pai)列順序稱為比(bi)較(jiao)。

    一般情況下，運算(suan)放大器(qi)是被用(yong)(yong)作比較器(qi)的常(chang)用(yong)(yong)電子元器(qi)件，但需(xu)(xu)要注意(yi)的是，由于運算(suan)放大器(qi)的開(kai)環(huan)增(zeng)益(yi)非常(chang)高，它只能處(chu)理輸入差分電壓非常(chang)小的信號，具體是否使用(yong)(yong)還要看(kan)特(te)定(ding)的應用(yong)(yong)需(xu)(xu)求。