比較器是一種電子設(shè)備或電路，用于比較兩個電壓或電流信號的大小，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生一個輸出信號。比較器在電子系統(tǒng)中扮演著重要的角色，廣泛應(yīng)用于模擬電路、數(shù)字電路以及混合信號電路中。

比較器的基本概念

定義

比較器是一種電子電路，它可以接收兩個輸入信號，并根據(jù)這兩個信號的大小關(guān)系產(chǎn)生一個高電平或低電平的輸出。當(dāng)正輸入（非反相輸入）大于負(fù)輸入（反相輸入）時，輸出為高電平；當(dāng)正輸入小于負(fù)輸入時，輸出為低電平。

工作原理

比較器的工作原理基于運算放大器。實際上，一個基本的比較器可以看作是一個去掉反饋回路的運算放大器。當(dāng)運算放大器的正輸入端電壓高于負(fù)輸入端時，輸出端會飽和到正電源電壓；反之，當(dāng)正輸入端電壓低于負(fù)輸入端時，輸出端會飽和到負(fù)電源電壓。

比較器的類型

開環(huán)比較器

開環(huán)比較器是最簡單的形式，它不包含任何反饋機制。開環(huán)比較器的輸出在正電源電壓和負(fù)電源電壓之間快速切換，沒有中間狀態(tài)。

滯后比較器

滯后比較器（或稱為施密特觸發(fā)器）在輸出切換時引入了滯后效應(yīng)。這意味著正輸入必須高于負(fù)輸入一定值才能使輸出從低電平切換到高電平，而負(fù)輸入必須低于正輸入一定值才能使輸出從高電平切換到低電平。滯后效應(yīng)可以減少輸出的抖動和噪聲。

窗口比較器

窗口比較器可以提供兩個閾值電壓，當(dāng)輸入電壓在這兩個閾值之間時，輸出為低電平；當(dāng)輸入電壓超出這個范圍時，輸出為高電平。窗口比較器通常由兩個滯后比較器反向連接構(gòu)成。

比較器的特點

快速響應(yīng)

比較器能夠提供快速的響應(yīng)時間，因為它們通常具有很高的增益和帶寬。

無反饋

與運算放大器不同，比較器通常不使用反饋回路，這使得它們的輸出可以快速切換。

輸出為數(shù)字信號

比較器的輸出為數(shù)字信號（高電平或低電平），這使得它們可以很容易地與數(shù)字電路接口。

簡單結(jié)構(gòu)

比較器的結(jié)構(gòu)相對簡單，通常只需要少量的外部元件。

滯后效應(yīng)

滯后比較器具有滯后效應(yīng)，可以減少噪聲和抖動，提高電路的穩(wěn)定性。

可調(diào)節(jié)閾值

比較器的閾值電壓可以通過外部電阻或電壓源進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

比較器的應(yīng)用

模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換

比較器在模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）中起著關(guān)鍵作用，尤其是在逐次逼近寄存器（SAR）ADC中。

電壓監(jiān)測

比較器常用于電壓監(jiān)測和保護(hù)電路，例如過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)。

信號整形

比較器可以用來整形信號，消除噪聲和抖動，提供清晰的數(shù)字輸出。

振蕩器

滯后比較器可以用于構(gòu)建振蕩器，如方波振蕩器和三角波振蕩器。

數(shù)據(jù)恢復(fù)

在通信系統(tǒng)中，比較器用于從接收到的模擬信號中恢復(fù)出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

比較器的設(shè)計考慮

電源電壓

比較器的電源電壓應(yīng)高于預(yù)期的最大輸入電壓，以確保輸出可以飽和到高電平。

輸入偏置電流

輸入偏置電流可能會影響比較器的性能，特別是在低輸入電壓下。

增益帶寬積

比較器的增益帶寬積（GBW）是其性能的重要參數(shù)，高GBW意味著更快的響應(yīng)時間。

輸出驅(qū)動能力

比較器的輸出驅(qū)動能力應(yīng)足以驅(qū)動后續(xù)的數(shù)字電路或負(fù)載。

滯后電壓

滯后比較器的滯后電壓應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行選擇，以確保足夠的穩(wěn)定性。

結(jié)論

比較器是一種功能強大的電子電路，它在電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。通過理解比較器的工作原理、特點和設(shè)計考慮，工程師可以有效地利用比較器來實現(xiàn)各種功能。無論是在模擬信號處理、數(shù)字信號處理還是混合信號處理中，比較器都是一種不可或缺的工具。