电压比较器的必备知识，你知道几个？！_泰州领晟电子科技有限公司

1.电压比较器的基础知识

电压比较器已广泛应用于各种控制电路和保护电路中；特别是在现代液晶和等离子平板电视中，它们得到了广泛的应用。在平板电视中，尤其是故障率较高的开关电源、驱动电路、背光板电路中，保护电路比比皆是；它们对电路的安全和保护起到了很大的作用，也给我们的维护带来了问题。改进：必须了解并掌握电压比较器的原理和工作方法，才能顺利完成故障修复。这里简单介绍一下电压比较器的一些基本知识。

电压比较器比较两个模拟电压的大小，判断哪个电压高、哪个电压低；比较结果在输出端表现为高电平或低电平。

由于比较两个电压，并且有比较结果的输出端，因此比较器必须有3个端子（除了电源和地）；两个输入端子，用于比较模拟电压；一个用于显示比较结果。输出端，如图1所示，是电路图中常用的电压比较器的符号。

图1

本文图1的符号中，左边有两个输入端；其中一个带“+”号的称为同相输入端；带“-”号的称为反相输入端；这两个端子输入需要比较模拟电压。右侧是输出端，输出比较结果。

两个输入端之间的电位与输出端电平的关系如下：

当同相输入端电压高于反相输入端电压时：输出端为高电平。

当同相输入端电压低于反相输入端电压时：输出端为低电平。

常用的比较器的输出端相当于一个没有集电极电阻的晶体管。使用时，输出端到电源正极一般需要接上拉电阻（选择3-15K）。这种输出称为OC输出（Open-Collector），即集电极开路输出。图2虚线框所示为BA10393的内部电路原理图。由图可知，输出端三极管Q6集电极内部开路；没有任何地方可以连接它；在具体应用中，需要在电源和集电极之间连接上拉电阻，如图3所示；或者连接如图4所示的分压电路（电源可以直接是电压比较器的VCC，也可以是另一个单独的电源+B；+B电压可以根据需要选择不同的电压值）。

图2

图3 图4

电压比较器的工作特性：

以图5为例做一个实验，了解电压比较器的特性；

图5 图6

图5中，电压比较器的同相输入端通过R1和R2组成的分压电路设置为3V（这是比较器的参考电压）。电压比较器的反相输入端连接电位器的动端。臂上电位器两端接6V电压，下端为0V，上端为6V。

此时，将电位器的动臂置于电位器的最下端（图中电位器下端虚线箭头所指的部分）；此时电压比较器反相输入端的电压为0V。在这种状态下；电压比较器的同相输入端的电压高于反相输入端的电压；输出为高电平。此时，将电位器的吊杆逐渐向上移动（图中箭头方向）。此时：电压比较器反向输入端的电压逐渐上升；当电位器臂移至3V位置时；此时反向输入端电压也上升至3V；同相输入端电压（3V）等于反相输入端电压；此时，输出端电压仍保持原来的高电平。只有电位器的臂杆继续向上移动；当反向输入端的电压超过同相输入端的电压时；即大于3V时；输出端高电平快速变为低电平。

电压比较器的灵敏度非常高；当出现上述情况时；当电位器的轰鸣上升时；当反向输入端电压超过同相输入端电压0.005V（5mV）时；电压比较器输出端电平迅速由高电平转换为低电平；根据电压比较器型号的不同，反向电压略有不同；但都在2mV到10mV之内。

同样，电位器的动臂可以放在电位器的最上端；如图6所示；此时电压比较器反相输入端的电压为6V。在这种状态下；电压比较器的同相输入端的电压低于反相输入端的电压；输出为低电平。此时，逐渐向下移动电位器吊杆（按图中箭头方向）。此时：电压比较器反向输入端的电压逐渐下降；当电位器的杆下降到3V位置时；反向输入端电压也降至3V。此时，同相输入端的电压（3V）与反相输入端的电压相等。此时，输出端电压仍保持原来的低电平；只有电位器的轰鸣声不断减小；当反相输入端电压低于同相输入端电压时；即小于3V时；输出端的高电平迅速上升为高电平。

图7

当然; 反相输入端还可以设置为：参考电压输入端；同相输入端连接到电位器的悬臂，使得当电位器的悬臂仍然按图5的过程变化时。输出端电平的变化与图5完全相反。以适应不同的保护控制电路应用。

OC输出的优点：

1、输出电平可任意设定；只要改变+B电压，输出端的高低电平就可以在选定的+B和0V状态之间变化（此时R3的阻值也需要适当改变）。

2、输出端可直接驱动光耦或发光二极管。只要根据不同用途适当选择+B电压，即可控制光耦的动作和发光二极管的亮度。保护控制电路或指示电路；如图8所示

图8

电压比较器有多种类型。与其他类型的集成电路相比，电压比较器的电路要简单得多，因此常常将多个独立的电压比较器封装在一个集成电路中；它们共享一个 VCC 和接地端子。

应用时，可以任意使用任意一个或全部电压比较电路。例如，电压比较器型号LM339是一款4电压比较器集成电路，内部封装了4个电压比较器电路。 LM393电压比较器是一款2电压比较器集成电路，内部封装了2个电压比较器电路。设计中可根据需要选择电路，如图9所示；这是4电压比较器LM339和2电压比较器LM393内部电压比较器的排列和引脚功能。

LM339 LM393

图9

本书在介绍三星KLS-320VE背光板电路的章节中，保护电路采用了两块电压比较器集成电路； IC102和IC502，型号为BA10393。这是ROHM的产品，是双电压比较器集成电路，内部有两个独立的电压比较器电路，完成背光管断路保护、背光管欠流工作保护和背光管高压过压保护的功能在背光板电路中。

图9为BA10393电压比较器的外观图及引脚功能。

图9

2、运算放大器基础知识：

了解了上面电压比较器的基本知识后，理解运算放大器就容易多了。

在上面介绍的电压比较器电路中，输入端比较两个模拟电压；比较结果在输出端以高电平和低电平表示。电压比较器的输出端实际上相当于一个“开关”。要求的是输出“开关”响应要快速、灵敏。我们可以简单地将电压比较器视为一个模拟压控“开关”。主要用于控制、保护等电路。

运算放大器; 它是一个真正的模拟信号放大电路。其输入端输入变化的模拟量（如音频信号，或线性变化的直流电压）；在输出端，输出一个幅度被放大但其他波形完全相同的不失真信号（输出信号波形各部分的比例与输入信号波形各部分的比例相同）。所谓“运算”一词，是指输出信号是输入信号经过某种数学运算的结果；即输出信号的各部分是输入信号对应部分的倍数（就像输出信号各部分的电压幅值是输入部分各部分的乘积一样）；它似乎是在乘以信号的幅度。换句话说，运算放大器是一种优秀的线性放大电路。

运算放大器由晶体管和其他放大元件组成。晶体管和其他放大元件本身就是非线性元件。用非线性放大元件制作线性放大器是非常困难的。运算放大器的组成采用了多种措施来实现信号的基本线性放大。

运算放大器的核心是带有恒流源的差分放大器。由于恒流源的作用，尽可能保证了晶体管的工作点，可以工作在晶体管特性曲线相对线性的区段。它还采用深度负反馈，使整个运放电路对信号具有良好的线性放大作用。为了保证一定的增益，运算放大器采用多级直流放大器的组合。它在制造过程中完成在芯片上，以集成电路运算放大器的形式出现；确保良好的耦合特性和稳定性。因此，运算放大器是高质量模拟放大器的代名词。

它广泛应用于模拟电子电路、仪器仪表和模拟计算机中。它还可以连接成不同的电路形式，应用广泛。早期，它用于模拟计算机，也用作加法器和乘法器。

图10

由于运算放大器的核心是差分放大器，因此它有两个输入端和一个输出端。其电路图上的符号及引脚位置与电压比较器相同；如图10所示；两个输入端与输出的关系又称为同相输入端和反相输入端。两个输入端均可输入信号（对称差分信号）；另外，一个输入端可以设置为参考电压，另一个输入端可以输入模拟信号。图11是运算放大器LM358内部的电路原理图，可以看出它比上面的电压比较器复杂得多，而且不是OC输出。图12是运算放大器的引脚图。 LM358内部有两个独立的运放电路，也可以单独使用。

由于运算放大器可以放大信号，所以用它来代替电压比较器进行电压比较显然是没有问题的。有很多电路的电压比较电路是利用运算放大器电路来完成的。然而，运算放大器用作电压比较器；它的灵敏度和响应速度都差很多，所以最好不要用它来代替。

但电压比较器永远不能用作运算放大器。

在一般的电路原理图中，仅凭符号很难区分运算放大器和电压比较器。只能通过电路分析来确定。

图11 图12

图13是背光板直流亮度控制电路的直流亮度控制电压的前端放大电路。

图13

放大电路采用双运放集成电路BA10358；左边的输入是0～3.3V变化的直流电压比较器的输出电压，右边的输出是加到多个亮度控制电路的控制电压，左边运算放大器的同相输入端连接在由R013和R010组成的分压电路比较器的输出电压，显然同相输入端连接参考电压，反相输入端连接直流控制电压。显然，左边运算放大器的输入端和输出端的信号相位是反比关系。

右运放的输出端和反相输出端直接连接在一起；这样，右侧运算放大器就以“电压跟随器”电路的形式连接起来。虽然电压增益为1，但输出阻抗大大降低，带负载能力强，图13，支持4路控制功能。

电压比较器和运算放大器虽然符号相同，但用途不同；一个是“比较开关”，另一个是“模拟放大”。一是要求“速度”，二是要求“线性”。

由于篇幅限制，仅介绍电压比较器和运算放大器的一些简单的入门知识。

电路原理图

电压比较器的必备知识，你知道几个？！

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