电压比较器

电压比较器

    电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中哪一个比较大。比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。
    
    基本原理：
    
    电压比较器的输出端由低电平转换到高电平，或从高电平转换到低电平时，需要一定的时间(决定电压比较器的瞬态响应)，其次由于电压比较器的增益是有限的，并且存在失调电压，因此它的输入端将出现不确定电压，该不确定电压将直接影响电压比较器的灵敏度(对输入电压判别的灵敏度)。对于高性能的电压比较器来说，应具有高的开环增益A、低的失调电压和高的压摆率。
    
    显然，一般的运算放大器如果工作在开环状态，也可以作为电压比较器之用。但在运放电路设计时，着重考虑其输出与输入之间的线性传输特性以及频率补偿的稳定性。因此，运放的响应时间和延迟时间往往不是很大，开环增益也不是很高。若需要高速或高灵敏度的电压比较器，采用运放来代替电压比较器，在要求比较高的设计中通常是不合适的，而需要根据具体的要求设计电压比较器。在设计电压比较器时，其直流特性的设计原则基本上与运放电路一致，而频率特性的设计与运放电路不同，通常电压比较器在开环条件下工作，因此在电路内部不需要考虑放大器闭环稳定工作的频率补偿。
    
    一般的电压比较器采用四级结构，前两级和差分运算放大器基本相同，只是把运放中的补偿电容去掉，后两级使用CMOS反向器，这里的CMOS反向器的作用需要作一下说明:前一个反向器(电压比较器的第三级)并不是工作在高低电平状态，而是工作在传输特性曲线中的转折区(接近阐值电压)。被当做放大器使用，对差分信号起放大作用;后一个反向器(电压比较器的第四级)在反向的同时，使电压达到满幅输出。