比较器电路采用IC 741、IC 311、IC 339

比较器电路的基本功能，用来比较其输入引脚上的两个电压电平，并产生一个输出来显示哪个输入电压的电势比另一个高。

在本文中，我们将详细学习如何正确设计比较电路使用流行的集成电路，如IC 741, IC 311和IC LM339

比较器与运算放大器的区别

IC 741是单运算放大器的一个理想例子，而IC LM311可以被认为是专用单比较器的一个很好的例子。

你会发现这两个单位有一个相同的“三角形”形状的设备符号内部，我们通常认识和使用绘制比较电路。然而，这两种形式的比较器的输出响应可能有一些主要的差异。

虽然运算放大器和比较器都可以配置为在它们的输入引脚比较差分信号，但它们之间的主要区别是:

• 在供电条件下，运放的输出要么是正的，要么是负的，这取决于输入引脚电压水平，但永远不能打开。相比之下，比较器输出可以是开置或接地(负)，也可以是浮动的。
• 一个运算放大器的输出可以在没有任何上拉或下拉电阻的情况下工作，但是一个比较器总是需要一个外部上拉或下拉电阻来使输出级正常工作。
• 运算放大器可用于构建高增益放大电路，比较器不能用于此类应用。
• 运算放大器的输出开关响应通常比比较器集成电路慢。

一个经典的比较器电路设计如下图所示:

在这里，输出响应一个“高”数字信号，当在非反相(+)输入的电压高于反相(-)输入。相反，当非反相输入电压低于反相输入电压时，输出变成一个低数字信号。

参考上图，我们可以看到具有一个输入（本实施例中的反相输入）的比较器电路的标准连接，该输入引脚和另一输入引脚连接到连接到输入信号电压的非关系输入．

当Vin处于低于+2 V的参考电压时，输出保持在-10 V左右。如果Vin增加到+2 V以上，输出立即改变状态，并将高到+10 V左右。输出从-10 V到+10 V的状态变化表明Vin已经高于+2 V的参考值。

任何比较器内部的主要组件都是一个运放电路，它设置在一个非常高的电压增益。为了准确地研究比较器的工作，我们可以以IC 741为例，如下所示:

在这里，我们可以看到反相输入PIN2（ - ）参考地或0 V级。正弦信号施加在PIN3上，该PIN3是运算放大器的非反相输入。这交替地变化的正弦信号导致输出在高输出状态之间切换，如图像右侧所示。

当输入Vin在0 V基准上移动哪怕一毫伏，这种差异就会被集成电路内部的高增益运放放大，导致输出在输出正饱和水平上走高。只要Vin信号保持在0 V参考线上，这种情况就会持续。

现在，一旦信号电平下降到0V参考下方的阴影，输出被驱动到其较低饱和度。同样，只要VIN输入信号保持在0 V参考电平以下即可，就会维持这种情况。

在图像中呈现的上述说明和波形清楚地指示用于线性变化的输入信号的输出的数字响应。

对于正常应用，参考电平不必在0v，而可以根据要求为任何正电平。而且，在需要的情况下，参考也可以连接到正极或负极供电线，而输入信号应用于其他输入引脚。

采用IC 741作为比较器

在下面的例子中，我们将学习如何有效地使用运算放大器作为比较器

在图中，我们可以看到一个运算放大器电路在其反相输入引脚(-)处有一个正参考集。输出带有LED。

利用分压器网络公式，我们可以计算出IC的(-)输入脚上的参考电压值。

Vref = 10k / 10k + 10k x + 12v = + 6v

由于这个参考点与IC的(-)引脚相关，如果在(+)输入处的电压Vin高于这个参考点或变得比参考点更正，将迫使输出Vo切换到它的正饱和水平。

这将导致LED照亮，表明VIN变得比+6 V的参考水平更积极。

相反，如果将非反相输入(+)配置为参考引脚，将Vin应用于反相输入(-)引脚，当Vin输入低于参考值时，输出就会变低，反之亦然。

这将立即导致LED关闭。

因此，通过适当地将输入引脚与参考电平和输入信号连接起来，LED可以为给定的输入信号开关ON或OFF。

使用专用比较器IC单元

通常运算放大器作为比较器电路工作，但使用专用的比较器IC工作甚至优于比较器应用程序的运算放大器。

比较器IC专门设计用于比较器功能，并显示出改进的响应，例如在正极和负电平之间的输出时更快地切换。

这些IC具有更高的噪声免疫力，并且在很多场合，输出可以直接用于驱动负载。

让我们从以下讨论中详细了解几个流行的比较器IC。

使用IC 311的比较器电路

上图显示了比较器ic311的内部布局和引脚细节。该集成电路也被设计为在+ 15v和- 15v范围内的双电源运行，这是所有现代数字集成电路的标准兼容水平。

IC内的输出级具有双极晶体管，具有浮动收集器和发射极端子。这意味着可以配置该晶体管的输出可以以两种不同的方式配置：

1. 通过添加一个上拉电阻与集电极引脚7和接地发射器引脚1，然后使用集电极作为输出。
2. 通过将集电极与正极线连接，并使用发射器作为输出。

晶体管输出也可用于驱动继电器或小负载，如灯直接没有任何外部缓冲级。

该集成电路还具有一个平衡和一个可随输出选通的频闪输入。

我们将在以下几节中讨论该IC的一些有用的应用:

上面的图显示了如何配置IC 311像一个讨论二阶导数过零检测器当输入电压越过零线时，比较器感应输入电压。

311的反相输入(-)可以看到与地面连接。在此期间，输入信号处于正电平，输出晶体管保持开关ON，这在输出(晶体管集电极)处产生一个低(在本例中为-10)。

一旦输入信号变为负伏或低于0伏，晶体管就关闭。这就在集成电路的集电极输出处产生了一个正的10V。这使得我们能够知道输入信号何时高于零电平，何时低于零电平。

下图显示了如何使用IC 311比较器来制作频闪电路。

在该比较器电路示例中，当PIN3电压水平上升到PIN2参考时，输出PIN7将变为高电平。但这只能在PIN6选通输入引脚低或0 V时发生。

当一个高TTL频闪应用在晶体管的底部时，引脚6变低，导致IC输出晶体管关闭，从而使引脚7走高。

只要TTL输入保持高电平，输出就继续保持高电平，而不管pin3处的输入信号条件如何。

然而，如果TTL信号以频闪形式应用，那么输出在pin3处响应输入信号。简单地说，输出保持锁定在高电平，除非引脚6是频闪的。

如何连接继电器与比较器

下一个图显示了如何直接使用比较器311经营一个继电器．

在这里，当输入pin2的电压水平低于0 V时，pin3比pin2得到更多的正电。这导致内部晶体管的集电极关闭，从而打开继电器。的继电器触点可以用更重的负载连接，以执行所需的切换操作。

只要在PIN2处的（+）输入低于0 V，继电器保持接通。相反，当PIN2上有正信号时，继电器将保持关闭。

比较器电路使用IC 339

IC 339，也通常写成LM339，是一个四比较器IC。意思是，它包括4个独立的电压比较器，其输入和输出通过IC封装的各自外部引脚适当地终止，如下所示。

就像其他比较器一样，每个比较器块都有两个输入和一个输出。当IC通过对Vcc和接地引脚施加电压供电时，它将所有比较器一起供电。因此，即使使用一个比较器，其他3个比较器也会消耗一些能量。

所有的比较器都具有完全相同的特性，因此我们可以通过分析其中任何一个比较器来了解比较器的基本功能。

当一个正的差分输入被应用到整个输入端子，意思是当应用信号之间的差异是正的，它把输出晶体管关闭。这导致输出显示开路，或浮动开路。

当差分输入是负的，也就是说当应用的信号之间的差在输入引脚是负的，它打开比较器的输出晶体管，这导致比较器的输出引脚变成负的，或在V电位。

从上图可以看出，当IC的非反相(+)输入作为参考引脚时，在反相输入引脚(-)处低于这个参考引脚的电压将导致比较器的输出变为开路。另一方面，如果(-)被用作参考引脚，在(+)输入的电压水平高于参考，将导致输出变为负或在V-

为了了解IC 339如何像比较器一样工作，下面的例子展示了IC作为零交叉检测器。

输入信号高于0 V的那一刻，输出在V +电平下变高。仅在0V以下输入时，仅在V-v-时关闭输出。

如前所述，参考电平不需要为0 V，它可以改变为任何其他所需的级别。此外，还可以使用其他输入引脚（+）作为参考引脚，而（ - ）输入引脚作为信号输入引脚，用于接受变化的输入信号。

比较器集成电路中浮点输出的优点

如前所述，比较器的输出通过BJT进行切换，BJT有一个开路集电极作为输出。这提供了从IC 339直接连接两个比较器的输出的优点，就像一个或门．

下面可以在窗口比较器电路的一个很好的例子。这里，两个IC 339比较器块配置有单个公共输入信号，并且输出连接为或栅极。

每当输入信号交叉较低设定阈值或上部设定阈值时，相应比较器的输出将低低，从而使用户能够知道信号何时超出设定窗口电平。

窗口比较器可以用于一些有用的应用程序，例如高低压保护器电路，和太阳能跟踪器电路等。

结论

通过以上解释，我们了解到:

比较器基本上是具有两个补充输入的单元，以及一个响应输出。当输入一个输入上的电压电平高出或低于另一个输入时，输出变为高或低，这取决于将其作为参考或固定电压电平的输入。

虽然运算放大器也可以像比较器一样使用，但专门的比较器IC更好地设计成比较器。

专用比较器IC如LM311，LM339，专为比较器应用而设计，响应快，灵活的高电流输出能力。

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