工作原理

可以将比较器当作一个1位模/数转换器（ADC）。原则上，操作放大器可以作为比较器使用，而负反馈，但由于操作放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差电压非常小的信号。此外，一般来说，操作放大器的延迟时间较长，不能满足实际需要。比较器可以提供很小的时间延迟，但其频率响应特性有限。为了避免输出振荡，许多比较器也有内部滞回电路。比较器的阈值是固定的，有些只有一个阈值，有些有两个阈值。

性能指标

滞回电压

当比较器两个输入端之间的电压超过零时，输出状态将发生变化。由于输入端经常叠加一个小的波动电压，这些波动产生的差动模电压将导致比较器输出的连续变化。为了避免输出振荡，新的比较器通常有比较器mV滞回电压。滞回电压的存在使比较器的切换点变为两个:一个用于检测上升电压，另一个用于检测下降电压，电压门限（VTRIP）之差等于滞回电压（VHYST），滞回比较器的失调电压是TRIP 和VTRIP-的平均值。无滞回比较器的输入电压切换点为输入失调电压，而不是理想比较器的零电压。不平衡电压通常随温度和电源电压的变化而变化。通常，电源抑制比表示电源电压变化对不平衡电压的影响。

偏置电流

理想比较器的输入阻抗是无限的。因此，理论上对输入信号没有影响，但实际比较器的输入阻抗不能是无限的。输入端的电流通过信号源的内部电阻流入比较器，从而产生额外的压差。偏置电流（Ibias）用于测量输入阻抗影响的两个比较器输入电流的中值。MAX917系列比较器的最大偏置电流仅为2nA。

超电源摆幅

为进一步优化比较器的工作电压范围，Maxim公司利用NPN管与PNP管并联结构作为比较器的输入级，从而扩大比较器的输入电压。这样，下限可以低于最低电平，上限比电源电压高250mV，因此达到超电源摆幅（Beyond-theRail）标准。这个比较器的输入端允许有较大的共模电压。

漏电电压

由于比较器只有两种不同的输出状态（零电平或电源电压），比较器的输出水平具有充分的电源摆动特性，这使得输入和输出信号的压差很小。压差取决于比较器内部晶体管饱和状态下的发射结电压，对应于MOSFFET泄漏电压。

输出延迟时间

包括信号通过元件产生的传输延迟以及信号的升降时间。对于高速比较器，例如MAX961，典型的延迟时间值可以达到4.5ns，上升时间为2.3ns。设计中应注意不同因素对延迟时间的影响，包括温度、容性负荷、输入过度驱动等。

分类

1.过零电压比较器：典型的振幅比较电路，其电路图和传输特性曲线如图所示。

图：限流比较器。

2.电压比较器：将过零比较器的输入端从接地到固定电压值，得到电压比较器。

3.窗口比较器：电路由两个振幅比较器和一些二极管和电阻器组成。高电平信号的电位水平高于指定值VH在这种情况下，比较电路的正饱和输出。低电平信号的电位水平低于指定值VL在这种情况下，比较电路的负饱和输出。比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称窗口比较器。

4.滞回比较器：从输出引一个电阻分压分支到同相输入端。当输入电压vI从零逐渐增大，而且VI小于VT比较器的输出为正饱和电压，VT称为上限阀值(触发)电平。当输入电压VI>VT比较器输出为负饱和电压，VT电平称为下限阀值(触发)。

芯片

常见的芯片有LM324、LM358、uA741、TL081\2\3\4、OP07、OP27，这些都可以制成电压比较器(无负反馈)。LM339、LM393是一种专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用于特殊的电压比较场合。

图：LM324滞后比较器

应用

一个电流检测电路由四个比较器组成，可指示输入电流的四种状态，电阻和电阻“Shunt”用于将输入电流转换为电压信号，R1和R2用于设置运算放大器的增益，并为比较器提供所需的参考电压。R4～R7可用于设置与不同数字输出状态对应的检测门限。

过零比较器

过零比较器用于检测输入值是否为零。其原理是使用比较器比较两个输入电压。两个输入电压之一是参考电压Vr，一是要测量的电压Vu。一般Vr从正相输入端接入，Vu从反相输入端连接。根据比较输入电压的结果输出正向或反向饱和电压。当参考电压已知时，可以得到待测电压的测量结果。当参考电压为零时，为过零比较器。

比较器结构的过零比较器有一定的测量误差。当两个输入端的电压差和开环放大倍数小于输出阈值时，探测器将给出零。例如，开环放大倍数为106，输出阈值为6v如果两个输入级电压差小于6微伏探测器输出零，则也可以将其视为测量不确定度。

弛张振荡器

比较器可用于构造具有正反馈和负反馈的放松振荡器。正反馈是一个致密的特殊触发器，形成一个多谐振振荡器。RC在这种情况下，电路增加了负反馈，导致电路开始自发振荡，使整个电路从锁定器变为放松振荡器。

电平转换使用漏极开路的比较器(例如LM393、 TLV3011和MAX9028)电平转换器可以用来改变信号电压。通过选择合适的上拉电压，可以灵活地选择转换的电压值。例如使用MAX972比较器可以较器±5V信号转换为3V信号。

模数转换器

比较器的功能是比较输入信号是否高于给定值，因此输入的模拟信号可以转换为二进制数字信号。ΔΣ几乎所有的数模转换器都包含比较器，用于量化输入的模拟信号。

电压比较器

电压比较器可以看作是放大倍数，接近放大倍数“无穷大”操作放大器。电压比较器的功能:比较两个电压的大小(输出电压的高低电平表示两个输入电压的大小关系):当：”+”输入电压高于”－”在输入端，电压比较器的输出为高电平；当”+”输入电压低于”－”电压比较器在输入端输出低电平。

电压比较器的功能：可作为模拟电路和数字电路的接口，也可作为波形生成和变换电路。使用简单的电压比较器可以将正弦波变成相同频率的方形或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰性差，因此人们需要改进它。改进后的电压比较器包括：滞回比较器和窗口比较器。通过反馈回路和输入回路来确定运输和释放“运算参数”例如，对于放大倍数，反馈可以是输出电流或电压的部分或全部。比较器不需要反馈，直接比较两个输入端的数量。如果相位输入大于相位输出，则输出为高电平，否则输出为低电平。电压比较器的输入为线性量，而输出为开关（高电平和低电平）量。在一般应用中，有时也可以使用线性操作放大器，形成电压比较器，无需负反馈。

可用作电压比较器的芯片：所有操作放大器。常见的有LM324、LM358、uA741、TL081\2\3\4、OP07、OP27；这些都可以制成电压比较器(无负反馈)。LM339、LM393是一种专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用于特殊的电压比较场合，其实它们也是一种运算放大器。

比较器与运算放大器区别有哪些？

窗口比较器电路

在没有负反馈的情况下，操作放大器原则上可以用作比较器，但由于操作放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差电压非常小的信号。此外，在这种情况下，操作放大器的响应时间比较慢得多，也缺乏一些特殊的功能，如：滞后.内部基准等。比较器通常不能用作计算放大器。调整后，比较器可以提供很小的时间延迟，但其频率响应特性在一定程度上受到限制。运算放大器利用频率响应校正的优点，成为灵活的多功能设备。此外，许多比较器还具有内部滞回电路，这避免了输出振荡，但也使其不能用作计算放大器。

图：窗口比较器电路。

电源电压

比较器和操作放大器在相同的电源电压下工作比较器需要±15V双供电或高达36V这些产品在工业控制中仍有需求，许多制造商仍在提供这类产品。然而，从市场发展趋势的角度来看，大多数应用程序需要在电池电压允许的单电源电压范围内工作，比较器必须具有低电流.小包装，有些应用还要求比较器具有关断功能。例如：MAX919、MAX9119和MAX9019比较器可工作在1.6V或1.8V至5.5V电压范围内，全温范围内的最大吸入电流仅为1.2μA/1.5μA，采用SOT23、SC70封装，类似的MAX965和MAX9100比较器工作电压可低至1.6V，甚至1.0V，因此，便携式产品非常适合电池供电。