【经验】解析电压比较器如何判断电压大小的原理

时间： 2022-05-11 来源：润石科技

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电压比较器在电路结构、点性能等方面与运放基本相同，而其符号表示也与运放完全一致，有同相和反向两个输入端，一个输出端。开环增益用A表示，电压比较器的功能是比较两个模拟信号的大小，并在输出端得到高电平或低电平。理想的电压比较器，其特性可表示为，当V+大于V，输出高电平，而当V-大于V+，输出低电平。

电压比较器原理

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。

下面讨论几种常见的比较器电路：

1．基本过零比较器（零电平比较器）

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2．任意电平比较器

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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。

典型的电压比较器电路图如下所示：

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在上面的电路中，电压比较器前两级的元器件参数可以使用前面设计的放大器的参数，但有一点需要注意，那就是当电压比较器的两个输入端没有差分信号时，需要将电压比较器的第二级输出调至能使第一个反向器工作在放大状态的电压，如果反向器中的PMOS管和NMOS管的参数对称，即CMOS反向器的特性曲线上的转折区中点电压(阂值电压)是2.5V(高电平为5V，低电平为零)，对M6管的宽w(或长1)进行直流扫描，将反向器前第二级的电压调整到2.5V，使反向器工作在需要的放大状态。

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LDO和DC/DC有哪些区别？

我们仅从优缺点来做简单的分析 LDO优点：稳定性好，负载响应快。输出纹波小。缺点：效率低，输入输出的电压差不能太大。 DC/DC：直流电压转直流电压。严格来讲，LDO也是DC/DC的一种，但目前DC/DC多指开关电源。具有很多种拓朴结构，如BUCK，BOOST。等优点：效率高，输入电压范围较宽。缺点：负载响应比LDO差，输出纹波比LDO大。可见LDO只能是降压，DCDC 有升压，降压，升降压多种结构。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最后有百分之十是没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC了，应为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。 DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。总的来说，升压是一定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。

技术问答发布时间 : 2024-10-30

【选型】国产4位双向电压电平转换器RS0204YUTQH12与国际品牌TXB0304RUT参数对比，可PTP兼容

当前市面上比较流行的智能陪伴机器人，内部就会用到电平转换器，解决各功能模块之间的电平转换。工程师们有时会选用电平转换器TXB0304RUT，今天给大家带来一款国产的同类芯片润石科技RS0204YUTQH12，供大家做设计参考。

器件选型发布时间 : 2022-03-25

润石科技RS8452、RS8454运算放大器，LM2901/3比较器等产品，可应用于交流发电机

交流发电机是一种能将机械能转换为电能的设备。其工作原理主要是利用电磁感应原理，通过转子绕组的旋转产生旋转磁场，使定子绕组做切割磁感线的运动，从而产生感应电动势，并通过接线端子引出。润石科技的RS8452、RS8454运算放大器，LM2901/3比较器等产品，便可应用于交流发电机中。

应用方案发布时间 : 2024-09-04

润石科技RS8652运算放大器、LM2901比较器、RS2251模拟开关等产品在电池化成中的应用

电池化成是指将电池激活并达到工作状态的过程。电池化成需要严格控制锂离子电池的一致性或精确评定电池等级，对化成和分容设备的电流和电压的测量精度有很高的要求。电池化成是保证电池质量和性能的重要过程，需要严格控制各个环节，选择合适的设备和参数设置。润石科技多款产品应用其中。

应用方案发布时间 : 2024-09-22

润石科技（RUNIC）信号链和电源管理芯片产品选型指南（英文）

描述- Runic Technology‘s product portfolio includes op-amps, comparators, analog switches, data converters, level shifters, little logic ICs, voltage references, LDOs, DC/DCs, load switches, reset ICs. These products are widely used in various industries, such as consumer electronics, computing, communications, industrial, and automotive markets.

选型指南 - 润石科技 - 2024.03 PDF 英文下载

【应用】电压比较器RS8901用于双电池供电燃气控制器电源切换，静态电流低至400nA

传统的双电池供电燃气控制器电源管理方案中，由于无法预知主电源和备用电源的耗电情况，导致电池利用效率较低。新方案中增加比较器来检测主电源与备用电源的电压，可以提高电池效率，推荐国产润石科技的电压比较器RS8901，工作电压1.4-5.5V，工作电流低至400nA ，该器件还具有SC70小尺寸封装，适用双电池供电燃气控制器电源切换应用。

应用方案发布时间 : 2020-03-27

润石科技提供运算放大器，比较器和电压基准源，应用于暖通空调系统，确保驾驶员和乘客的热舒适性

暖通空调（HVAC）系统旨在调节、加热、冷却、通风、清洁或除湿车厢内的空气质量（IAQ）。暖通空调系统由前端的传感器和机械/电子开关、鼓风机电机、执行器以及制冷装置组成，这些装置将空气输送到后端的座舱，以确保驾驶员和乘客的热舒适性。润石科技多款产品应用其中。

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应用及方案 - 润石科技 - 2022/9/14 PDF 英文下载