運算放大器比較器電路特性圖文分析-KIA MOS管

運算放大器比較器電路

參考上面的運算放大器比較器電路，首先假設V IN小于V REF處的直流電壓電平（ V IN <V REF ）。由于比較器的同相（正）輸入小于反相（負）輸入，因此輸出將為LOW且電源電壓為負-Vcc，導致輸出的負飽和。

如果現在我們增加輸入電壓V IN，使其值大于反相輸入上的參考電壓V REF，則輸出電壓會迅速將HIGH切換為正電源電壓+ Vcc，從而導致輸出為正飽和。如果我們再次降低輸入電壓V IN，使其略小于參考電壓，則運算放大器的輸出將切換回其負飽和電壓，用作閾值檢測器。

然后我們可以看到運算放大器電壓比較器是一種器件，其輸出取決于輸入電壓V IN相對于某些直流電壓電平的值，因為當同相輸入端的電壓為大于反相輸入電壓，當同相輸入小于反相輸入電壓時為LOW。無論輸入信號是連接到比較器的反相輸入還是同相輸入，此條件均成立。

我們還可以看到，輸出電壓的值完全取決于運算放大器的電源電壓。理論上，由于運算放大器具有很高的開環增益，其輸出電壓的大小在兩個方向上都可能是無限的（± ∞）。但是實際上，由于明顯的原因，它受到運放電源軌的限制，即V OUT = + Vcc或V OUT = -Vcc。

我們之前曾說過，基本運算放大器比較器通過將其輸入電壓與某個預設的DC參考電壓進行比較來產生正電壓或負電壓輸出。通常，電阻分壓器用于設置比較器的輸入參考電壓，但如圖所示，可以使用電池源，齊納二極管或用于可變參考電壓的電位計。

比較器參考電壓

理論上，比較器的參考電壓可以設置為0v至電源電壓之間的任意值，但實際電壓范圍存在實際限制，具體取決于所用器件的運算放大器比較器。

正負電壓比較器

基本的運算放大器比較器電路可用于檢測正向或負向輸入電壓，具體取決于我們還將固定參考電壓源和輸入電壓連接到運算放大器的哪個輸入。在上面的示例中，我們使用了反相輸入來設置參考電壓，而輸入電壓則連接到同相輸入。

但是同樣地，我們可以用另一種方式將比較器的輸入連接起來，以將輸出信號反相為上述所示的信號。然后，可以將運算放大器比較器配置為以反相或同相配置工作。

正電壓比較器

正電壓比較器的基本配置（也稱為同相比較器電路）檢測輸入信號V IN高于或高于參考電壓的正電壓V REF何時在V OUT產生輸出，如圖所示。

同相比較器電路

在這種同相配置中，參考電壓連接到運算放大器的反相輸入，輸入信號連接到同相輸入。為了簡單起見，我們假定兩個電阻器形成分壓器網絡是相等的，并且：R1 = R2 = R。這將產生一個固定的參考電壓，該參考電壓是電源電壓的一半，即Vcc / 2，而輸入電壓可在零到電源電壓之間變化。

當V IN大于V REF時，運算放大器比較器的輸出將朝著正電源軌Vcc飽和。當V IN小于V REF時，運算放大器比較器的輸出將改變狀態，并在負電源軌0v處飽和，如圖所示。

負電壓比較器

負電壓比較器的基本配置（也稱為反相比較器電路）可檢測輸入信號V IN低于或低于參考電壓的負值，V REF如圖所示在V OUT產生高輸出。

反相比較器電路

在與上面的正配置相反的反相配置中，參考電壓連接到運算放大器的同相輸入，而輸入信號連接到反相輸入。然后，當V IN小于V REF時，運算放大器比較器的輸出將向正電源軌Vcc飽和。

同樣，當V IN大于V REF時，情況也是如此，運算放大器比較器的輸出將改變狀態并向負電源軌0v飽和。

然后，根據我們用于信號和參考電壓的運算放大器輸入，我們可以產生一個反相或同相輸出。通過組合上面的兩個運算放大器比較器電路以產生一個窗口比較器電路，我們可以進一步一步一步地檢測到負信號或正信號。

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