電壓比較器和運(yùn)算放大器的基本知識(shí)

-.z.電壓比較器和運(yùn)算放大器的基本知識(shí)一、電壓比較器的基本知識(shí)

電壓比較器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種的控制電路和保護(hù)電路中；特別是在現(xiàn)代的液晶、等離子平板電視中，更是普片應(yīng)用。在平板電視中特別是故障率較高的開(kāi)關(guān)電源、驅(qū)動(dòng)電路、背光板電路中的保護(hù)電路比比皆是；對(duì)電路的安全、保護(hù)起到極大的作用，同樣給我們的維修也帶來(lái)一個(gè)提升；必須了解、掌握電壓比較器的原理、工作方式才能順利的、成功的完成故障的維修，下面簡(jiǎn)單的介紹一些電壓比較器的必備知識(shí)。

電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，哪一個(gè)電壓低；并在輸出端以高電平或低電平表示比較的結(jié)果來(lái)。

既然是把兩個(gè)電壓進(jìn)行比較；并且有一個(gè)比較結(jié)果的輸出端，則這個(gè)比較器就必須有3個(gè)端子（除了供電及接地）；兩個(gè)進(jìn)行比較模擬電壓的輸入端；一個(gè)顯示比較結(jié)果的輸出端，圖1所示就是一個(gè)在電路圖上常用的電壓比較器的符號(hào)

圖1

本文圖1的符號(hào)中；左邊是兩個(gè)輸入端；其中一個(gè)有“+”號(hào)標(biāo)志的稱(chēng)為同相輸入端；有“—”號(hào)標(biāo)志的稱(chēng)為反相輸入端；這兩個(gè)端子輸入需要進(jìn)行比較的模擬電壓。右邊是一個(gè)輸出端，輸出比較的結(jié)果。

兩個(gè)輸入端之間電位的高低和輸出端電平的高低關(guān)系如下：

當(dāng)同相輸入端電壓高于反相輸入端電壓時(shí)：輸出端為高電平。

當(dāng)同相輸入端電壓低于反相輸入端電壓時(shí)：輸出端為低電平。

一般常用的比較器的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般需接一只上拉電阻（選3-15K）。這種輸出稱(chēng)為OC輸出(Open-Collector)即集電極開(kāi)路輸出；圖2虛線(xiàn)框內(nèi)所示是BA10393內(nèi)部電路原理圖；圖中顯示；輸出端的晶體管Q6的集電極在內(nèi)部是開(kāi)路狀態(tài)；沒(méi)有和任何地方連接；在具體應(yīng)用時(shí)需要如圖3所示在電源和集電極之間，連接一只上拉電阻；或者如圖4所示連接一個(gè)分壓電路（電源可以直接是本電壓比較器的VCC,也可以是另外的單獨(dú)電源+B；+B電壓可以根據(jù)需要選取不同的電壓值）。

圖2

圖3

圖4

電壓比較器的工作特性：

以圖5、為例做一個(gè)實(shí)驗(yàn)以了解電壓比較器的特性；

圖5

圖6

在圖5中電壓比較器的同相輸入端被由R1、R2組成的分壓電路設(shè)定為3V（這就是比較器的基準(zhǔn)電壓），電壓比較器的反相輸入端連接在一個(gè)電位器的動(dòng)臂上，電位器的兩端連接于6V電壓上面，下端為0V上端為6V。

在圖5中電壓比較器的同相輸入端被由R1、R2組成的分壓電路設(shè)定為3V（這就是比較器的基準(zhǔn)電壓），電壓比較器的反相輸入端連接在一個(gè)電位器的動(dòng)臂上，電位器的兩端連接于6V電壓上面，下端為0V上端為6V。

此時(shí)把電位器的動(dòng)臂置于電位器的最下端（圖中電位器下端虛線(xiàn)箭頭所指部位）；這時(shí)電壓比較器的反相輸入端電壓即為0V。在這種狀態(tài)下；電壓比較器的同相輸入端電壓高于反向輸入端電壓；輸出為高電平。這時(shí)逐步的向上移動(dòng)電位器的動(dòng)臂（圖中箭頭方向），此時(shí)：電壓比較器反向輸入端的電壓逐步上升；當(dāng)電位器的動(dòng)臂移動(dòng)到3V位置時(shí)；反向輸入端的電壓也上升到3V，此時(shí)；同相輸入端的電壓（3V）等于反相輸入端的電壓；此時(shí)；輸出端的電壓仍然維持原來(lái)的高電平不變；只有電位器的動(dòng)臂繼續(xù)上移；當(dāng)反向輸入端的電壓超過(guò)同相輸入端的電壓；即大于3V時(shí)；輸出端的高電平迅速躍變?yōu)榈碗娖健?/p>

電壓比較器的靈敏度都非常的高；當(dāng)在上述情況下；當(dāng)電位器的動(dòng)臂上升；反向輸入端電壓只要超過(guò)同相輸入端電壓0.005V（5mV）時(shí)；電壓比較器的輸出端電平就從高電平迅速轉(zhuǎn)換為低電平；根據(jù)不同的電壓比較器的型號(hào)這個(gè)反轉(zhuǎn)的電壓略有不同；但是都在2mV至10mV以?xún)?nèi)。

同樣也可以把電位器的動(dòng)臂置于電位器的最上端；圖6所示；這時(shí)電壓比較器的反相輸入端電壓即為6V。在這種狀態(tài)下；電壓比較器的同相輸入端電壓低于反向輸入端電壓；輸出為低電平。這時(shí)逐步的向下移動(dòng)電位器的動(dòng)臂（圖中箭頭方向），此時(shí)：電壓比較器反向輸入端的電壓逐步下降；當(dāng)電位器的動(dòng)臂下降到3V位置時(shí)；反向輸入端的電壓也下降到3V，此時(shí)；同相輸入端的電壓（3V）等于反相輸入端的電壓；此時(shí)；輸出端的電壓仍然維持原來(lái)的低電平不變；只有電位器的動(dòng)臂繼續(xù)下降；當(dāng)反向輸入端的電壓低于同相輸入端的電壓；即小于3V時(shí)；輸出端的高電平迅速躍變上升為高電平。

圖7

當(dāng)然；也可以把反相輸入端設(shè)置為：基準(zhǔn)電壓輸入端；同相輸入端連接到電位器的動(dòng)臂上，這樣當(dāng)電位器的動(dòng)臂仍然按圖5的過(guò)程變化時(shí)；輸出端電平的變化則完全和圖5相反。以適應(yīng)不同的保護(hù)控制電路的應(yīng)用。

OC輸出的優(yōu)越性：

1、可以任意的設(shè)定輸出電平；只要改變+B電壓的大小，則輸出端的高、低電平的變化就可以在選定的+B和0V兩個(gè)狀態(tài)變換（此時(shí)R3的阻值也要適當(dāng)改變）。

2、輸出端可以直接推動(dòng)光耦或者發(fā)光二極管。只要根據(jù)不同的用途；適當(dāng)?shù)倪x擇+B電壓的大小，就可以在保護(hù)控制電路中或者指示電路中控制光耦的動(dòng)作和發(fā)光二極管的亮度；圖8所示

圖8

電壓比較器的種類(lèi)比較多，相對(duì)于其它類(lèi)型的集成電路，電壓比較器的電路則簡(jiǎn)單的多，所以往往把多只獨(dú)立的電壓比較器封裝在一塊集成電路中；共用一個(gè)VCC及接地端。

在應(yīng)用時(shí)；可以任意的應(yīng)用其中的*一只或全部電壓比較器電路。例如型號(hào)為L(zhǎng)M339的電壓比較器就是內(nèi)部封裝了4只電壓比較器電路的4電壓比較器集成電路，LM393電壓比較器就是內(nèi)部封裝了2只電壓比較器電路的2電壓比較器集成電路，在設(shè)計(jì)電路時(shí)；可以根據(jù)需要選用，圖9所示；就是4電壓比較器LM339和2電壓比較器LM393的內(nèi)部電壓比較器的排列方式和引腳功能。

LM339

LM393

圖9

在本書(shū)介紹三星KLS-320VE背光板電路一章中；保護(hù)電路應(yīng)用了兩塊電壓比較器集成電路；IC102及IC502，型號(hào)是BA10393這是羅姆公司（ROHM）的產(chǎn)品，這是一塊雙電壓比較器集成電路，內(nèi)部有兩只獨(dú)立的電壓比較器電路，完成了背光板電路中的；背光燈管斷路保護(hù)、背光燈管欠電流工作保護(hù)及背光燈管高壓過(guò)壓保護(hù)的作用。

圖9為BA10393電壓比較器的外形圖及引腳功能。

圖9

二、運(yùn)算放大器的基本知識(shí)：

在了解了上面的電壓比較器的基本知識(shí)后，對(duì)于運(yùn)算放大器的了解就容易多了。

上面介紹的電壓比較器電路，輸入端是對(duì)兩個(gè)模擬的電壓進(jìn)行比較；比較的結(jié)果以高、低電平在輸出端表示。電壓比較器的輸出端實(shí)際就等效是一個(gè)“開(kāi)關(guān)”。要求的就是這個(gè)輸出的“開(kāi)關(guān)”反映要快、要靈敏。我們可以簡(jiǎn)單的看成電壓比較器就是一個(gè)模擬電壓控制的“開(kāi)關(guān)”。主要應(yīng)用在控制、保護(hù)等電路中。

運(yùn)算放大器；是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的模擬信號(hào)的放大電路，它的輸入端輸入一個(gè)變化的模擬量（例如音頻信號(hào)、或者一個(gè)線(xiàn)性變化的直流電壓）；在輸出端就輸出一個(gè)幅度放大的但是其波形完全相同的不失真的信號(hào)（輸出信號(hào)波形各個(gè)部分的比例和輸入信號(hào)波形各個(gè)部分的比例相同）。所謂冠于：“運(yùn)算”兩字；是輸出信號(hào)是輸入信號(hào)經(jīng)*種數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果；就是輸出信號(hào)的各個(gè)部分是輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的各個(gè)部分的倍數(shù)關(guān)系（就好像輸出信號(hào)各個(gè)部分的電壓幅度是輸入部分各個(gè)部分的的乘積結(jié)果）；好像是把信號(hào)的幅度進(jìn)行了乘法運(yùn)算一樣。也就是說(shuō)運(yùn)算放大器是一個(gè)優(yōu)秀的線(xiàn)性放大電路。

運(yùn)算放大器是由晶體管等放大元件組成，晶體管等放大元件的本身就是非線(xiàn)性元件，要用非線(xiàn)性的放大器件做成線(xiàn)性的放大器困難是多多的。運(yùn)算放大器的組成采用了很多的措施完成信號(hào)基本上接近線(xiàn)性的放大。

運(yùn)算放大器的核心是一個(gè)具有恒流源的差分放大器，由于恒流源的作用盡量的保證晶體管的工作點(diǎn)，能在晶體管特性曲線(xiàn)比較線(xiàn)性的一段工作，并且采用了深度的負(fù)反饋使整個(gè)運(yùn)算放大電路對(duì)信號(hào)具有較好的線(xiàn)性放大。一個(gè)運(yùn)算放大器為了保證有一定的增益，都是采用多級(jí)直流放大器的組合，在制造時(shí)就在一個(gè)芯片上完成，以集成電路運(yùn)算放大器的形式出現(xiàn)；保證了良好的耦合特性及穩(wěn)定性。所以運(yùn)算放大器就是高質(zhì)量的模擬放大器的代名詞。

廣泛用于模擬電子電路、儀器以及模擬計(jì)算機(jī)中，也可以接成不同的電路形式，應(yīng)用非常廣泛，在早期是用在模擬計(jì)算機(jī)中也曾做加法器、乘法器用。

圖10

由于運(yùn)算放大器的核心是一個(gè)差分放大器，所以就有兩個(gè)輸入端，和一個(gè)輸出端，其在電路圖上的表示符號(hào)，引腳的位置和電壓比較器一樣；圖10所示；兩個(gè)輸入端和輸出的關(guān)系也有同相輸入端和反相輸入端的稱(chēng)呼。這兩個(gè)輸入端都可以輸入信號(hào)（對(duì)稱(chēng)的差分信號(hào)）；也可以，一個(gè)輸入端設(shè)定為基準(zhǔn)電壓，一個(gè)輸入端輸入模擬信號(hào)，圖11是運(yùn)算放大器LM358內(nèi)部的電路原理圖，可以看出比上面的電壓比較器復(fù)雜的多，而且并不是OC輸出，圖12是該運(yùn)算放大器的引腳圖，LM358內(nèi)部有兩只獨(dú)立的運(yùn)算放大器電路，也可以各自單獨(dú)運(yùn)用。

運(yùn)算放大器既然能把信號(hào)進(jìn)行放大，顯然我們用他來(lái)代替電壓比較器作為電壓比較用也是沒(méi)有問(wèn)題的，就有許多電路的電壓比較電路就采用了運(yùn)算放大器電路完成的。不過(guò)運(yùn)算放大器作為電壓比較器使用；其靈敏度、反映速度都要差的多，還是不要這樣替代用的為好，

但是電壓比較器是絕對(duì)不能作為運(yùn)算放大器用的。

在一般的電路原理圖上運(yùn)算放大器和電壓比較器，光從符號(hào)上很難區(qū)分圖紙上表示的是運(yùn)算放大器還是電壓比較器，只能通過(guò)對(duì)電路的分析，進(jìn)行判斷。

圖11

圖12

圖13是一款背光板直流亮度控制電路的直流亮度控制電壓的前端放大電路。

圖13

放大電路采用了一塊雙運(yùn)放集成電路BA10358；左邊輸入的是0~3.3V變化的直流電壓，右邊輸出的是加到多個(gè)亮度控制電路的控制電壓，左邊的一塊運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在R013和R010組成的分壓電路上，顯然同相輸入端是接的基準(zhǔn)電壓，反相輸入端接直流控制電壓，顯然左