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带你了解4种常用的电压比较器

出处：网络整理时间：2026-07-06

　　电压比较器在电子电路中扮演着重要角色，通常由集成运放构成。与普通运放电路不同，比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈状态。只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，这属于集成运放的非线性应用范围。在分析比较器时，虚断路原则仍成立，而虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适用。
　　过零比较器
　　电压比较器是将一个模拟输入信号 ui 与一个固定的参考电压 UR 进行比较和鉴别的电路。当参考电压为零时，这种比较器称为零电平比较器，也叫过零比较器。按输入方式的不同，可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图 1 (a)、(b) 所示。

　　图 1 过零比较器 (a) 反相输入 (b) 同相输入
　　通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。阈值电压（又称门槛电平）是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号 UTH 表示。传输特性是比较器的输出电压 uo 与输入电压 ui 在平面直角坐标上的关系。画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由变到（正向过程）和输入电压由到（负向过程）两种情况下，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。
　　俘零比较器
　　将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压 UR（设为直流电压），由于 UR 的大小和极性均可调整，电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。

　　图 2 任意电平比较器及传输特性
　　(a) 任意电平比较器 (b) 传输特性
　

　　图 3 电平检测比较器传输特性
　　(a) 电平检测比较器 (b) 传输特性
　　电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差。也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。
　　滞回电压比较器
　　滞回比较器又称施密特触发器、迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号 ui 逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有 “滞回” 曲线的形状。滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。UR 是某一固定电压，改变 UR 值能改变阈值及回差大小。
　　以图 4 (a) 所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性。
　

　　图 4 滞回比较器及其传输特性
　　(a) 反相输入 (b) 同相输入
　　正向过程的阈值为：
　

　　形成电压传输特性的 abcd 段。
　　负向过程的阈值为：
　

　　形成电压传输特性上 defa 段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。
　　利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图 4 (b) 所示的同相滞回比较器的两个阈值：
　　

　　两个阈值的差值 ΔUTH = UTH1 – UTH2 称为回差。由上分析可知，改变 R2 值可改变回差大小，调整 UR 可改变 UTH1 和 UTH2，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。

　　图 5 比较器的波形变换
　　(a) 输入波形 (b) 输出波形
　　例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图 6 (a)、(b) 所示。根据传输特性和两个阈值（UTH1＝2V, UTH2 = –2V），可画出输出电压 uo 的波形，如图 6 (c) 所示。从图 (c) 可见，ui 在 UTH1 与 UTH2 之间变化，不会引起 uo 的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。

　　图 6 说明滞回比较器抗干扰能力强的图
　　(a) 已知传输特性
　　(b) 已知 ui 波形
　　(c) 根据传输特性和 ui 波形画出的 uo 波形
　　窗口电压比较器
　　电平比较器和滞回比较器有一个共同特点，即 ui 单方向变化（正向过程或负向过程）时，uo 只跳变。只能检测一个输入信号的电平，这种比较器称为单限比较器。
　　双限比较器又称窗口比较器。它的特点是输入信号单方向变化（例如 ui 从足够低单调升高到足够高），可使输出电压 uo 跳变两次，其传输特性如图 7 (b) 所示，它形似窗口，称为窗口比较器。窗口比较器提供了两个阈值和两种输出稳定状态可用来判断 ui 是否在某两个电平之间。

　　图 7 窗口比较器电路及传输特性
　　(a) 窗口比较器 (b) 传输特性
　　电压比较器的这些不同类型在电子系统中各自发挥着独特的作用，了解它们的工作特性对于电子工程师进行电路设计和故障排查等工作具有重要意义。例如在信号处理、自动控制等领域，合理选择和应用不同类型的电压比较器可以提高系统的性能和稳定性。

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