电压比较器也被简称为比较器，它属于一种常用的集成电路，能应用于报警器电路、自动控制电路、测量技术领域，还可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等，本文着重介绍其基本概念、工作原理以及典型工作电路，同时也会介绍一些常用的电压比较器。

什么是电压比较器

简单地讲，电压比较器用于比较两个模拟电压的大小，这里不介绍比较两个数字电压的情况，它能判断出两个电压中哪一个更高，如图1所示。图1(a)为比较器，它设有两个输入端，分别是同相输入端，即“+”端，以及反相输入端，即“-”端，还有一个输出端Vout，用于输出电平信号。另外存在电源V+及地，这是个单电源比较器，其同相端输入电压为VA，反相端输入为VB，VA和VB的变化情况如图1(b)所示，在时间0到t1时，VA大于VB，在t1到t2时，VB大于VA，在t2到t3时，VA大于VB。在这种情形下，Vout的输出呈现如图1(c)的样子，当VA大于VB时，Vout输出高电平，也就是饱和输出，当VB大于VA时，Vout输出低电平，依据输出电平的高低就能够知晓哪个电压更大 。

若将VA输入至反相端，把VB输入到同相端，VA及VB的电压变化依旧如图1(b)所示，那么Vout输出便如图1(d)所示。与图1(c)相比，其输出电平颠倒了。输出电平的变化与VA、VB的输入端相关。

图2(a)是由正负电源供电的比较器。若它的VA、VB输入电压如1(b)所示，其输出特性便如图2(b)所示。当VB>VA时，Vout输出饱和负电压。

将输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，情况如图3(a)所示 ，此VB被称作参考电压 ，也被叫做基准电压 ，还被称为阈值电压 。若这参考电压是0V(地电平) ，情况如图3(b)所示 ，它通常被用作过零检测 。

比较器的工作原理

比较器是从运算放大器演变而来的，比较器电路能够被视作运算放大器的一种应用电路，因为比较器电路应用颇为广泛，所以专门的比较器集成电路被开发出来了。

图4(a)是由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF是反馈电阻，若不考虑输入失调电压，其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻有关系式，关系式为：Vout=(1+RF/R1)〃R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB 。若R1等于R2，R3等于RF，那么Vout等于RF除以R1乘以(VA减去VB)，RF除以R1是放大器的增益。当R1等于R2等于0(等同于R1、R2短路)，R3等于RF等于无穷大(等同于R3、RF开路)时，Vout等于无穷大。增益变为无穷大，其电路图呈现图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态，此时其增益不是无穷大，Vout输出是饱和电压，该饱和电压小于正负电源电压，且也不可能是无穷大。

从图4能够看出，比较器电路是一个差分放大器电路，这个差分放大器电路中的运算放大器电路处于开环状态 。

同相放大器电路如图5所示 ，当图5中RF等于无穷大 ，R1等于0时 ，它会变成与图3(b)相同的比较器电路 ，图5中的Vin等同于图3(b)中的VA 。

比较器与运放的差别

运放能够用来制作比较器电路，然而性能较好的比较器，其开环增益要高于通用运放，输入失调电压更小，共模输入电压范围更大，压摆率较高，这使得比较器响应速度更快。此外，比较器的输出级通常采用集电极开路结构，如图6所示，它在外部需要连接一个上拉电阻，或者直接驱动不同电源电压的负载，在应用方面更加灵活。但也有一些比较器为互补输出，无需上拉电阻。

这里顺便要指出，比较器电路自身也存在技术指标要求，像精度、响应速度、传播延迟时间、灵敏度等，多数参数和运放的参数一样。在要求不高的情况下，能够采用通用运放来充当比较器电路。比如在A/D变换器电路里，要求采用精密比较器电路。

比较器和运放的内部结构大体相同，比较器的大部分参数（电特性参数）和运放的参数项基本一致，像输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等 。

比较器典型应用电路

这里举两个简单的比较器电路为例来说明其应用。

1.散热风扇自动控制电路

一些大功率器件工作时会产生较多热量，这些热量会使温度升高，一般采用散热片并使用风扇来冷却，以此保证正常工作。这里介绍一种极其简单的温度控制电路，该电路如图7所示。负温度系数（NTC）热敏电阻RT粘贴在散热片上，用来检测功率器件的温度，散热片上的温度比器件的温度略低一些，当5V电压加在RT及R1电阻上时，A点会有一个电压VA，当散热片上的温度上升，热敏电阻RT的阻值就会下降，进而使VA上升，RT的温度特性如图8所示。它的电阻与温度变化曲线线性度欠佳，不过它是单值函数，也就是说温度一定时，其阻值也是固定的单值。要是我们设定在80℃时接通散热风扇，那么这80℃就是设定的阈值温度TTH，在特性曲线上能够找到80℃时对应的RT的阻值。R1安装在电路板上，在环境温度变化不大时可认为其阻值不变，能计算出在80℃时的VA值 。

R2与RP构成分压器，5V电源电压是稳定电压，其电压稳定性较好，调节RP能够改变VB的电压，也就是电位器中心头的电压值，VB值是比较器设定的阈值电压，被称作VTH 。

设计时期望当散热片上的温度超过80℃时，接通散热风扇来实现散热，那么VTH的值应当等于80℃时的K值。一旦VA大于VTH，比较器就会输出低电平，继电器K会吸合，散热风扇（直流电机）会得电工作，从而让大功率器件降温。VA、VTH电压的变化以及比较器输出电压Vout的特性如图9所示。这里需要说明的是，当VA开始大于VTH时，风扇开始工作，不过散热体存在较大热量，需要经过一定时间才能将温度降低到80℃以下。

从图7能够看出，改变阈值温度TTH是十分便利的，只需相应地改变VTH值就行。VTH值增大时，TTH会增大；反过来也是如此，调整起来非常便捷。只要RT确定了，RT的温度特性确定了，那么R1、R2、RP就能方便地求出来（假设流过RT、R1以及R2、RP的电流分别为0.1～0.5mA）。

2.窗口比较器

窗口比较器通常由两个比较器组成（即双比较器），它存在两个阈值电压，分别是VTHH（高阈值电压）以及VTHL（低阈值电压），与VTHH及VTHL进行比较的电压VA会输入到两个比较器中。要是VTHL≤VA≤VTHH，那么Vout就会输出高电平；要是不满足这个条件，那么Vout就会输出低电平，情况如图10所示。图10是一个冰箱报警器电路。冰箱正常工作温度设定为0℃至5℃，这是一个“窗口”，在此温度范围时比较器输出高电平，意味着温度正常，若冰箱温度低于0℃或高于5℃，则比较器输出低电平，此低电平信号电压输入微控制器作报警信号。

温度传感器采用NTC热敏电阻RT，RT在0℃时阻值为333.1kΩ，在5℃时阻值为258.3kΩ，按1.5V工作电压，流过R1、RT的电流约1.5 uA，由此可求出R1的值。确定R1的值后，能够计算出0℃时的VA值为0.5V，这是按照图10中R1=665kΩ的情况，5℃时的VA值为0.42V，进而得出VTHL=0.42V，VTHH=0.5V 。若设定R2为665kΩ，依据图11，能够求出流过R2、R3、R4电阻的电流I，其值为(1.5V - 0.5V)除以665kΩ，即0. ，按照R4乘以I等于0.42V，可算出R4等于280kΩ，再依据0.5V等于(R3 + R4)乘以0. ，则能够求出R3等于53.3kΩ。

两个比较器采用低工作电压的设计，具备低功耗的特点，是互补输出双比较器，并且无需外接上拉电阻。