出色模拟工程师必备系列(二)：放大器与比较器

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

一些大功率器件或模块在工作时会产生较多热量使温度升高，一般采用散热片并用风扇来冷却以保证正常工作。这里介绍一种极简单的温度控制电路，如图7所示。负温度系数(NTC)热敏电阻RT粘贴在散热片上检测功率器件的温度(散热片上的温度要比器件的温度略低一些)，当5V电压加在RT及R1电阻上时，在A点有一个电压VA。当散热片上的温度上升时，则热敏电阻RT的阻值下降，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虽然线性度并不好，但是它是单值函数(即温度一定时，其阻值也是一定的单值)。如果我们设定在80℃时应接通散热风扇，这80℃即设定的阈值温度TTH，在特性曲线上可找到在80℃时对应的RT的阻值。R1的阻值是不变的(它安装在电路板上，在环境温度变化不大时可认为R1值不变)，则可以计算出在80℃时的VA值。

图9

图10

R2与RP组成分压器，当5V电源电压是稳定电压时(电压稳定性较好)，调节RP可以改变VB的电压(电位器中心头的电压值)。VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。

设计时希望散热片上的温度一旦超过80℃时接通散热风扇实现散热，则VTH的值应等于80℃时的K值。一旦VA》VTH，则比较器输出低电平，继电器K吸合，散热风扇(直流电机)得电工作，使大功率器件降温。VA、VTH电压变化及比较器输出电压Vout的特性如图9所示。这里要说清楚的是在VA开始大于VTH时，风扇工作，但散热体有较大的热量，要经过一定时问才能把温度降到80℃以下。

图11

从图9可看出，要改变阈值温度TTH十分方便，只要相应地改变VTH值即可。VTH值增大，TTH增大;反之亦然，调整十分方便。只要RT确定，RT的温度特性确定，则R1、R2、RP可方便求出(设流过RT、R1及R2、RP的电流各为0.1～0.5mA)。

2.窗口比较器

窗口比较器常用两个比较器组成(双比较器)，它有两个阈值电压VTHH(高阈值电压)及VTHL(低阈值电压)，与VTHH及VTHL比较的电压VA输入两个比较器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout输出高电平;若VA《VTHL，VA》VTHH，则Vout输出低电平，如图12所示。图12是一个冰箱报警器电路。冰箱正常工作温度设为0～5℃，(0℃到5℃是一个“窗口”)，在此温度范围时比较器输出高电平(表示温度正常);若冰箱温度低于0V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(μC)作报警信号。

图12

温度传感器采用NTC热敏电阻RT，已知RT在0℃时阻值为333.1kΩ;5℃时阻值为258.3kΩ，则按1.5V工作电压及流过R1、RT的电流约1.5 uA，可求出R1的值。R1的值确定后，可计算出0℃时的VA值为0.5V(按图10中R1=665kΩ时)，5℃时的VA值为0.42V，则VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。若设R2=665kΩ，则按图11，可求出流过R2、R3、R4电阻的电流I=(1.5V-0.5V)/665kΩ=0.0015mA，按R4×I/=0.42V，可求出R4=280kΩ再按0.5V=(R3+R4)0.0015mA， 则可求出R3=53.3kΩ。

图13

本例中两个比较器采用低工作电压、低功耗、互补输出双比较器LT1017，无需外接上拉电阻。

总结：虽然在某种情况下运算放大器可以作为比较器来使用，但是当你对运算速度的要求较高时，运算放大器就不能满足比较器的需求了。通过这篇文章大家可以充分了解到运算放大器与比较器的不同之处及运算放大器在何种情况下可用作比较器，也让大家对放大器和比较器有了充分的认识与理解。