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比较器的合理选择

高工
2008-11-30 22:11:30    评分
 
                                                           比较器的合理选择 
     摘要:本文说明比较器的特性、指标以及比较器与运算放大器差异。其中包括内置基准的比
较器应用电路和利用双比较器构建窗检测器、利用四比较器解决电压或电流测量问题的电
路。长期以来,受运算放大器的影响,比较器的应用一直没有得到应有的重视。直到目前随着比较器性能指标的改进,使其更好地胜任电压比较这一基本任务,这一状况才得到改善,本文
主要介绍新型比较器的性能及其典型应用。  

比较器的功能比较器的两路输入为模拟信号,输出则为二进制信号,当输入电压的差值增大或减小时,其输出保持恒定。从这一角度来看,也可以将比较器当作一个 1 位模/数转换器(ADC)。
 
比较器与运算放大器
运算放大器在不加负反馈时,从原理上讲可以用作比较器,但由于运算放大器的开环增益非
常高,它只能处理输入差分电压非常小的信号。而且,在这种情况下,运算放大器的响应时
间比比较器慢许多,而且也缺少一些特殊功能,如:滞回、内部基准等。 
比较器通常不能用作比较器,比较器经过调节可以提供极小的时间延迟,但其频响特性受到
一定限制,运算放大器正是利用了频响修正这一优势而成为灵活多用的器件。另外,许多比
较器还带有内部滞回电路,这避免了输出振荡,但同时也使其不能当作运算放大器使用。
 
电源电压
比较器与运算放大器工作在同样的电源电压,传统的比较器需要±15V 等双电源供电或高达
36V 的单电源供电,这些产品在工业控制中仍有需求,许多厂商也仍在提供该类产品。 
但是,从市场发展趋势看,目前大多数应用需要比较器工作在电池电压所允许的单电源电压
范围内,而且,比较器必须具有低电流、小封装,有些应用中还要求比较器具有关断功能。
例如:MAX919、MAX9119 和MAX9019 比较器可工作在1.6V 或1.8V 至5.5V 电压范围内,全
温范围内的最大吸入电流仅为 1.2µA/1.5µA,采用 SOT23、SC70 封装,类似的 MAX965 和
MAX9100 比较器工作电压可低至 1.6V,甚至 1.0V,因而非常适合电池供电的便携式产品。



比较器的性能指标
一个用差等于滞回电压比较器两个输入端之间的电压在过零时输出状态将发生改变, 由于输入端常常叠加有很小的波动电压,这些波动所产生的差模电压会导致比较器输出发生连续变化。为避免输出振荡,新型比较器通常具有几mV的滞回电压。滞回电压的存在使比较器的切换点变为两个:于检测上升电压,一个用于检测下降电压(图1)。高电压门限(VTRIP+)与低电压门限(VHYST),滞回比较器的失调电压(VOS)是VTRIP+和VTRIP-的平均值。 
 
图 1. 开关门限、滞回和失调电压
不带滞回的比较器的输入电压切换点是输入失调电压,而不是理想比较器的零电压。失调电
)一般随温度、电源电压的变化而变化。通常用电源抑制比(PSRR)衡量这一影
响,它表示标称电压的变化对失调电压的影响。 
理想的比较器的输入阻抗为无穷大,因此,理论上对输入信号不产生影响,而实际比较器的
输入阻抗不可能做到 较器内部,从而产生额
外的压差。偏置电流(IBIAS)定义为两个比较器输入电流的中值,用于衡量输入阻抗的影响。

比较器输出
由于比较器仅有两个不同的输出状态,零电平或电源电压,具有满电源摆幅特性的比较器输
出级为射极跟随器,这使得其输出信号与电源摆幅之间仅有极小的压差。该压差取决于比较
器内部晶体管饱和状态下的集电极与发射极之间的电压。CMOS 满摆幅比较器的输出电压取
决于饱和状态下的 MOSFET,与双极型晶体管结构相比,在轻载情况下电压更接近于电源电
压用PD+表示。TPD+与tPD-输出延迟时间是选择比较器的关键参数, 延迟时间包括信号通过元器件产生的传输延时和信号的上升时间与下降时间,对于高速比较器,如MAX961、MAX9010-MAX9013,其延迟时间的典型值分别达到 4.5ns和 5ns,上升时间为 2.3ns和 3ns  (注意:传输延时的测量包含了上升时间)。设计时需注意不同因素对延迟时间的影响(图2),其中包括温度、容性负载、输入过驱动等因素。对于反相输入,传输延时用tPD-表示;对于同相输入,传输延时用t之差称为偏差。电源电压对传输延时也有较大影响。  




关键词: 比较器     合理     选择     电压     输入     输出     电源    

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