比較器的合理選擇與應(yīng)用
長期以來,比較器的應(yīng)用一直受到運(yùn)算放大器的沖擊,直到目前隨著比較器性能指標(biāo)的不斷改進(jìn),這一現(xiàn)狀才得到改善,本文主要介紹新型比較器的性能及其典型應(yīng)用。
比較器的兩路輸入為模擬信號(hào),輸出則為二進(jìn)制信號(hào),當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí),其輸出保持恒定。因此,也可以將其當(dāng)作一個(gè)1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。運(yùn)算放大器在不加負(fù)反饋時(shí)從原理上講可以用作比較器,但由于運(yùn)算放大器的開環(huán)增益非常高,它只能處理輸入 差分電壓非常小的信號(hào)。而且,一般情況下,運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間較長,無法滿足實(shí)際需求。比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時(shí)間延遲,但其頻響特性會(huì)受到一定限制。為避免輸出振蕩,許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路。因此,比較器不能當(dāng)作運(yùn)算放大器使用。這也是運(yùn)算放大器的應(yīng)用范圍相對比較廣泛的主要原理之一。
1 比較器的電源電壓
傳統(tǒng)的比較器需要±15V雙電源供電或高達(dá)36V的單電源供電,這些產(chǎn)品在工業(yè)控制中仍有需求,許多廠商也仍在提供該類產(chǎn)品。但是,從市場發(fā)展趨勢看,目前大多數(shù)應(yīng)用需要比較器工作在電池電壓所允許的單電源電壓范圍內(nèi),而且,比較器必須具有低電流、小封裝牧場 生,有些應(yīng)用中還要求比較器具有關(guān)斷功能。例如：MAX919比較器可工作在1.8V至5.5V電壓范圍內(nèi),全溫范圍內(nèi)的最大吸入電流僅為1.2μA,采用SOT23封裝,類似的MAX965比較器工作電壓可低至1.6V,因而非常適用于電池供電的便攜式產(chǎn)品。
2 比較器的主要性能指標(biāo)
比較器兩個(gè)輸入端之間的電壓在過零時(shí)輸出狀態(tài)將發(fā)生改變,由于輸入端常常疊加有很小的波動(dòng)電壓,這些波動(dòng)所產(chǎn)生的差模電壓會(huì)導(dǎo)致比較器輸出發(fā)生連續(xù)變化,為避免輸出振蕩,新型比較器通常具有幾mV的滯回電壓。滯回電壓的存在使比較器的切換點(diǎn)變?yōu)閮蓚�(gè)：一個(gè)用于檢測上升電壓,一個(gè)用電壓門限（VTRIP-）之差等于滯回電壓（VHYST）,滯回比較器的失調(diào)電壓是TRIP+和VTRIP-的平均值。不帶滯回的比較器的輸入電壓切換點(diǎn)為輸入失調(diào)電壓,而不是理想比較器的零電壓。失調(diào)電壓一般隨溫度、電源電壓的變化而變化。通常用電源抑制比表示電源電壓變化對換調(diào)電壓的影響。
理想的比較器的輸入阻抗為無窮大,因此,理論上對輸入信號(hào)不產(chǎn)生影響,而實(shí)際比較器的輸入阻抗不可能做到無窮大,輸入端有電流經(jīng)過信號(hào)源內(nèi)阻并流入比較器內(nèi)部,從而產(chǎn)生額外的壓差。偏置電流（Ibias）定義為兩個(gè)比較器輸入電流的中值,用于衡量輸入阻抗的影響。MAX917系列比較器的最大偏置電流僅為2nA。
為進(jìn)一步優(yōu)化比較器的工作電壓范圍,Maxim公司利用NPN管與PNP管相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)作為比較器的輸入級(jí),從而使比較器的輸入電壓得以擴(kuò)展,這樣,其下限可低至最低電平,上限比電源電壓還要高出250mV,因而達(dá)到了所謂的超電源擺幅（Beyond-the Rail）標(biāo)準(zhǔn)。這種比較器的輸入端允許有較大的共模電壓。
由于比較器僅有兩個(gè)不同的輸出狀態(tài)（零電平或電源電壓）,且具有滿電源擺幅特性的比較器的輸出級(jí)為射極跟隨器,這使得其輸入和輸出信號(hào)僅有極小的壓差。該壓差取決于比較器內(nèi)部晶體管飽和狀態(tài)下的發(fā)射結(jié)電壓,對應(yīng)于MOSFFET的漏源電壓。
