出色模擬工程師必備系列(二)：放大器與比較器

　　下文通過兩個簡單的比較器電路為例來為大家介紹放大器與比較器。

　　比較器典型應用電路

　　1.散熱風扇自動控制電路

　　一些大功率器件或模塊在工作時會產生較多熱量使溫度升高，一般采用散熱片并用風扇來冷卻以保證正常工作。這里介紹一種極簡單的溫度控制電路。負溫度系數(NTC)熱敏電阻RT粘貼在散熱片上檢測功率器件的溫度(散熱片上的溫度要比器件的溫度略低一些)，當5V電壓加在RT及R1電阻上時，在A點有一個電壓VA。當散熱片上的溫度上升時，則熱敏電阻RT的阻值下降，使VA上升。它的電阻與溫度變化曲線雖然線性度并不好，但是它是單值函數(即溫度一定時，其阻值也是一定的單值)。如果我們設定在80℃時應接通散熱風扇，這80℃即設定的閾值溫度TTH，在特性曲線上可找到在80℃時對應的RT的阻值。R1的阻值是不變的(它安裝在電路板上，在環(huán)境溫度變化不大時可認為R1值不變)，則可以計算出在80℃時的VA值。

　　圖1

　　圖2

　　R2與RP組成分壓器，當5V電源電壓是穩(wěn)定電壓時(電壓穩(wěn)定性較好)，調節(jié)RP可以改變VB的電壓(電位器中心頭的電壓值)。VB值為比較器設定的閾值電壓，稱為VTH。

　　設計時希望散熱片上的溫度一旦超過80℃時接通散熱風扇實現散熱，則VTH的值應等于80℃時的K值。VTH，則比較器輸出低電平，繼電器K吸合，散熱風扇(直流電機)得電工作，使大功率器件降溫。VA、VTH電壓變化及比較器輸出電壓Vout的特性如圖1所示。這里要說清楚的是在VA開始大于VTH時，風扇工作，但散熱體有較大的熱量，要經過一定時問才能把溫度降到80℃以下。

　　圖3

　　從圖1可看出，要改變閾值溫度TTH十分方便，只要相應地改變VTH值即可。VTH值增大，TTH增大;反之亦然，調整十分方便。只要RT確定，RT的溫度特性確定，則R1、R2、RP可方便求出(設流過RT、R1及R2、RP的電流各為0.1～0.5mA)。

　　2.窗口比較器

　　窗口比較器常用兩個比較器組成(雙比較器)，它有兩個閾值電壓VTHH(高閾值電壓)及VTHL(低閾值電壓)，與VTHH及VTHL比較的電壓VA輸入兩個比較器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout輸出高電平;若VA《VTHL，VA》VTHH，則Vout輸出低電平，如圖4所示。圖4是一個冰箱報警器電路。冰箱正常工作溫度設為0～5℃，(0℃到5℃是一個“窗口”)，在此溫度范圍時比較器輸出高電平(表示溫度正常);若冰箱溫度低于0V或高于5℃，則比較器輸出低電平，此低電平信號電壓輸入微控制器(μC)作報警信號。

　　圖4

　　溫度傳感器采用NTC熱敏電阻RT，已知RT在0℃時阻值為333.1kΩ;5℃時阻值為258.3kΩ，則按1.5V工作電壓及流過R1、RT的電流約1.5 uA，可求出R1的值。R1的值確定后，可計算出0℃時的VA值為0.5V(按圖10中R1=665kΩ時)，5℃時的VA值為0.42V，則VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。若設R2=665kΩ，則按圖11，可求出流過R2、R3、R4電阻的電流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， 則可求出R3=53.3kΩ。

　　圖5

　　本例中兩個比較器采用低工作電壓、低功耗、互補輸出雙比較器LT1017，無需外接上拉電阻。

　　總結：雖然在某種情況下運算放大器可以作為比較器來使用，但是當你對運算速度的要求較高時，運算放大器就不能滿足比較器的需求了。通過這篇文章大家可以充分了解到運算放大器與比較器的不同之處及運算放大器在何種情況下可用作比較器，也讓大家對放大器和比較器有了充分的認識與理解。