電壓比較器的案例
電壓比較器是什么？一文讀懂
電壓比較器是對輸入信號進行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發生電路的基本單元電路。
電壓比較器主要有單項比較器、遲滯比較器和雙限比較器（窗口比較器）。
雙限比較器有兩個轉折電壓，當輸入電壓向單一方向變化時輸出電壓躍變兩次。其傳輸特性如下：
單限比較器和滯回比較器區別
單限比較器比滯回比較器抗干擾能力強，而滯回比較器比單限比較器靈敏度高。
單限電壓比較器：
運放是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數”，比如放大倍數，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。
滯回比較器：
又稱遲滯比較器，有兩個門限電壓。輸入單方向變化時，輸出只跳變。輸入由大變小時，對應小的門限電壓；輸入由小變大時，對應大的門限電壓。在兩個門限電壓之間，輸出保持原來的輸出。
上拉電阻會影響比較器輸出的高電平的數值，尤其是“OC門“輸出格式的比較器，從而影響門限電壓，需要考慮。主要是影響上門限，可以把它歸入正反饋。
電壓比較器簡單理解
電壓比較器簡單理解為：
運放工作于非線性工作狀態，假如基準電壓在負端輸入，輸入的電壓在正端輸入的話，比較電壓高于基準電壓，運放就輸出高電平（接近于運放的工作電源電壓）；輸入的電壓在正端輸入的話，比較電壓低于基準電壓，運放就輸出低電平。（接近于地），基準電壓加在正端，比較電壓加在負端也可以的，輸出剛好相反。
總之，就是正端電壓高，就輸出高電平；負端電壓高，就輸出低電平。
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展開 解析差分電路原理，輸出電壓為什么要偏移？
差分電路的電路構型
圖1 差分電路
目標處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。
差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓，需要將高壓信號進行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。
差分放大電路
反饋，對于運算放大電路來說，運放工作在線性區，所以這里一定是負反饋，沒有反饋（開環）或者是正反饋，那是比較器電路而不是放大電路，這時候運放工作在飽和區或稱為非線性工作區，正因為飽和，輸出才是電源電壓的幅值。
圖2是一種帶正反饋的運放電路，這里就不能叫運算放大電路了，因為運放的開環放大倍數理想是無限大，當然實際中不可能無限大，所以如下結構是遲滯電壓比較器，運放工作在非線性區或飽和區。
圖2 帶正反饋的運放電路
圖3依然是電壓比較器結構，上面已經提到，運放開環增益很大，不帶負反饋，工作就如非線性區，當做電壓比較器來使用。
圖3 電壓比較器結構
運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，當然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當然不可能超過電源幅值），實現的功能就是放大信號的功能。接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。
展開 干貨｜解析差分電路原理，輸出電壓為什么要偏移？
差分電路的電路構型
圖1 差分電路
目標處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。
差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓，需要將高壓信號進行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。
差分放大電路
反饋，對于運算放大電路來說，運放工作在線性區，所以這里一定是負反饋，沒有反饋（開環）或者是正反饋，那是比較器電路而不是放大電路，這時候運放工作在飽和區或稱為非線性工作區，正因為飽和，輸出才是電源電壓的幅值。
圖2是一種帶正反饋的運放電路，這里就不能叫運算放大電路了，因為運放的開環放大倍數理想是無限大，當然實際中不可能無限大，所以如下結構是遲滯電壓比較器，運放工作在非線性區或飽和區。
圖2 帶正反饋的運放電路
圖3依然是電壓比較器結構，上面已經提到，運放開環增益很大，不帶負反饋，工作就如非線性區，當做電壓比較器來使用。
圖3 電壓比較器結構
運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，當然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當然不可能超過電源幅值），實現的功能就是放大信號的功能。接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。
展開 差分電路中，輸出電壓為什么要偏置？
差分電路的電路構型
圖1：差分電路
目標處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。
差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓，需要將高壓信號進行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。
差分放大電路
反饋，對于運算放大電路來說，運放工作在線性區，所以這里一定是負反饋，沒有反饋（開環）或者是正反饋，那是比較器電路而不是放大電路，這時候運放工作在飽和區或稱為非線性工作區，正因為飽和，輸出才是電源電壓的幅值。
圖2是一種帶正反饋的運放電路，這里就不能叫運算放大電路了，因為運放的開環放大倍數理想是無限大，當然實際中不可能無限大，所以如下結構是遲滯電壓比較器，運放工作在非線性區或飽和區。
圖2
圖3，依然是電壓比較器結構，上面已經提到，運放開環增益很大，不帶負反饋，工作就如非線性區，當做電壓比較器來使用。
圖3
運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，當然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當然不可能超過電源幅值），實現的功能就是放大信號的功能；接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。
展開 
干貨 | 輸出電壓為什么要偏移？差分電路原理解析
差分電路的電路構型
圖1 差分電路
目標處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。
差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓，需要將高壓信號進行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。
差分放大電路
反饋，對于運算放大電路來說，運放工作在線性區，所以這里一定是負反饋，沒有反饋（開環）或者是正反饋，那是比較器電路而不是放大電路，這時候運放工作在飽和區或稱為非線性工作區，正因為飽和，輸出才是電源電壓的幅值。
圖2是一種帶正反饋的運放電路，這里就不能叫運算放大電路了，因為運放的開環放大倍數理想是無限大，當然實際中不可能無限大，所以如下結構是遲滯電壓比較器，運放工作在非線性區或飽和區。
圖2
圖3，依然是電壓比較器結構，上面已經提到，運放開環增益很大，不帶負反饋，工作就如非線性區，當做電壓比較器來使用。
圖3
運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，當然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當然不可能超過電源幅值），實現的功能就是放大信號的功能；接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。
當然在實際當中我們并不提倡用運放去做電壓比較器，而是選用專用的比較器，如LM339、LM393、LM211等，因為比較器和運放在實際當中內部器件的工作狀態還是有區別的。
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差分電路的電路構型
圖1 差分電路
目標處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。
差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓，需要將高壓信號進行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。
差分放大電路：
反饋，對于運算放大電路來說，運放工作在線性區，所以這里一定是負反饋，沒有反饋（開環）或者是正反饋，那是比較器電路而不是放大電路，這時候運放工作在飽和區或稱為非線性工作區，正因為飽和，輸出才是電源電壓的幅值。
圖2是一種帶正反饋的運放電路，這里就不能叫運算放大電路了，因為運放的開環放大倍數理想是無限大，當然實際中不可能無限大，所以如下結構是遲滯電壓比較器，運放工作在非線性區或飽和區。
圖2
圖3，依然是電壓比較器結構，上面已經提到，運放開環增益很大，不帶負反饋，工作就如非線性區，當做電壓比較器來使用。
圖3
運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，當然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當然不可能超過電源幅值），實現的功能就是放大信號的功能；接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。當然在實際當中我們并不提倡用運放去做電壓比較器，而是選用專用的比較器，如LM339、LM393、LM211等，因為比較器和運放在實際當中內部器件的工作狀態還是有區別的。
展開 紅外感應自動出水水龍頭的電路原理分析
檢測分為兩種情況：
1、障礙物逐漸接近時，紅外接收管接收到反射的紅外線增多，U1第三腳IN1+的電壓降低。當U1第3腳IN1+的電壓小于U1第2腳IN1-的電壓時，U1第1腳OUT1輸出低電平，LED燈被點亮。
2、障礙物逐漸遠離時，紅外接收管接收到反射的紅外線減少，U1第三腳IN1+的電壓升高。當U1第3腳IN1+的電壓大于U1第2腳IN1-的電壓時，U1第1腳OUT1不輸出低電平，LED燈熄滅。
電壓比較器U1內部另一個比較器接成了電壓跟隨器，即第6腳IN2-與第7腳OUT2直接連在一起，第5腳IN2+也接到電阻R3。這個內部比較器實際上沒有使用，為了電路系統的穩定，不能將其懸空不接，接成電壓跟隨器是比較好的做法。
至此，全部電路原理分析完畢。
本文僅是分析一種“紅外感應自動出水水龍頭”的電路原理，不代表市面上類似產品實際在使用的電路方案。
展開 干貨｜輸出電壓為什么要偏移？差分電路原理解析
差分電路的電路構型
圖1 差分電路
目標處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。
差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓，需要將高壓信號進行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。
差分放大電路
反饋，對于運算放大電路來說，運放工作在線性區，所以這里一定是負反饋，沒有反饋（開環）或者是正反饋，那是比較器電路而不是放大電路，這時候運放工作在飽和區或稱為非線性工作區，正因為飽和，輸出才是電源電壓的幅值。
圖2是一種帶正反饋的運放電路，這里就不能叫運算放大電路了，因為運放的開環放大倍數理想是無限大，當然實際中不可能無限大，所以如下結構是遲滯電壓比較器，運放工作在非線性區或飽和區。
圖2
圖3，依然是電壓比較器結構，上面已經提到，運放開環增益很大，不帶負反饋，工作就如非線性區，當做電壓比較器來使用。
圖3
運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，當然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當然不可能超過電源幅值），實現的功能就是放大信號的功能；接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。
展開 干貨｜一文教你巧識濾波、穩壓、比較、運放電路
下圖電壓采集電路中就使用到了該濾波電路。
2、穩壓二極管穩壓電路
看似簡單，其實就一個電阻和一個穩壓二極管，但對初學者來說并不容易。不是隨便選擇滿足穩壓要求的二極管再配個電阻就可以，電阻R的大小選多少合適？這是要根據穩壓管的正常工作電流范圍以及電壓負載的大小進行匹配的。
最好了解穩壓二極管的U-I曲線圖以及整個穩壓過程。
3、電壓比較器電路
如上圖，電壓比較器的原理是這樣的，當V1>V2時，輸出為低電平（GND）。
4、運算放大電路
上圖為同相運放電路原理，輸出公式為：VO=VI×(1+R2/R1)
上圖為反向輸入運放原理，輸出公式為：VO=-VI×(R2/R1)。
要學會運用運放正負輸入端"虛斷"與"虛短"的原理，進行推算。
● 虛短指在理想情況下，兩個輸入端的電位相等，就好像兩個輸入端短接在一起，但事實上并沒有短接。
● 虛斷指在理想情況下，流入集成運算放大器輸入端電流為零。這是由于理想運算放大器的輸入電阻無限大，就好像運放兩個輸入端之間開路。但事實上并沒有開路。
展開 基于STC12C5A60S2的簡易直流電子負載設計
恒壓(CV)與恒流(CC)工作模式的切換可由555定時器與外圍電阻電容組成單穩態觸發器控制繼電器的動作來實現[5]，也可用單片機控制；本設計采用R17、RA1、Q4、D1和5V直流繼電器組成的單片機控制模式。當按下工作模式獨立按鍵時，單片機的I/O端輸出低電平，使三極管Q4導通，常開觸點吸合，從而使工作模式從CV切換到CC。
圖2 功率控制及工作模式切換電路
2.2 恒流控制電路
在圖3所示的恒流控制電路中，DA_C為矩陣按鍵所設置的恒定電流值經單片機內部A/D數據處理后，由D/A轉換器輸出參考電壓。由于本設計要求恒定電流的調節范圍為100mA～3A，而圖2中的電流采樣電阻RSC1阻值為0.1Ω，
因此采樣電壓的范圍為
為了使參考電壓DA_C與采樣電壓進行有效比較，首先把參考電壓DA_C經第一級同相比例放大器縮小10%，然后送到后級電壓比較器的同相輸入端，與反相端電流檢測電阻RSC1上的反饋電壓進行比較，當流入直流電子負載的電流增大時，反饋電壓增大，若大于同相端的參考電壓，比較器輸出低電平，使功率管的導通量減少，電流減少；反之，當流入直流電子負載的電流減少時，反饋電壓減小，若小于同相端的參考電壓，比較器輸出高電平，使功率管的導通量加大，電流增加；可見，恒流控制是通過比較器輸出的高低電平來控制功率管IRF305的導通程度而實現的。
在恒流工作模式下，按照所設定的電流值，流入直流電子負載的電流維持恒定，與輸入電壓不相干，但與被測電源所能提供的最大電流有關。
展開 運放 vs.比較器芯片
相比之下，通用比較器芯片仍然具有類似的差分輸入級：
差分輸入級
比較器的輸出為集電極開路 (Open Collector)輸出和漏極開路（Open Drain）輸出, 因此其輸出完全可以達到軌到軌，也就是輸出電壓可以達到電源電壓：
輸出級
我們可以通過在比較器芯片外部加一個上拉電阻，然后將開漏輸出引腳接到負電源的方式，將其輸出驅動到完全飽和或截止：
完全飽和或截止
運放比較器電路
我們通過一個具體的電路看一下運放的輸出能否做到軌到軌（Rail-to-Rail）。
下圖是一個典型的運放比較器電路：
運放比較器電路
兩個10k 電阻構成分壓器接到反相輸入引腳，提供一個比較參考電壓 5 伏。正弦信號輸入到同相引腳。同相輸入引腳我們輸入一個以 5 伏為中心的正弦波，這會在輸出引腳輸出一個方波。
面包板上組裝好的電路如下：
面包板上的運放比較器電路
波形如下：
運放比較器電路波形
紫色波形是接到同相輸入的正弦波，青色是輸出波形，黃色是正電源電壓。
可以看到輸出波形的峰值達不到正電源電壓，我們用示波器光標測量功能測量其和正電源電壓的差距是 1.43 伏，接近數據手冊中的 1.5 伏：
遙不可及的夢
比較器芯片電路
下圖是一個用比較器芯片 LM311 搭建的和上面的運放比較器電路功能相同的電路：
注意其輸出需要接上拉電阻。
在面包板上組裝完成的 LM311 比較器電路：
面包板上的比較器芯片電路
LM311 比較器電路波形：
比較器芯片 LM311 波形
可以看到輸出電壓已基本和正電源電壓重合了，做到了軌到軌（Rail-to-Rail)。
缺點二
運放或運放比較器電路的第二個缺點就是其輸出響應很慢。
展開 
為什么電壓互感器不能短路，電流互感器不能開路？
如果二次側開路，二次電流等于零，去磁作用消失，但是一次線圈的ε1保持不變，其一次電流完全變為勵磁電流，引起鐵芯內磁通量Φ劇增，鐵芯處于高度飽和狀態，加之二次繞組的匝數很多，就會在二次繞組兩端產生很高(甚至可達數千伏)的電壓，不但可能損壞二次繞組的絕緣，而且將嚴重危及人身安全。因此，電流互感器二次側開路是絕對不允許的。
電壓互感器和電流互感器原理上都是變壓器，電壓互感器關注電壓的變化，電流互感器關注電流的變化。那么為什么同樣是變壓器，電流互感器不能開路運行，電壓互感器不能短路運行呢？
在正常運行時，ε1和ε2保持不變。電壓互感器一次側并聯在回路中，電壓相對較高，電流非常小，正常運行時二次側的電流也非常小幾乎為0，在二次回路中與開路無限大阻抗形成一個相對平衡。當二次側阻抗迅速減小到短路時，因為ε2保持不變，勢必會導致二次電流迅速增大，燒壞二次線圈。
同樣的道理，在正常運行時，ε1和ε2保持不變。電流互感器一次側串聯在回路中，電流相對較高，電壓非常小，正常運行時二次側的電壓也非常小幾乎為0，在二次回路中與短路無限小阻抗形成一個平衡。當二次回路阻抗迅速增大到開路時，二次電流迅速降為0，一次電流全部轉化為勵磁電流，導致磁通迅速增大達到飽和燒壞互感器。
所以同樣的變壓器，應用不同，結果也會不一樣。
來源：網絡，版權歸原作者所有
展開 電流互感器與電壓互感器！
電流互感器與電壓互感器！
為什么電壓互感器不能短路，電流互感器不能開路？
電壓互感器和電流互感器原理上都是變壓器，電壓互感器關注電壓的變化，電流互感器關注電流的變化。那么為什么同樣是變壓器，電流互感器不能開路運行，電壓互感器不能短路運行呢？
在正常運行時，ε1和ε2保持不變。電壓互感器一次側并聯在回路中，電壓相對較高，電流非常小，正常運行時二次側的電流也非常小幾乎為0，在二次回路中與開路無限大阻抗形成一個相對平衡。當二次側阻抗迅速減小到短路時，因為ε2保持不變，勢必會導致二次電流迅速增大，燒壞二次線圈。
同樣的道理，在正常運行時，ε1和ε2保持不變。電流互感器一次側串聯在回路中，電流相對較高，電壓非常小，正常運行時二次側的電壓也非常小幾乎為0，在二次回路中與短路無限小阻抗形成一個平衡。當二次回路阻抗迅速增大到開路時，二次電流迅速降為0，一次電流全部轉化為勵磁電流，導致磁通迅速增大達到飽和燒壞互感器。
展開 為什么電壓互感器不能短路，電流互感器不能開路？
電壓互感器和電流互感器原理上都是變壓器，電壓互感器關注電壓的變化，電流互感器關注電流的變化。那么為什么同樣是變壓器，電流互感器不能開路運行，電壓互感器不能短路運行呢？
在正常運行時，ε1和ε2保持不變。電壓互感器一次側并聯在回路中，電壓相對較高，電流非常小，正常運行時二次側的電流也非常小幾乎為0，在二次回路中與開路無限大阻抗形成一個相對平衡。當二次側阻抗迅速減小到短路時，因為ε2保持不變，勢必會導致二次電流迅速增大，燒壞二次線圈。
同樣的道理，在正常運行時，ε1和ε2保持不變。電流互感器一次側串聯在回路中，電流相對較高，電壓非常小，正常運行時二次側的電壓也非常小幾乎為0，在二次回路中與短路無限小阻抗形成一個平衡。當二次回路阻抗迅速增大到開路時，二次電流迅速降為0，一次電流全部轉化為勵磁電流，導致磁通迅速增大達到飽和燒壞互感器。
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