比較器是一種得到廣泛使用的電路元件。在許多情況下，如方脈沖整形電路中，電壓比較的精度不是很關(guān)鍵，電壓值可以在幾百毫伏范圍內(nèi)變化而不影響電路性能。然而，也有許多應(yīng)用要求非常精確的比較電壓，而且這些電壓要求具有很小的漂移，不會(huì)與遲滯電路發(fā)生交互影響。本文討論了將普通比較器應(yīng)用于精密電壓檢測時(shí)遇到的問題，并介紹了一款新的能夠克服這些問題的精密比較器。

普通比較器

　　比較器是一種高增益放大器，可以放大輸入端很小的差分信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)輸出端切換到兩個(gè)輸出狀態(tài)中的一個(gè)。圖1是基本的比較器電路，可以用在反相或同相配置中。輸入信號(hào)與門限電壓VTH進(jìn)行比較，輸出端根據(jù)輸入信號(hào)是小于還是大于VTH而改變其狀態(tài)。

　　圖1B和1D給出了比較器電路的轉(zhuǎn)換函數(shù)。同相比較器被定義為在輸入信號(hào)大于門限電壓時(shí)輸出為正的比較器，而反相比較器被定義為輸入信號(hào)大于門限電壓時(shí)輸出為負(fù)的比較器。

　　
圖1：同相與反相比較器的轉(zhuǎn)換函數(shù)。

　　比較器的增益決定了將輸出驅(qū)動(dòng)到高或低輸出狀態(tài)所要求的差分輸入電壓。例如，如果比較器的增益為80dB，即10,000倍，并且供電電壓為5V，那么把輸出驅(qū)動(dòng)為高或低狀態(tài)所需的輸入差分電壓只需0.5mV。這種情況下，很容易因?yàn)樾盘?hào)上或比較電壓VTH上的噪聲而在比較器輸出端產(chǎn)生多次狀態(tài)變化的問題。

　　圖2中的示波器圖形，顯示了一個(gè)有較小噪聲的輸入信號(hào)、以及它對圖1C所示的反相比較器輸出狀態(tài)的影響。在圖2中，綠色線條代表的是輸入信號(hào)VS，藍(lán)色線條代表的是門限電壓VTH，而黃色線條代表的是比較器的輸出VO。

　　圖2所示的比較器輸出信號(hào)下降沿的波動(dòng)可以利用正反饋消除，因?yàn)檎答伩梢杂脕碓黾颖容^器的滯后效應(yīng)。圖3給出了圖1所示比較器的應(yīng)用原理圖，其中反饋電阻RF和Ri增加的正反饋和滯后功能也顯示于轉(zhuǎn)換函數(shù)的圖形中。

　　 圖2：沒有滯后的比較器信號(hào)。

　　 圖3：帶滯后效應(yīng)的同相與反相比較器的轉(zhuǎn)移函數(shù)。

　　正反饋增強(qiáng)了信號(hào)電壓與轉(zhuǎn)變點(diǎn)參考電壓VTH之間的差異，并產(chǎn)生兩個(gè)門限值：一個(gè)用于正方向變化的輸入信號(hào)，一個(gè)用于負(fù)方向變化的信號(hào)。它們在圖3中分別被標(biāo)記為LSTV(下位狀態(tài)轉(zhuǎn)換電壓)和USTV(上位狀態(tài)轉(zhuǎn)換電壓)。滯后功能將抑制小于滯環(huán)寬度的噪聲幅度，并阻止出現(xiàn)多次輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)變。

　　討論具有滯后功能的比較器需要引入一個(gè)新的術(shù)語：狀態(tài)轉(zhuǎn)換電壓，它被定義為導(dǎo)致比較器輸出狀態(tài)發(fā)生切換時(shí)的實(shí)際信號(hào)電壓值。狀態(tài)轉(zhuǎn)換電壓有兩個(gè)獨(dú)特的值，具體取決于比較器輸出電壓；VTH是門限電壓(或閥值電壓)，也是理想的比較電壓。