對(duì)兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。 能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。 比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。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)0或1，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小且正負(fù)符號(hào)不變時(shí)，其輸出保持恒定。

　　比較器工作原理

　　比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。

　　圖4（a）由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個(gè)電阻的關(guān)系式為：

　　Vout=（1+RF/R1）〃R3/（R2+R3）VA-（RF/R1）VB。若R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1（VA-VB），RF/R1為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0（相當(dāng)于R1、R2短路），R3=RF=∞（相當(dāng)于R3、RF開路）時(shí)，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖4（b）的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時(shí)，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無窮大。

　　從圖4中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。

　　同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中RF=∞，R1=0時(shí)，它就變成與圖3（b）一樣的比較器電路了。圖5中的Vin相當(dāng)于圖3（b）中的VA。

　　比較器與運(yùn)放的差別

　　運(yùn)放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運(yùn)放的開環(huán)增益更高，輸入失調(diào)電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高（使比較器響應(yīng)速度更快）。另外，比較器的輸出級(jí)常用集電極開路結(jié)構(gòu)，如圖6所示，它外部需要接一個(gè)上拉電阻或者直接驅(qū)動(dòng)不同電源電壓的負(fù)載，應(yīng)用上更加靈活。但也有一些比較器為互補(bǔ)輸出，無需上拉電阻。

　　這里順便要指出的是，比較器電路本身也有技術(shù)指標(biāo)要求，如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時(shí)間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運(yùn)放的參數(shù)相同。在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)放來作比較器電路。如在A/D變換器電路中要求采用精密比較器電路。 由于比較器與運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其大部分參數(shù)（電特性參數(shù)）與運(yùn)放的參數(shù)項(xiàng)基本一樣（如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等）。

　　比較器的分類

　　過零電壓比較器：典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性

　　電壓比較器：將過零比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)固定電壓值上，就得到電壓比較器。

　　窗口比較器：電路由兩個(gè)幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。高電平信號(hào)的電位水平高于某規(guī)定值VH的情況，相當(dāng)比較電路正飽和輸出。低電平信號(hào)的電位水平低于某規(guī)定值VL的情況，相當(dāng)比較電路負(fù)飽和輸出。該比較器有兩個(gè)閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。

　　滯回比較器：從輸出引一個(gè)電阻分壓支路到同相輸入端，當(dāng)輸入電壓vI從零逐漸增大，且VI小于VT時(shí)，比較器輸出為正飽和電壓，VT稱為上限閥值（觸發(fā)）電平。當(dāng)輸入電壓VI》VT’時(shí)，比較器輸出為負(fù)飽和電壓，VT’稱為下限閥值（觸發(fā)）電平。

　　比較器的性能指標(biāo)

　　滯回電壓：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)用于檢測下降電壓，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(duì)失調(diào)電壓的影響。

　　偏置電流：理想的比較器的輸入阻抗為無窮大，因此，理論上對(duì)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。

　　超電源擺幅：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)到超電源擺幅（Beyond-theRail）標(biāo)準(zhǔn)。這種比較器的輸入端允許有較大的共模電壓。

　　漏源電壓：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(duì)應(yīng)于MOSFFET的漏源電壓。

　　輸出延遲時(shí)間：包括信號(hào)通過元器件產(chǎn)生的傳輸延時(shí)和信號(hào)的上升時(shí)間與下降時(shí)間，對(duì)于高速比較器，如MAX961，其延遲時(shí)間的典型值可對(duì)達(dá)到4.5ns，上升時(shí)間為2.3ns。設(shè)計(jì)時(shí)需注意不同因素對(duì)延遲時(shí)間的影響，其中包括溫度、容性負(fù)載、輸入過驅(qū)動(dòng)等的影響。