电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。可用于报警电路、自动控制电路、测量技术、V/F转换电路、A/D转换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器和压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍了它的基本概念、工作原理和典型工作电路，并介绍了一些常用的电压比较器。
什么是电压比较器？
简单地说，电压比较器比较两个模拟电压的大小(也有两个数字电压比较，这里不再介绍)，并确定哪个电压更高，如图1所示。图1(a)是一个比较器，它有两个输入端：非反相输入端(“”端)和反相输入端(“-”端)，以及一个输出端Vout(输出电平信号)。此外，还有电源V和地(这是单电源比较器)，输入电压VA在同相端，输入VB在反相端。和VA VB在图1(b)中示出。在时间0 ~ t1，VAVB；t1 ~ T2，VBVA；在T2 ~ T3，VAVB。这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：在VAVB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VBVA，Vout输出为低电平。根据输出电平，我们可以知道哪个电压更大。
如果VA输入反相端，VB输入非反相端，VA和VB的电压变化仍然如图1(b)所示，那么Vout的输出如图1(d)所示。与图1(c)相比，其输出电平被反转。输出电平变化与VA和VB的输入端有关。
图2(a)是由双电源(正电源和负电源)供电的比较器。如果其VA和VB输入电压如图1(b)所示，其输出特性如图2(b)所示。VBVA，Vout输出饱和负电压。
如果将输入电压VA与固定电压VB进行比较，如图3(a)所示。这个VB被称为参考电压、参考电压或阈值电压。如果该参考电压为0V(地电平)，如图3(b)所示，一般用于过零检测。
比较器的工作原理
比较器是从运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一个应用电路。由于比较器电路的广泛应用，开发了一种专用的比较器集成电路。
图4(a)是由运算放大器组成的差分放大器电路。输入电压VA由分压器R2和R3分压，然后连接到非反相端，VB通过输入电阻R1连接到反相端。射频是反馈电阻。如果不考虑输入失调电压，输出电压Vout与VA、VB和四个电阻之间的关系如下：
Vout=(1射频/R1)R3/(R2 R3)VA-(射频/R1)VB .如果R1=R2，R3=射频，那么Vout=射频/R1(VA-VB)，射频/R1是放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1和R2短路)和R3=射频=(相当于R3和射频开路)时，Vout=当增益变为无穷大时，电路图将如图4(b)所示。差分放大器处于开环状态，即比较器电路。实际上，当运算放大器处于开环状态时，其增益不是无穷大，而Vout的输出是饱和电压，小于正负电源电压，不可能无穷大。
从图4可以看出，比较器电路是差分放大器电路，其中运算放大器电路处于开环状态。
同相放大器电路如图5所示。如果图5中的射频=和R1=0，它将成为与图3(b)中相同的比较器电路。图5中的Vin相当于图3(b)中的va。
比较器和运算放大器的区别
运算放大器可以用作比较器电路，但性能更好的比较器比通用运算放大器具有更高的开环增益、更小的输入失调电压、更宽的共模输入电压范围和更高的压摆率(使比较器响应更快)。此外，比较器的输出级通常采用集电极开路结构，如图6所示，需要连接上拉电阻或直接驱动不同电源电压的负载，在应用中更加灵活。然而，有些比较器具有互补输出，不需要上拉电阻。
顺便指出，比较器电路本身也有技术要求
同。在要求不高时可采用通用运放来作比较器电路。如在A/D变换器电路中要求采用精密比较器电路。由于比较器与运放的内部结构基本相同，其大部分参数(电特性参数)与运放的参数项基本一样(如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等)。
比较器典型应用电路
这里举两个简单的比较器电路为例来说明其应用。
1.散热风扇自动控制电路
一些大功率器件或模块在工作时会产生较多热量使温度升高，一般采用散热片并用风扇来冷却以保证正常工作。这里介绍一种极简单的温度控制电路，如图7所示。负 温度系数(NTC)热敏电阻RT粘贴在散热片上检测功率器件的温度(散热片上的温度要比器件的温度略低一些)，当5V电压加在RT及R1电阻上时，在A点 有一个电压VA。当散热片上的温度上升时，则热敏电阻RT的阻值下降，使VA上升。RT的温度特性如图8所示。它的电阻与温度变化曲线虽然线性度并不好， 但是它是单值函数(即温度一定时，其阻值也是一定的单值)。如果我们设定在80℃时应接通散热风扇，这80℃即设定的阈值温度TTH，在特性曲线上可找到 在80℃时对应的RT的阻值。R1的阻值是不变的(它安装在电路板上，在环境温度变化不大时可认为R1值不变)，则可以计算出在80℃时的VA值。
R2与RP组成分压器，当5V电源电压是稳定电压时(电压稳定性较好)，调节RP可以改变VB的电压(电位器中心头的电压值)。VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。
设计时希望散热片上的温度一旦超过80℃时接通散热风扇实现散热，则VTH的值应等于80℃时的K值。一旦VA>VTH，则比较器输出低电平，继电器 K吸合，散热风扇(直流电机)得电工作，使大功率器件降温。VA、VTH电压变化及比较器输出电压Vout的特性如图9所示。这里要说清楚的是在VA开始 大于VTH时，风扇工作，但散热体有较大的热量，要经过一定时问才能把温度降到80℃以下。
从图7可看出，要改变阈值温度TTH十分方便，只要相应地改变VTH值即可。VTH值增大，TTH增大；反之亦然，调整十分方便。只要RT确定，RT的温度特性确定，则R1、R2、RP可方便求出(设流过RT、R1及R2、RP的电流各为0.1～0.5mA)。
2.窗口比较器
窗口比较器常用两个比较器组成(双比较器)，它有两个阈值电压VTHH(高阈值电压)及VTHL(低阈值电压)，与VTHH及VTHL比较的电压VA输入两 个比较器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout输出高电平；若VA<VTHL，VA>VTHH，则Vout输出低电平，如图10所示。图 10是一个冰箱报警器电路。冰箱正常工作温度设为0～5℃，(0℃到5℃是一个“窗口”)，在此温度范围时比较器输出高电平(表示温度正常)；若冰箱温度 低于0V或高于5℃，则比较器输出低电平，此低电平信号电压输入微控制器(μC)作报警信号。
温度传感器采用NTC热敏电阻RT，已知RT在0℃时阻值为333.1kΩ；5℃时阻值为258.3kΩ，则按1.5V工作电压及流过R1、RT的电流约 1.5 uA，可求出R1的值。R1的值确定后，可计算出0℃时的VA值为0.5V(按图10中R1=665kΩ时)，5℃时的VA值为0.42V，则 VTHL=0.42V，VTHH=0.5V。若设R2=665kΩ，则按图11，可求出流过R2、R3、R4电阻的电流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， 则可求出R3=53.3kΩ。
本例中两个比较器采用低工作电压、低功耗、互补输出双比较器LT1017，无需外接上拉电阻。