【自学嵌入式：模电】 42. 比较器（运放）

42. 比较器（运放）

运算放大器（运放）：电压比较器的基础应用

一、基础认知：运放如何当“比较器”？

运放（运算放大器）可作为 电压比较器，核心功能是：

• 接收两路输入电压（+IN 同相端、-IN 反相端）；
• 比较两者的电压大小，输出高电平（最大电压） 或 低电平（最小电压）。

二、工作原理：“比大小”的核心逻辑

运放的差分输入结构（+IN 和 -IN）是关键：

1. 输入：接入两个电压信号（+IN 和 -IN）；
2. 比较：运放自动判断 \(V_{+IN}\) 与 \(V_{-IN}\) 的大小；
3. 输出：
   • 若 \(V_{+IN} > V_{-IN}\) → 输出 最大电压（由运放供电/参数决定，如 \(+15\,\text{V}\)、\(+5\,\text{V}\) 等）；
   • 若 \(V_{+IN} < V_{-IN}\) → 输出 最小电压（如 \(-15\,\text{V}\)、\(0\,\text{V}\) 等）。

三、输入输出逻辑：分情况解析

运放的输出仅由 两个输入电压的相对大小 决定，与具体数值无关。用简单规则总结：

输入条件	输出结果	关键逻辑
\(V_{+IN} > V_{-IN}\)	输出最大电压（高电平）	“同相端电压更高，输出高”
\(V_{+IN} < V_{-IN}\)	输出最小电压（低电平）	“反相端电压更高，输出低”

四、示例解析：实战验证逻辑

结合仿真案例，直观理解运放比较器的工作过程：

示例1：\(V_{+IN}=+10\,\text{V}\)，\(V_{-IN}=+5\,\text{V}\)

• 条件：\(+10\,\text{V} > +5\,\text{V}\)（\(V_{+IN} > V_{-IN}\)）；
• 输出：运放输出 最大电压（如 \(+15\,\text{V}\)）（对应截图中绿色高电平输出）。

示例2：\(V_{+IN}=0\,\text{V}\)，\(V_{-IN}=+5\,\text{V}\)

• 条件：\(0\,\text{V} < +5\,\text{V}\)（\(V_{+IN} < V_{-IN}\)）；
• 输出：运放输出 最小电压（如 \(-15\,\text{V}\)）（对应截图中红色低电平输出）。

示例3：\(V_{+IN}=+3\,\text{V}\)，\(V_{-IN}=+5\,\text{V}\)

• 条件：\(+3\,\text{V} < +5\,\text{V}\)（\(V_{+IN} < V_{-IN}\)）；
• 输出：运放输出 低电平（如 \(L\) 标识）（对应截图中红色低电平输出）。

示例4：\(V_{+IN}=+10\,\text{V}\)，\(V_{-IN}=+5\,\text{V}\)

• 条件：\(+10\,\text{V} > +5\,\text{V}\)（\(V_{+IN} > V_{-IN}\)）；
• 输出：运放输出 高电平（如 \(H\) 标识）（对应截图中绿色高电平输出）。

五、关键总结：运放比较器的核心

1. 输入看“相对大小”：输出仅由 \(V_{+IN}\) 与 \(V_{-IN}\) 的高低决定，与具体电压值无关；
2. 输出是“极限电压”：结果非高即低（最大或最小输出电压），类似“数字开关”；
3. 阻抗影响小：运放输入阻抗极高，对原有电路的电压影响可忽略（适合精密比较）。