電壓比較器簡(jiǎn)稱(chēng)比較器，其基本功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓，據(jù)此來(lái)判斷輸入信號(hào)的大小和極性。電壓比較器常用于自動(dòng)控制、波形產(chǎn)生與交換，模數(shù)轉(zhuǎn)換以及越限報(bào)警等許多場(chǎng)合。
電壓比較器通常由集成運(yùn)放構(gòu)成，與普通運(yùn)放電路不同的是，比較器中的集成運(yùn)放大多處于開(kāi)環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個(gè)輸入端加一個(gè)很小的信號(hào)，運(yùn)放就會(huì)進(jìn)入非線(xiàn)性區(qū)，屬于集成運(yùn)放的非線(xiàn)性應(yīng)用范圍。在分析比較器時(shí)，虛短路原則仍成立，虛短及虛地等概念僅在判斷臨界情況時(shí)才適應(yīng)。
電壓比較器是將一個(gè)模擬輸入信號(hào)ui與一個(gè)固定的參考電壓UR進(jìn)行比較和鑒別的電路。
圖1 電壓比較器及傳輸特性
1.LM311應(yīng)用
LM311是性能價(jià)格比較高的集成芯片。LM311可用作精密的頻率電壓(F/V)轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線(xiàn)性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器以及其他相關(guān)的器件。LM311為雙列直插式8腳芯片。LM311內(nèi)部有：輸入比較電路、定時(shí)比較電路、R-S觸發(fā)電路、復(fù)零晶體管、輸出保護(hù)點(diǎn)電路等部分。輸出管采用集電極開(kāi)路形式，因此可以通過(guò)選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，從而適應(yīng)TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。此外，LM311可采用單/雙電源供電，電壓范圍為4～40V，輸出也高達(dá)40V。
圖2 LM311引腳圖
圖3 LM311結(jié)構(gòu)示意圖
2.漏水檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
漏水檢測(cè)器原理：在有水漏到接水板的兩個(gè)電極之間時(shí)，兩個(gè)電極之間的電阻值會(huì)發(fā)生極大的變化，感知是否存在漏水發(fā)生。
電橋電路是用比較法測(cè)量各種物理量的一種電路。最簡(jiǎn)單的是由四個(gè)支路組成的電路，各個(gè)支路稱(chēng)為電橋的“臂”。實(shí)際檢測(cè)電路中，利用電橋電路在檢測(cè)電阻方面的優(yōu)良特性，通過(guò)檢測(cè)電橋的電壓來(lái)檢測(cè)電阻值的變化。
可以認(rèn)為漏水檢測(cè)電極為一個(gè)可變電阻，作為電橋的一個(gè)支路，其余三個(gè)支路阻值相等。具體阻值可以根據(jù)漏水電極在有水和無(wú)水時(shí)的電阻值來(lái)確定。其范圍應(yīng)在水時(shí)的阻值與無(wú)水時(shí)的阻值之間，可以取其中間值作為其余是三路電阻的值。
在檢測(cè)電橋中，如果檢測(cè)電極沒(méi)有漏水，其阻值較大，所以V+﹥V﹣，即V_id﹥0，V_out﹥0。
如果檢測(cè)電極有漏水，其阻值較小，所以V+﹤V﹣，即：V_id﹤0，V_out﹤0。這樣就能很準(zhǔn)確的檢測(cè)出是否存在漏水現(xiàn)象。也就是說(shuō)，電壓比較器LM311的輸出電平的高低就代表了有無(wú)漏水現(xiàn)象。
圖4 漏水檢測(cè)原理圖
圖5 漏水傳感器PCB實(shí)物圖
在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意到當(dāng)一個(gè)高速比較器被用于高速輸入信號(hào)和低源阻抗輸入信號(hào)時(shí)，正常的輸出響應(yīng)應(yīng)該是快速和穩(wěn)定的，然而，當(dāng)輸入的信號(hào)是緩變信號(hào)或高阻信號(hào)源，比較器就有可能在比較閥值點(diǎn)發(fā)生振蕩，這是由于比較器的高增益和寬帶造成的，干擾的存在也是造成這種振蕩的直接原因之一。在應(yīng)用中，要避免這種振蕩和不穩(wěn)定。振蕩的產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)的安排關(guān)系很大。信號(hào)輸出端要遠(yuǎn)離輸入端的管腳，也應(yīng)遠(yuǎn)離兩平衡端管腳。正負(fù)電源應(yīng)加濾波電容，濾除電源的干擾，并且將電容放在管腳附近。增大輸入信號(hào)的幅度，減少產(chǎn)生振蕩的可能性。在比較器的輸出端上拉電阻兩端并接一個(gè)容量適當(dāng)?shù)碾娙?，?duì)濾除和減弱振蕩有顯著效果。
小結(jié)
LM311是一種常用的線(xiàn)性比較器，以其很高的性?xún)r(jià)比，廣泛的應(yīng)用于各種比較電路中。本文就是利用了LM311的這一特性，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的漏水檢測(cè)電路。此電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，檢測(cè)精度高的特點(diǎn)，在實(shí)際檢測(cè)電路中得到了較好的應(yīng)用。
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