在电子产品中，比较器用于比较在比较器两个输入端给出的两个电压或电流。这意味着它需要两个输入电压，然后将它们进行比较并给出一个差分输出电压，无论是高电平还是低电平信号。

    比较器用于检测任意变化的输入信号何时达到参考电平或定义的阈值电平，可以通过使用二极管、晶体管、运算放大器等各种组件来设计，主要用于驱动逻辑电路的许多电子应用中。

    在本文中，小编将简单介绍下运算放大器用作比较器的工作原理和电路图。当然，首先需要了解的是运算放大器和比较器电路。

    运算放大器电路

    由两个输入端组成的高增益直流耦合电子电压放大器如下图所示，差分输入被馈送到运算放大器的两个输入端（反相输入端和同相输入端），并在Vout端产生单个输出电位。因此，馈送到其两个输入端的电位差被放大以产生放大的输出。这个放大的输出等于输入信号之间数十万倍的差异。

    放大器的输出可以用公式表示为：

    Vout=AOL(V+–V-)

    其中，AOL是放大器的开环增益，V+是放大器的同相输入，V-是放大器的反相输入。

    即使有各种类型的运算放大器，但LM741幸好运算放大器经常用作几个电子电路中的比较器电路。

    当仔细观察比较器符号时，如何辨认它是不是运算放大器（OperationalAmplifier）符号，，也就是说，这个比较器与运算放大器的区别是什么？

    其实，运算放大器设计用于接受模拟信号并输出模拟信号，而比较器仅将输出作为数字信号；虽然可以使用普通运算放大器作为比较器，如果将二极管或晶体管添加到放大器的输出中，则运算放大器通常可以用作电压比较器），但与多用途运算放大器相比，真正的比较器被设计为具有更快的开关时间。因此，可以说比较器是专门设计用于提供数字输出的运算放大器的修改版本。

    比较器电路图

    比较器设备由两个输入端子组成，其中参考输入信号被馈送到一个端子，信号的实际值被馈送到另一个端子。然后，基于馈送到两个输入端的两个输入信号之间的差异，在输出端产生一个输出信号。此生成的输出信号为0（低）或1（高）。

    在电气和电子术语中，用于比较馈入两个模拟输入端子的两个电压信号或电流信号，从而产生一个二进制数字输出信号以指示较大输入信号的设备称为比较器电路。

    在上述比较器电路中，两个模拟输入端分别表示为V+(Vin)和V-(Vref)。数字输出在输出端V0(Vout)产生。比较器电路的输出信号由下式给出：

    如果V+>V-（Vin大于Vref），则V0=1，果V+

    通常情况下，比较器用于诸如张弛振荡器、模数转换器（ADC）等设备中，也用于测量模拟信号的设备中。比较器由高增益差分放大器组成，可以使用运算放大器作为比较器电路。

    比较器一般分为电气比较器、电子比较器、机械比较器、光学比较器、sigma比较器、气动比较器、数字比较器等多种类型。这些比较器电路通常用于设计电气和电子项目。

    运算放大器作为比较器

    运算放大器，可在许多电子电路中用作比较器电路。例如，考虑一个温控开关；然后根据温度进行切换操作。如果实际温度值超过预设的参考温度值，则温度传感器相应地产生输出电压（低或高）。

    如果只考虑基本的比较器布置，那么就会有由噪声引起的高频电压变化。在特别设计为比较器电路的运算放大器的情况下，需要考虑这个问题。只要输入电压信号和参考电压信号彼此接近，就会产生这种噪声。

    高频电压变化是由于噪声的随机性引起的，输入信号电压会快速连续地大于或小于参考电压。因此，输出信号将在其最大电压电平和最小电压电平之间振荡。这个问题可以通过应用滞后来减少。当然，也可以通过使用正反馈将迟滞应用于运算放大器比较器电路来调整施密特触发器电路布置中的迟滞间隙。如上图所示，将运算放大器显示为具有迟滞的比较器电路。

    运算放大器作为比较器电路的工作过程

    一般而言，运算放大器的输出会在正负波动到一个大约等于电源电位的极端电压。例如，某运算放大器连接到+/-18V，则最大输出电压为+/-15V。这是由于运算放大器的极高开环增益（10,000到100万）。因此，如果任何输入产生+/-150微伏的电压差，那么它将被放大大约一百万倍，并且输出被驱动到饱和状态。因此，输出保持在其最大值或最小值。

    在仪表中使用运算放大器作为比较器时，开环可用于比较两个电压。因此，根据输入电压值与参考电压值之间的差异，输出Vout将等于最大高值或最小低值（输入电压值将大于或小于参考电压值几微伏）。

    参考电压被馈送到运算放大器的非反相输入端，可变电压被馈送到运算放大器的反相输入端。考虑上图中所示的运算放大器比较器电路图，如果馈入引脚2的电压大于馈入引脚3的参考电压，则输出电压变低并略大于–Vs。如果馈入引脚2的电压小于馈入引脚3的参考电压，则输出电压会变高并且略低于+Vs。

    有许多运算放大器专用于比较器操作，这些运算放大器比较器电路用于高速比较，而且这些运算放大器比较器电路的输出状态在不到1微秒内发生变化。但是，这些高速比较运算放大器比较器电路消耗更多功率，具体取决于比较速度。

    根据比较的速度和功耗的大小，这些比较器分为不同的类型，特定的运算放大器比较器可用于特定应用。

    运算放大器作为比较器应用示例

    1、使用Arduino项目的基于无线传感器网络的土壤温湿度监测系统旨在开发一种自动灌溉系统，该系统通过感应土壤水分含量来控制泵电机的开关操作（开和关）。

    感应装置感应土壤的水分，并向Arduino板提供适当的信号。这是使用运算放大器作为比较器电路来实现的，该电路充当传感装置和微控制器之间的接口。基于从传感装置接收到的信号，水泵运行。LCD显示屏用于显示土壤含水量和水泵状态。

    2、烟雾报警器电路，光电二极管发射的光被光电晶体管Q1和Q2检测到，顶部区域是密封的，因此晶体管Q1的工作点不会改变，所以该工作点用作比较器的参考。

    当烟雾进入下部区域时，光电晶体管Q2的工作点发生变化，从而导致电压Vin从基值（无烟雾）值Vin(no_smoke)发生变化。由于烟雾进入该区域，光电晶体管基极处的光强度降低，基极电流减小，电压Vin将从基极（无烟雾）值Vin（no_smoke）增加。当电压Vin超过Vref时，比较器的输出从VL切换到VH，从而触发警报。

    简单来说，比较器就是对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。

    一般情况下，运算放大器是被用作比较器的常用电子元器件，但需要注意的是，由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号，具体是否使用还要看特定的应用需求。