電壓比較器簡稱比較器，其基本功能是對兩個輸入電壓進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓，據(jù)此來判斷輸入信號的大小和極性。電壓比較器常用于自動控制、波形產(chǎn)生與交換，模數(shù)轉(zhuǎn)換以及越限報警等許多場合。
電壓比較器通常由集成運放構(gòu)成，與普通運放電路不同的是，比較器中的集成運放大多處于開環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個輸入端加一個很小的信號，運放就會進入非線性區(qū)，屬于集成運放的非線性應(yīng)用范圍。在分析比較器時，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才適應(yīng)。
電壓比較器是將一個模擬輸入信號ui與一個固定的參考電壓UR進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、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時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、定時比較電路、R-S觸發(fā)電路、復(fù)零晶體管、輸出保護點電路等部分。輸出管采用集電極開路形式，因此可以通過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40V。
圖2 LM311引腳圖
圖3 LM311結(jié)構(gòu)示意圖
2.漏水檢測電路設(shè)計
漏水檢測器原理：在有水漏到接水板的兩個電極之間時，兩個電極之間的電阻值會發(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量各種物理量的一種電路。最簡單的是由四個支路組成的電路，各個支路稱為電橋的“臂”。實際檢測電路中，利用電橋電路在檢測電阻方面的優(yōu)良特性，通過檢測電橋的電壓來檢測電阻值的變化。
可以認(rèn)為漏水檢測電極為一個可變電阻，作為電橋的一個支路，其余三個支路阻值相等。具體阻值可以根據(jù)漏水電極在有水和無水時的電阻值來確定。其范圍應(yīng)在水時的阻值與無水時的阻值之間，可以取其中間值作為其余是三路電阻的值。
在檢測電橋中，如果檢測電極沒有漏水，其阻值較大，所以V+﹥V﹣，即V_id﹥0，V_out﹥0。
如果檢測電極有漏水，其阻值較小，所以V+﹤V﹣，即：V_id﹤0，V_out﹤0。這樣就能很準(zhǔn)確的檢測出是否存在漏水現(xiàn)象。也就是說，電壓比較器LM311的輸出電平的高低就代表了有無漏水現(xiàn)象。
圖4 漏水檢測原理圖
圖5 漏水傳感器PCB實物圖
在電路設(shè)計時，應(yīng)注意到當(dāng)一個高速比較器被用于高速輸入信號和低源阻抗輸入信號時，正常的輸出響應(yīng)應(yīng)該是快速和穩(wěn)定的，然而，當(dāng)輸入的信號是緩變信號或高阻信號源，比較器就有可能在比較閥值點發(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。信號輸出端要遠離輸入端的管腳，也應(yīng)遠離兩平衡端管腳。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容量適當(dāng)?shù)碾娙荩瑢V除和減弱振蕩有顯著效果。
小結(jié)
LM311是一種常用的線性比較器，以其很高的性價比，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)計了一種簡單實用的漏水檢測電路。此電路具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，檢測精度高的特點，在實際檢測電路中得到了較好的應(yīng)用。
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