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?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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