1）电压比较器

电压比较器（简称比较器）的功能是比较两个电压的大小。电压比较器的输出是两个不同的电平，即高电平和低电平。

（1）过零比较器

最简单的比较器是过零比较器。只需把运算放大器的一个输入端（同相端或反相端）接地，另一端接输入电压，如图6.11所示，图中的电阻是避免因ui过大而损坏运算放大器。显然，在理想情况下，它的阈值为零，也就是说，当ui变化经过零时输出电压从一个电平跳变到另一个电平。

过零比较器的信号电压接到集成运放的反相输入端，属于反相输入接法，如图6.11（a）所示。也可以采用同相输入接法，如图6.11（b）所示。各种比较器一般都有这两种接法，究竟采用哪种接法，看比较器前后所需要的电压极性关系而定。

图6.11　过零比较器

（2）施密特触发器

为了防止比较器的输出因干扰而产生抖动，并提高其输出前后沿的陡度，通常可提供一定的正反馈，使其传输特性具有回差特性。一种同相输入过零滞回比较器（施密特触发器）的电路、传输特性如图6.12所示。

图6.12　施密特触发器

2）电压-电流转换电路

在测控系统中，当需要远距离传送电压信号时，为避免信号源电阻和传输线路电阻带来的精度影响，通常可以先将电压信号变换为相应的电流信号再进行传送。完成这一转换功能的电路，就是电压-电流变换器。

（1）基本电压-电流变换电路

电路如图6.13所示，为电流串联负反馈放大电路。当运放工作在线性区时，输入端存在虚短及虚断，所以有：

式中：RS——取样电阻。

此电路中负载RL不能直接接地，即RL处于浮地状态。

图6.13　电压-电流变换电路

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图6.14　负载接地的电压-电流变换器

（2）允许负载接地的电压-电流变换电路

电路如图6.14所示，给出了一个允许负载接地的电流源电路。当R1R2=R3R4时，有：

即流过负载RL的电流与输入电压成正比，而与负载RL无关。当运放为双电源供电时，随Ui的极性的正、负可提供双向电流源。

3）电压-频率转换器

图6.15　LM331的管脚排列图

完成模拟信号与脉冲频率之间的相互转换的电路称为电压-频率变换器。这一类V/F变换器IC品种较多，如同步型V/F——VFC100、AD651；高频型V/F——VFC110；精密单电源型V/F——VFC121；通用型V/F——VFC320、LMX31。LMX31系列（包括LM131A/LM131、LM231A/LM231、LM331A/LM331），其性价比较高，适于作A/D转换器、精密频率电压转换器、长时间积分器、线性频率调制或解调及其他功能电路。

其基本参数是：

满量程频率范围：1 Hz～100 kHz；

线性度：±0.01%；

电源电压：3.9 V～40 V。

LMX31系列外形采用8脚DIP封装结构，如图6.15所示。

图6.16　LM331内部结构与基本接法

其内部结构与基本接法如图6.16所示，其基本工作原理为：若无信号时，6脚电平约为VCC，7脚电平为。当输入负脉冲信号使6脚电平低于7脚电平时，输入比较器翻转，使RS触发器置1。RS触发器控制电流开关，使精密电流源（电流值为i=1.9/RS，该电流值为10～50 μA，变更RS阻值可调整电压频率转换比）对1脚的负载电容CL充电，同时RS触发器还使VCC通过定时电阻Rt对5脚的定时电容Ct充电。当Ct充电电压值略超过时，定时比较器翻转，RS触发器置0。由电容的充电过程，可求得对定时电容Ct的充电时间T≈1.1CtRt。则电流开关切断对负载电容CL的充电，电容CL通过负载电阻RL缓慢放电。时间常数CLRL决定了输入信号频率变化时输出电压变化所需的建立时间的大小及输出电压纹波的大小。CLRL越大，则建立时间越长，但输出电压的纹波越小。同时RS触发器也切断了对Ct的充电，Ct通过饱和晶体管迅速放电。然后整个电路等待下一个输入负脉冲进行循环。

由LM331组成的V/F转换基本电路如图6.17所示。

图6.17　LM331组成的V/F转换基本电路