设计了一款程控门限电压比较器，并采用MCS-51单片机进行控制，经实际使用，效果理想。
右图是由运放构成的基本电压比较器。运放的同相输入端提供门限电压Uth，反相端输入被比较的电压Ui，如果电压听大于门限电压Uth，运放输出Uo为低电平，反之，Uo为高电平。改变门限电压Uth，使比较器发生翻转的临界输入电压Ui也随之改变。
下图是设计的门限电压可编程的电压比较器。在下图中，R5、WD1以及D1组成稳定的电压基准电路。其中，D1对于WD1进行温度补偿，A点电压UA=UwD1+UD,。当来自单片机的二进制数为“11”时，OP1和OP2的输出三极管均截止，B点的电压即电压比较器的门限电压Uth=UB=(R6xUa)/(R6+VR3)；当来自单片机的二进制数为“01”时，OP1的输出三极管导通，OP2的输出三极管仍截止，电压比较器的门限电压Uth=((R6//(R3+VR1))xUA）/(VR3+(R6//(R3+VR1)))=(R6(R3+VR1)xUA)/(R6(R3+VR1)+VR3(R6+R3+VR1))。同理，可以求出当来自单片机的二进制数为“10”时，Uth=(R6(R4+VR2)xUA)/<R6(R4+VR2)+VR3(R6+R4+VR2))。本文不讨论OP1和OP2的输出三极管同时导通的情况，因为在这种情况下，调试复杂，实际应用价值不大。
上面的分析和计算，是假定OP1和OP2的输出三极管工作在理想的开关状态，实际上，OP1、OP2的输出三极管导通后，存在一定的通态电阻Ron，因此，必须对Ron进行补偿，这就涉及到该电路的调试。
假定设计要求有三个门限电压Uth1、Uth2、Uth3，那么调试时可以这样做：第一步，在输入端输入二进制数“11”，调整VR3的值，同时用数字万用表检测B点对地的电压，直到B点电压符合设计要求的门限电压Uth1；第二步，在输入端输入二进制数“10”，调整VR1的值，同时用数字万用表检测B点对地的电压，直到B点电压符合设计要求的门限电压Uth2；第三步，在输入端输入二进制数“01”，调整VR2的值，同时用数字万用表检测B点对地的电压，直到B点电压符合设计要求的门限电压Uth3。可见，该电路的调试非常简单。
在下图中，R8、R9组成采样电路，采样到的电压信号Ui（即C点对地的电压），经Rl0送到IC1的反相输入端，而比较器的输出，一路经OP3进行电平转换，馈送给单片机，单片机接收到达个信号后，就可以进行相应的处理（比如显示过压或电压正常的信息等），另一路直接送到执行器的控制电路．控制执行器执行相应的动作（比如切断电源以保护用电器等）。
实际上，在下图中，OP1、OP2主要起开关作用，通过在R6两端并联电阻的方式来改变B点的电压。由下图可知，当OP1导通时，R6两端的并联电阻为VR1+R3+Ron1（假定Ron）为OP1输出三极管的导通电阻），而当OP2导通时，R6两端的并联电阻为VR2+R4+Ron2（假定Ron2为OP2输出三极管的导通电阻），同理，当OP1、OP2均截止时，R6丽端并联的电阻为无穷大。
可能读者会问，采用CMOS模拟多路集成开关来设计不更简单吗？当然，这是个不错的主意。
但是，存在两个问题：
1、如果CMOS集成开关和单片机共用+5V电源，那么门限电压就不会超过5V，势必造成比较器的另一个输入端的采样比太小（尤其是当被采样的电压很高时），不利于控制精度的提高；
2、如果CMOS模拟多路集成开关不和单片机共电源，那么，它和单片机的接口就需要隔离或者进行电平转换，这就增加了电路的复杂度和成本。本例使用光耦来设计，集隔离和开关于一体。
本文关键字：单片机 运算放大器，单元电路 - 运算放大器
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