電壓比較器是什么？什么是滯回電路？典型電路分析

1. 簡單電壓比較器回顧

電壓比較器是一種常用的集成電路。它可用于報警器電路、自動控制電路、測量技術(shù)，也可用于V/F變換電路、A/D變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。

電壓比較器的功能是對兩個輸入電壓的大小進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個電平。

由于比較器輸出只有兩個狀態(tài)，因此用作比較器的運放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。電壓比較器的是本特性：

輸出高電平和低電平：其輸出的高低電平分別接近于正電源電壓和負電源電壓。

鑒別靈敏度：放大系數(shù)無窮大，越大越靈敏。

轉(zhuǎn)換速度：比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時間。要求盡可能短，以實現(xiàn)高速比較。

簡單比較器應(yīng)用中存在的問題：

輸出電壓轉(zhuǎn)換時間受運放的限制，使高脈沖的邊緣不夠陡峭；

抗干擾能力差，一旦輸入信號中有少量的噪聲或干擾，都將會在兩個不同的輸出狀態(tài)之間產(chǎn)生不期望的頻繁跳變。

為了解決以上兩個問題，在比較器中引入了正反饋，構(gòu)成滯回比較器。

2. 滯回比較器

"滯回"源于希臘語，含義是"延遲"或"滯后"，或阻礙前一狀態(tài)的變化。工程中，常用滯回描述非對稱操作，比如，從A到B和從B到A是互不相同。在磁現(xiàn)象、非可塑性形變以及比較器電路中都存在滯回。

內(nèi)部滯回電路可以避免由于輸入端的寄生反饋所造成的比較器輸出振蕩。但是內(nèi)部滯回電路雖然可以使比較器免于自激振蕩，卻很容易被外部振幅較大的噪聲淹沒。這種情況下需要增加外部滯回，以提高系統(tǒng)的抗干擾性能。

下面來分析一個簡單的反向滯回電路：

正向滯回電路如下：

上圖所示電路中的輸出電壓VOUT與輸入電壓VIN的對應(yīng)關(guān)系表明，輸入電壓至少變化2VTH時，輸出電壓才會變化。因此，它不同于放大器無滯回的電路，即對任何小于2VTH的噪聲或干擾都不會導(dǎo)致輸出的迅速變化。在實際應(yīng)用中，正、負電壓的閾值可以通過選擇適合的反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。

3.典型電路分析

此電路中高電平為VCC，低電平為0V，因為VSS=0，不會出現(xiàn)負電平。

下面我們來分析一下這個電路：

根據(jù)運放的工作在線性區(qū)時，有虛短和虛斷的特性來求解上下門限電壓：

虛斷：

虛短：

首先來看下正向輸入端：

根據(jù)虛斷的概念，我們知道經(jīng)過10K的電流等于經(jīng)過20K的電流。根據(jù)虛短的概念，運放的正向端的電壓近似等于反向端的電壓。

1）假如輸入ui由非常負增加，輸出電平為高電平。我們可以求解輸入上升沿的閾值uth，再此點輸出由高電平轉(zhuǎn)變成低電平。

根據(jù)KVL/KCL定律

帶入數(shù)值可得：

2）假如輸入從非常正減小，輸出低電平。同理我們可以求解輸入下降沿的閾值utl,在此點輸出由低電平轉(zhuǎn)變成高電平。

由此可以求解出此滯回電路電路上門限電壓為2.2V，下門限電壓為1.1V。整體的效果如下：

4. 總結(jié)

滯回比較器的實質(zhì)就是產(chǎn)生兩個比較參考電平，對應(yīng)輸出的兩個狀態(tài)（高變低、低變高），兩個參考電平一個可以很高，一個可以很低，這樣中間的狀態(tài)都不會產(chǎn)生電平跳變。

在上升沿，只要毛刺不低于下門限，有一次大于上門限閾值就可以，其他值不會產(chǎn)生電平跳變??！

在下降沿，只要毛刺不高于上門限，有一次小于下門限閾值就可以，其他值不會產(chǎn)生電平跳變?。?/p>

回差的大小決定比較器的抗干擾能力?；夭钤酱?，抗干擾能力越強。但同時使得比較器的鑒別靈敏度降低。因為輸入電壓的峰峰值必須大于回差，否則輸出電平不可能轉(zhuǎn)變。

5. 注意點

1） 實際應(yīng)用中，正向輸入的偏置電壓，是為了增加下門限的電平。

2）根據(jù)回差越大，抗干擾能力越強，一般實際應(yīng)用中我們會調(diào)節(jié)反饋電阻RF和偏置電阻R1的比值大小來調(diào)節(jié)我們電路的抗干擾能力。

3）如果需要進一步濾波，可以在運放的輸入輸出加0.1uf或者0.01uf的旁路電容。