迟滞比较器如何理解
eeskill 2021-12-06

迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。 单限比较器,如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰,则输出电压就会产生相应的抖动(起伏)。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。

图1a给出了一个迟滞比较器,人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图1b为迟滞比较器的传输特性。

不难看出,当输出状态一旦转换后,只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值,输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说,它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度,这是它的一个优点。除此之外,由于迟滞比较器加的正反馈很强,远比电路中的寄生耦合强得多,故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。

迟滞比较器

迟滞比较器的输出VO与输入VI不成线性关系,输出电压的转换临界条件是

门限电压VP(同相输入端的电压)≈VN(反相输入端的电压)=VI(参考基准电压)

VP=VN=[(R1×VREF)/(R1+R2)]+[(R2×VO)/(R1+R2)] (公式-1)

根据输出电压VO的不同值(VOH或VOL)可以分别求出上门限电压VT+和下门限电压VT-分别为:

VT+={[1+(R1/R2)]×VREF}-[(R1/R2)×VOL] (公式-2)

VT-={[1+(R1/R2)]×VREF}-[(R1/R2)×VOH] (公式-3)

那么门限宽度为:

ΔVT=(R1/R2)×(VOH-VOL) (公式-4)

已知

工作电压=12V

基准电压VREF=1V

输入电压VI=1~5V

R1=1000Ω=1KΩ

R2=1000000Ω=1MΩ

反馈系数=R1/(R1+R2)=0.000999

比较器输出电压VOH=12V, VOL=0V

而比较器的门限宽度/输出电压=反馈系数

即反馈系数×输出电压=门限宽度

0.000999×12=0.011988≈0.012V

根据(公式-2)VT+={[1+(R1/R2)]×VREF}-[(R1/R2)×VOL]

={[1+(1000/1000000)]×1}-[(1000/1000000)×0]

=1.001-0

=1.001(V)

根据(公式3)VT-={[1+(R1/R2)]×VREF}-[(R1/R2)×VOH]

={[1+(1000/1000000)]×1}-[(1000/1000000)×12]

=1.001-0.012

=0.989(V)

根据(公式-4)ΔVT=(R1/R2)×(VOH-VOL)

=(1000/1000000)×12

=0.012(V)

验证

VT+-VT- =1.001-0.989=0.012(V)

可以通过改变R2达到改变反馈系数来调节ΔVT的范围。

例如将R2改为10KΩ时,则

ΔVT=(R1/R2)×(VOH-VOL)

=(1000/10000)×12

=1.2(V)

例如将R2改为100KΩ时,则 ΔVT=(R1/R2)×(VOH-VOL)

=(1000/100000)×12

=0.12(V)

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