滞回比较器的工作原理

黄斌 · 发表于 2021-4-10 08:45:33

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对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号0或1，当输入电压的差值增大或减小且正负符号不变时，其输出保持恒定
可以将比较器当作一个1位模/数转换器（ADC）。运算放大器在不加负反馈时从原理上讲可以用作比较器，但由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号。而且，一般情况下，运算放大器的延迟时间较长，无法满足实际需求。比较器经过调节可以提供极小的时间延迟，但其频响特性会受到一定限制。为避免输出振荡，许多比较器还带有内部滞回电路。比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。

滞回电压比较器

滞回比较器又称施密特触发器，迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。
滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。
UR是某一固定电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。以图4（a）所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性

图4 滞回比较器及其传输特性（a）反相输入；（b）同相输入
1，正向过程
正向过程的阈值为

形成电压传输特性的abcd段
2，负向过程
负向过程的阈值为

形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4（b）所示的同相滞回比较器的两个阈值

两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。
由上分析可知，改变R2值可改变回差大小，调整UR可改变UTH1和UTH2，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。

图5 比较器的波形变换（a）输入波形；（b）输出波形
例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图6（a）、（b）所示。根据传输特性和两个阈值（UTH1＝2V，UTH2=–2V），可画出输出电压uo的波形，如图6（c）所示。从图（c）可见，ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。

图6 说明滞回比较器抗干扰能力强的图（a）已知传输特性；（b）已知ui 波形；（c）根据传输特性和ui波形画出的uo波形

滞回比较器的工作原理

滞回电路里面一般Vol和Voh相等（图中运放工作原理就是两端电压比值大小）当输出Vo是高电平Voh时，V+端电压等于（Voh-Vref）/（R1/（R1+R2），只要V-小于此时V+，则Voh保持不变，大于时刻发生突变 Vo变成低电平Vol，此时V-在继续增大的话，Vo保持低电平不变化，同时V+处电压变化（VoL-Vref）/（R1/（R1+R2）；
当V-输入减小，必须减少到V+变化后的值才能发生电压跳变，成为高电平Voh，这就形成了滞回电路的效果。