滯回電壓比較器

作者：ｗｅｉｇａｏｌｅ　欄目：新手園地

滯回電壓比較器

  更新時(shí)間：2007年05月10日
　
從輸出引一個(gè)電阻分壓支路到同相輸入端，組成如圖11-4-4(a)所示電路。
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(a) 電路圖                   (b) 傳輸特性
圖11-4-4 滯回電壓比較器
工作原理
當(dāng)ui從零逐漸增大，且ui ≤UTH1時(shí)，u0=U+om，UTH1稱為上限觸發(fā)電平，或稱為上限閾值。UTH1可用疊加原理求出

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當(dāng)輸入電壓ui ≥UTH1時(shí)，u0=U-om。此時(shí)觸發(fā)電平變?yōu)閁TH2，稱為下限觸發(fā)電平，或下限閾值。
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當(dāng)ui 逐漸減小，且ui=UTH2以前，u0始終等于U-om。當(dāng)輸入電壓變化到ui ≤UTH2以后，u0=U+om。因此出現(xiàn)了如圖11-4-4(b)所示的滯回特性曲線。
定義二閾值之差△U=UTH1-UTH2為回差電壓。
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2樓：

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作者：ｗｅｉｇａｏｌｅ于 2007/5/15 9:03:13 發(fā)布：

建立比較器的外部滯回電壓

長(zhǎng)期以來, 模擬比較器的使用一直處在它的“同伴”——運(yùn)算放大器的陰影之中。運(yùn)算放大器是廣泛使用的電子器件, 設(shè)計(jì)人員發(fā)表了大量針對(duì)運(yùn)算放大器的應(yīng)用筆記, 而關(guān)于比較器的應(yīng)用筆記較少。正是由于缺少比較器的應(yīng)用資料, 很多用戶希望MAXIM應(yīng)用部能夠在如何建立比較器滯回電壓方面提供幫助。本文針對(duì)這一需求, 介紹在一些常用的比較器電路中建立滯回電壓的方法, 并且討論了提高噪聲抑制能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性有關(guān)措施。

關(guān)于比較器滯回的討論需要從“滯回”的定義開始, 與許多其它技術(shù)術(shù)語一樣, “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(duì)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。

絕大多數(shù)比較器中都設(shè)計(jì)帶有滯回電路, 通常滯回電壓為5mV到10mV。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。

首先, 看一下比較器的傳輸特性。圖1所示是內(nèi)部沒有滯回電路的理想比較器的傳輸特性, 圖2所示為實(shí)際比較器的傳輸特性。從圖2可以看出, 實(shí)際電壓比較器的輸出是在輸入電壓(VIN)增大到2mV時(shí)才開始改變。

運(yùn)算放大器在開環(huán)狀態(tài)下可以用作比較器, 但是一旦輸入信號(hào)中有少量的噪聲或干擾, 都將會(huì)在兩個(gè)不同的輸出狀態(tài)之間產(chǎn)生不期望的頻繁跳變(圖3)。用帶有內(nèi)部滯回電路的比較器代替開環(huán)運(yùn)算放大器能夠抑制輸出的頻繁跳變和振蕩。或在比較器的正反饋電路中增加外部滯回電路, 正反饋的作用是確保輸出在一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)之間快速變化, 使比較器的輸出的模糊狀態(tài)時(shí)間達(dá)到可以忽略的水平, 如果在正反饋中加入滯回電路可減緩這種頻繁跳變。

舉個(gè)例子, 考慮圖4所示簡(jiǎn)單電路, 其傳輸特性如圖5所示。比較器的反相輸入電壓從0開始線性變化, 由分壓電阻R1、R2構(gòu)成正反饋。當(dāng)輸入電壓從1點(diǎn)開始增加(圖6), 在輸入電壓超過同相閾值VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 輸出將一直保持為VCC。在閾值點(diǎn), 輸出電壓迅速從VCC跳變?yōu)閂SS, 因?yàn)? 此時(shí)反相端輸入電壓大于同相端的輸入電壓。輸出保持為低電平, 直到輸入經(jīng)過新的閾值點(diǎn)5 , VTH- = VSSR2/(R1 + R2)。在5點(diǎn), 輸出電壓迅速跳變回VCC, 因?yàn)檫@時(shí)同相輸入電壓高于反相輸入電壓。

圖4所示電路中的輸出電壓VOUT與輸入電壓VIN的對(duì)應(yīng)關(guān)系表明, 輸入電壓至少變化2VTH時(shí), 輸出電壓才會(huì)變化。因此, 它不同于圖3的響應(yīng)情況(放大器無滯回), 即對(duì)任何小于2VTH的噪聲或干擾都不會(huì)導(dǎo)致輸出的迅速變化。在實(shí)際應(yīng)用中, 正、負(fù)電壓的閾值可以通過選擇適合的反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。

其它設(shè)置可以通過增加不同閾值電壓的滯回電路獲得。圖7電路使用了兩個(gè)MOSFET和一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)正負(fù)極性的閾值。與圖4所示比較器不同, 電阻反饋網(wǎng)絡(luò)沒有加載到負(fù)載環(huán)路, 圖8給出了輸入信號(hào)變化時(shí)的輸出響應(yīng)。

比較器內(nèi)部的輸出配置不同, 所要求的外部滯回電路也不同。例如, 具有內(nèi)部上拉電阻的比較器, 可以在輸出端和同相輸入端直接加入正反饋電阻。輸入分壓網(wǎng)絡(luò)作用在比較器的同相輸入端, 反相輸入電壓為一固定的參考電平(如圖9)。

如上所述, 具有內(nèi)部滯回的比較器提供兩個(gè)門限：一個(gè)用于檢測(cè)輸入上升電壓(VTHR),一個(gè)用于檢測(cè)輸入下降電壓(VTHF), 對(duì)應(yīng)于圖8的VTH1和VTH2。兩個(gè)門限的差值為滯回帶(VHB)。當(dāng)比較器的輸入電壓相等時(shí), 滯回電路會(huì)使一個(gè)輸入迅速跨越另一輸入, 從而使比較器避開產(chǎn)生振蕩的區(qū)域。圖10所示為比較器反相輸入端電壓固定, 同相輸入端電壓變化時(shí)的工作過程, 交換兩個(gè)輸入可以得到相似波形, 但是輸出電壓極性相反。

根據(jù)輸出電壓的兩個(gè)極限值(兩個(gè)電源擺幅), 可以很容易地計(jì)算反饋分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻值。

內(nèi)部有4mV滯回和輸出端配有上拉電阻的比較器 -- 如MAXIM公司的MAX9015、MAX9017和MAX9019等。這些比較器設(shè)計(jì)用于電壓擺幅為VCC和0V的單電源系統(tǒng)�？梢园凑找韵虏襟E, 根據(jù)給定的電源電壓、電壓滯回(VHB)和基準(zhǔn)電壓(VREF), 選擇并計(jì)算需要的元件：

第1步
選擇R3, 在觸發(fā)點(diǎn)流經(jīng)R3的電流為(VREF - VOUT)/R3�？紤]到輸出的兩種可能狀態(tài), R3由如下兩式求得：
R3 = VREF/IR3和R3 = (VCC - VREF)/IR3.
取計(jì)算結(jié)果中的較小阻值, 例如, VCC = 5V, IR3 = 0.2μA, 使用MAX9117比較器(VREF = 1.24V), 則計(jì)算結(jié)果為6.2M和19M, 選則R3為6.2M。

最后, 開漏結(jié)構(gòu)的比較器內(nèi)部滯回電壓為4mV (MAX9016、MAX9018、MAX9020), 需要外接上拉電阻, 如圖11所示。外加滯回可以通過正反饋產(chǎn)生, 但是計(jì)算公式與上拉輸出的情況稍有不同。滯回電壓 = VTHR - VTHF = 50mV。按如下步驟計(jì)算電阻值：

第1步
選擇R3, 在IN_+端的漏電流小于2nA, 所以通過R3的電流至少為0.2μA, 以減小漏電流引起的誤差。R3可由R3 = VREF/IR3或R3 = [(VCC - VREF)/IR3] - R4兩式求得, 取其較小值。例如, 使用MAX9118 (VREF=1.24V), VCC = 5V, IR3 = 0.2μA, R4 = 1M, 計(jì)算結(jié)果為6.2M歐姆和18M歐姆, 則R3選6.2M歐姆。

3樓：

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作者：ｗｅｉｇａｏｌｅ于 2007/5/15 9:11:13 發(fā)布：

第九章波形產(chǎn)生和變換

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§9.2 電壓比較器

電壓比較器功能

電壓比較器中運(yùn)放的工作特點(diǎn)

　　1. 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)
　　2. 大多數(shù)情況下工作在非線性區(qū)域, 輸出與輸入不成線性關(guān)系,只有在臨界情況下才能使用虛短,虛斷概念
　　3. 輸出高電平或者低電平,呈現(xiàn)為開關(guān)狀態(tài)
　　　 V+ < V–時(shí), Vo 為低
　　　 V+ > V–時(shí), Vo 為高

比較器的分析方法

　　1.求出閾值: 輸出從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平時(shí)（這時(shí)運(yùn)放的兩個(gè)輸入端之間可視為虛短虛斷）所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。
　　2. 分析輸入與輸出的關(guān)系,畫出傳輸特性

9.2.1 簡(jiǎn)單電壓比較器

　　過零比較器：
　　
　　電壓幅度比較器：
　　將過零電壓比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)電壓值VREF 上 , 就得到電壓幅度比較器，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。
　　

　　過零比較器：
　　

　　限幅比較器
　　

9.2.2 滯回比較器

　　滯回比較器應(yīng)用
　　

9.2.3 窗口比較器

9.2.4 三態(tài)比較器　　

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作者：ｗｅｉｇａｏｌｅ于 2007/5/15 9:46:24 發(fā)布： §9.1 正弦波振蕩電路 9.1.1 振蕩基礎(chǔ)知識(shí) 　1. 振蕩條件--(動(dòng)畫) 　　反饋電路的方框圖：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2. 起振和穩(wěn)幅　　　　　滿足上述條件后，一旦電源接通，隨著時(shí)間增加輸出幅度增大。增大到一定程度后，放大電路中晶體管將進(jìn)入飽和或截至狀態(tài)，輸出正弦波將失真�！獞�(yīng)采取穩(wěn)幅措施。　　　　　　　　3. 振蕩電路的基本組成部分　　振蕩電路的基本組成部分: （1）放大電路—— 沒有放大，不可能產(chǎn)生振蕩。要保證電路具有放大功能（2）反饋網(wǎng)絡(luò)—— 形成正反饋，以滿足相位平衡條件（3）選頻網(wǎng)絡(luò)—— 以產(chǎn)生單一頻率的正弦波(RC、LC) （4）穩(wěn)幅電路—— 以保證輸出端得到不失真的正弦波　　振蕩電路的分析方法: 　　判斷能否產(chǎn)生振蕩的一般方法和步驟：　a. 檢查電路的組成部分　b. 檢查放大電路是否正常工作　c. 將電路在放大器輸入端斷開，利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足相位平衡條件　d. 分析是否滿足振蕩產(chǎn)生的幅度條件。一般AF應(yīng)略大于1 9.1.2 RC正弦振蕩電路　1. RC橋式振蕩電路　　橋式RC振蕩電路結(jié)構(gòu): 　　　　　　　　　RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性　　　　　　　　　　　　　　RC橋式振蕩電路　　　　穩(wěn)幅措施　　　　RC橋式振蕩電路仿真　　　　　仿真電路結(jié)果　　　　　　　　場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅音頻信號(hào)發(fā)生器　　　　　2. 移相式選頻網(wǎng)絡(luò)和移相式式振蕩電路　　移相式選頻網(wǎng)絡(luò): 　　　　　　　　　　超前移相仿真　　　　滯后移相仿真　　　　超前移相式RC振蕩器　　　　　　滯后移相式RC振蕩器　　　　　　雙T式選頻網(wǎng)絡(luò)
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作者：ｗｅｉｇａｏｌｅ于 2007/5/15 9:57:25 發(fā)布： §9.3 非正弦波產(chǎn)生電路非正弦波　　矩形波發(fā)生電路的基本工作原理　　　　方波經(jīng)積分變?yōu)槿遣? 矩形波積分變?yōu)殇忼X波 9.3.1 方波發(fā)生電路　　　　工作原理-- (動(dòng)畫) 　　　　輸出波形　　　　波形周期計(jì)算　　　　占空比可調(diào)的矩形波電路　　　　　思考題：正弦振蕩與非正弦振蕩的原理有什么不同之處？ 9.3.2 三角波方波發(fā)生電路　　三角波發(fā)生器的電路如圖所示。它是由滯回比較器和積分器閉環(huán)組合而成的。積分器的輸出反饋給滯回比較器，作為滯回比較器的VREF。　　　　　　　　工作原理　　1.當(dāng)VO1=+VZ時(shí),則電容C充電, 同時(shí)VO按線性逐漸下降，當(dāng)使A1的VP 略低于VN 時(shí)，VO1 從 +VZ跳變?yōu)?VZ。　　2.在VO1=-VZ后，電容C開始放電，VO按線性上升，當(dāng)使A1的VP略大于零時(shí)VO1從-VZ跳變?yōu)?VZ ，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。VO的上升時(shí)間和下降時(shí)間相等，斜率絕對(duì)值也相等，故VO為三角波。　　輸出波形　　　　　鋸齒波發(fā)生電路　　為了獲得鋸齒波，應(yīng)改變積分器的充放電時(shí)間常數(shù)。鋸齒波發(fā)生器的電路如圖所示。圖中的二極管D和R'將使充電時(shí)間常數(shù)減為(R∥R')C，而放電時(shí)間常數(shù)仍為RC。　　　　　　　　鋸齒波電路的輸出波形　　　　壓控鋸齒波脈沖波發(fā)生器　　　　　　　　利用VP控制三角波的直流電平(offset