如何实现比较器迟滞性(施密特触发器)?

具有迟滞/迟滞的比较器

通常,比较器*用于确定输入电压是高于还是低于参考电压。在嘈杂的环境中,缓慢变化的输入或接近阈值电压的输入可能会导致输出反复超过VOH或VOL。通过使用具有死区(ΔV)的比较器,或更具体地说,使用具有不同正向(VIH)和负向(VIL)阈值的比较器,可以避免这种不良情况的发生,具体如图1所示。
根据先前状态具有两个阈值的效果称为迟滞特性。

虽然有几种类型的电路可为比较器带来迟滞性(施密特触发器),但其共同点是从比较器的输出到输入的正反馈回路。图2是最简单的具有迟滞性的比较器。假设比较器具有推挽输出,推挽输出具有理想特性(即无穷大输入阻抗和零输出阻抗),并且参考电源的输出阻抗为零。

假设向IN(-)输入端施加低于VIL的电压。此时,输出电压等于VOH。此电压通过R2反馈至IN(+)输入端。同时,Vref也通过R1施加至IN(+)输入端。由于比较器具有无穷大的输入阻抗,按下列公式计算IN(+)的电压:
VIN(+)=(VOH–Vref)xR1 / (R1+R2) +Vref (1)

由于VOH=VCC,公式1表明理想比较器的输出电压高于Vref。因此,一旦输出转变为逻辑高电平,输出就很难恢复至逻辑低电平。设此时IN(+)的电压为VIH
接下来,假设向IN(-)输入端施加高于VIH的电压。然后,VOUT转变为逻辑低电平(VOL)。

此时,按以下公式计算VIN(+)
VIN(+)=(VOL–Vref)x R1/(R1+R2)+Vref(2)

由于VOL低于Vref,该公式右侧的第一项为负。因此,VIN(+)低于Vref
因此,一旦输出转变为逻辑低电平,就必须向VIN(+)施加更低的电压,以使输出恢复至逻辑高电平。
这样,具有正反馈的运算放大器比较器就会产生滞后迟滞
根据公式1和公式2,迟滞性范围(ΔV)即为(VOH–VOL) xR1/(R1+R2),以Vref为中心。

*虽然运算放大器和比较器的内部配置几乎相同,但比较器不含相补偿电容器,但运算放大器始终需要相补偿电容器。由于比较器通常不与负反馈联用,因此其无需利用电容器使负反馈不易发生振荡。此电容器降低了运算放大器的响应速度。当运算放大器用作比较器时,应注意响应速度。

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