滞回比较器
滞回比较器的主要应用是增加滞回控制,让其对微小的变化不那么敏感,增强抗干扰能力,避免由噪声引起的不稳定状态,通常用于噪声环境下的阈值检测以及信号调理。根据不同需求,滞回比较器还可以设计成开漏极输出,推挽输出等电路。
工作原理是,采用电阻分压设置两个阈值,一个上阈值和一个下阈值,当输入信号超过上阈值或者低于下阈值的时候,比较器的输出会改变状态。
如图,利用运放的正反馈,构造滞回比较器。
工作原理UO=Auo(Up-Un)
输入电压Ui很小时,输出电压UO=VCC,此时同相输入端
令其为VH
输入电压Ui逐渐增大,但是还小于VH的时候运放同相输入端电压始终大于反相输入端,输出电压始终是VCC。
输入电压Ui继续增大,稍大于VH的瞬间,同相输入端电压小于反相输入端电压,输出电压变为-VCC,此后,输入电压Ui再继续增大,输出电压也不再变化。
此时同相输入端电压
令其为VL
输入电压Ui开始减小,输入电压Ui,当VL<Ui <VH 的时候,反相输入端电压仍大于同相输入端电压,输出电压不会变化,仍是-VCC。
当Ui>VH时,UO跃变;但是Ui<VH 时,UO却不变化,这就是滞回比较器跟单限比较器不同的地方。即使Ui在VH附近小幅度上下波动,也不会影响输出。
输入电压UI继续减小,稍小于VL的时刻反相输入端电压小于同相输入端,输出VCC,如果想让UO重新变为-VCC,需要UI>VH 。即UI在VL附近小幅度上下波动,不会影响输出。
在输出电压即将跃变的瞬间,同相输入端与反相输入端电压相等,可以令Up=Un,此时求出的VL就是阈值电压。上述的VH与VL就是这两个阈值电压。调节电阻R1与R2的值,可以改变阈值电压。
从电压传输特性曲线上可以看出,当VL<Ui<VH 的时候,UO可能是Vcc,也可能是-Vcc。如果Ui是从小于VL逐渐增大到VL<Ui <VH时,UO=Vcc;如果Ui是从大于VH逐渐减小到VL<Ui <VH时,UO=-Vcc。滞回比较器的电压特性是有方向性的。
滞回比较器的TINA仿真
通过前述工作原理可以知道门限电压是+-2.5V。
上述仿真电路图,输入信号是峰值为3V频率为5HZ的正弦波形。由于采用的运算放大器LM2904不是轨到轨的运放,仿真数据有些误差。
开始时,输入信号小于门限值2.5V,同相端电压大于反向端,输出为正;当大于门限2.5V时候,同相端电压小于反向端电压,输出为负,即使再小于门限+2.5V,输出未发生改变。
当输入信号低于下限-2.5V的时候,同相端电压大于反向端,输出为正,可见滞回比较器的方向性。
利用公式UO=Auo(Up-Un),可以帮助大家进行输出的判断。
LM2904输出是负电源轨道
所以输出UO在跃变到正电平的时候不到5V,门限阈值也不到2.5V(个人理解)
另外还有带参考电压的滞回比较器,只需将分压电阻下面的地平面换成参考电压,当采用参考电压的滞回比较器,输出特性曲线会整体向右移动。
运放工作在非线性区域,可以作为比较器使用,如果运放有负反馈,则工作在线性区,放大信号的功能。如有正反馈或者无反馈,则工作在非线性区域。
运放工作在非线性状态时,虚短不成立,虚断是成立的。
其他用途的单限比较器,输入电压在参考电压附近的微小变化,都会引起输出电压的跃变,当有微小的外部干扰时,会造成其误动作,虽然比较灵敏但是抗干扰能力比较弱。