滞回比较器介绍 滞回比较器高低阈值计算

一、

最近有项目上用到了滞回比较器，一直没仔细研究，直接照搬前辈的电路使用，今天就仔细研究一下。

二、滞回比较器介绍

比较器是电路设计中经常用到的器件，其可以简单的理解为将一个模拟信号与一个基准电压信号相比较的电路。 常用的单限比较器电路，其灵敏度很高，但抗干扰能力较差，若输入信号在门限附近有轻微的抖动，都会造成输出电平的频繁跳变 。

绝大多数比较器中都设计有滞回电路，通常滞回电压为5mV~10mV；这个内部的滞回可以避免由于输入端的抖动所造成的比较器输出振荡。但如果信号抖动较大，内部滞回将无法起作用，需要外部增加滞回电路来减缓抖动引起的输出跳变。

滞回比较器又称为施密特触发器、迟滞比较器，滞回比较器相较于普通比较器有更好的抗干扰性。 滞回不是一个阈值点，而是创建不同的****上升和下降阈值 ，这使得输出始终保持在低或高的状态。

三、滞回比较器高低阈值计算

图1是典型的滞回比较电路，也是之前项目电路中的一部分。U+端相当于一个基准电压，但是有两个阈值，这两个阈值的计算我们后边说，U-端就是我们自己输入的信号，与普通比较器一样，当反相输入端U-大于正相输入U+时，输出端Uo输出低电平，当反相输入端U-小于正相输入U+时，输出端Uo输出高电平，这里需要注意的一点是，LM2903是开漏输出(如图2所示)，输出高电平是需要外部上拉的，这对理解后边的阈值计算有帮助。

图1、滞回电路

图2、LM2903功能框图

1、高阈值计算

由图1可以看出，U+的电压与输出端Uo的电平有关系，我们先分析高阈值情况，即假设目前Uo输出高电平，也就是Uo端通过R3上拉到5V。注意重点来了，电路等效电阻计算，R2与R3串联后与R4并联，然后再与R1串联。等效电路如下：

图3、Uth等效电阻示意图

R = ((R2+R3)//R4)+R1 = ((12K+6K)//20K)+12K ≈ 21.5K

Uth = 5V/R * R1 = 5V/21.5K * 12K ≈ 2.79V

也就是说当反相输入端的电压大于2.79V，输出端发生电平转换，由高电平转换为低电平。

2、低阈值计算

当输出端为低电平时，计算Utl时的电路等效电阻，R1与R2并联，再与R4串联。

图4、Utl等效电阻示意图

R = (R1//R2) + R4 = (12K//12K) + 20K = 26K

Utl = 5V/R * (R1//R2) = 5V/26K * 6K ≈ 1.15V

同样，当反相输入端的电压小于1.15V时，输出端再一次发生电平转换，由低电平转换为高电平。

四、电路仿真

如图5所示，在反相端接一个5V电源并通过可变电阻R5来调节反相输入端电压，实时监测U+、U-、Uo的信号。

图5、滞回电路仿真

首先反相输入端电压从小往大逐渐增大，当反相输入端为0时(图6)，可以看到U+电压为2.79V与我们计算出来的高阈值相符合，同时看到图7示波器显示输出端为高电平。

图6

图7

反相输入端电压一直增大，当大于同相输入端的电压2.79V时，U+阈值改变，输出端Uo电平改变，如图8、9所示。

图8

图9

然后反相输入端电压从大到小逐渐减小，当减小到2.79V时，输出端也没有电平转换，因为现在的阈值为1.15V，继续减小到1.10V时，U+阈值改变，输出端Uo电平发生转换，如图10、11所示。

图10

图11