迟滞比较器电路工作原理 滞回比较器高低阈值计算

迟滞比较器（Hysteresis Comparator）是一种具有滞后特性的比较器，广泛应用于模拟电路和数字电路中。它能够消除输入信号的噪声，提高系统的稳定性和可靠性。

一、迟滞比较器的工作原理

1. 迟滞比较器的基本概念

迟滞比较器是一种具有滞后特性的比较器，其输出在输入信号变化时不会立即跟随输入信号的变化，而是在输入信号达到一定的阈值后才发生变化。这种滞后特性使得迟滞比较器能够消除输入信号的噪声，提高系统的稳定性和可靠性。

2. 迟滞比较器的工作原理

迟滞比较器的工作原理可以分为以下几个步骤：

（1）输入信号的获取：迟滞比较器的输入信号可以是模拟信号或数字信号。模拟信号需要经过模数转换器（ADC）转换为数字信号，数字信号可以直接输入到比较器中。

（2）阈值的设置：迟滞比较器需要设置两个阈值，即上升阈值和下降阈值。上升阈值是输入信号达到该值时，比较器输出从低电平跳变到高电平；下降阈值是输入信号低于该值时，比较器输出从高电平跳变到低电平。这两个阈值之间存在一定的滞后，即迟滞。

（3）输入信号与阈值的比较：将输入信号与上升阈值和下降阈值进行比较。当输入信号大于上升阈值时，比较器输出高电平；当输入信号小于下降阈值时，比较器输出低电平。

（4）滞后特性的实现：由于上升阈值和下降阈值之间存在一定的滞后，当输入信号在这两个阈值之间变化时，比较器的输出不会立即跟随输入信号的变化，而是保持当前状态，直到输入信号达到另一个阈值。

二、迟滞比较器的设计方法

1. 基本迟滞比较器的设计

基本迟滞比较器的设计主要包括以下几个步骤：

（1）选择合适的比较器电路：根据实际应用需求，选择合适的比较器电路，如运放比较器、差分放大器比较器等。

（2）设置阈值：根据实际应用需求，设置合适的上升阈值和下降阈值。这两个阈值可以通过电阻分压器、电压参考源等方式实现。

（3）设计滞后特性：通过调整上升阈值和下降阈值之间的差值，实现所需的滞后特性。滞后差值越大，滞后特性越明显。

（4）仿真和调试：使用电路仿真软件对设计好的迟滞比较器进行仿真，检查其性能是否满足要求。根据仿真结果进行调试，直至满足设计要求。

2. 改进型迟滞比较器的设计

为了提高迟滞比较器的性能，可以采用一些改进型设计方法，如：

（1）使用差分放大器：差分放大器可以提高比较器的抗干扰能力，减小噪声对输出的影响。

（2）引入反馈控制：通过引入反馈控制，可以提高比较器的稳定性和可靠性。

（3）采用数字控制：将阈值和滞后差值设置为可编程参数，通过数字控制实现，方便调整和优化。

三、迟滞比较器的应用领域

迟滞比较器广泛应用于各种电子系统中，如：

1. 电源管理：在电源管理电路中，迟滞比较器可以用于过压保护、欠压保护等，提高电源系统的稳定性和可靠性。
2. 信号处理：在信号处理电路中，迟滞比较器可以用于消除信号噪声，提高信号的准确性和可靠性。
3. 传感器信号调理：在传感器信号调理电路中，迟滞比较器可以用于消除传感器信号的噪声，提高信号的稳定性和可靠性。
4. 数字逻辑电路：在数字逻辑电路中，迟滞比较器可以用于消除逻辑噪声，提高电路的抗干扰能力。
   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、优点与应用

迟滞比较器具有以下优点：

• 抗干扰能力强 ：由于迟滞现象的存在，迟滞比较器能够有效地抑制由于噪声或信号波动引起的误触发。
• 稳定性好 ：正反馈机制使得输出状态在输入信号穿越阈值点后能够保持稳定一段时间。
• 可调节性强 ：通过调整正反馈网络的参数（如电阻、电容等），可以改变迟滞宽度和门限电压，从而满足不同应用场景的需求。

迟滞比较器广泛应用于信号处理、波形整形、噪声抑制等领域。例如，在数字电路中，迟滞比较器常用于将模拟信号转换为数字信号；在电源管理电路中，迟滞比较器可用于实现过压保护和欠压保护等功能。