电压比较器是什么？什么是滞回电路？典型电路分析

1. 简单电压比较器回顾

电压比较器是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。

电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平。  

由于比较器输出只有两个状态，因此用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。电压比较器的是本特性：

输出高电平和低电平：其输出的高低电平分别接近于正电源电压和负电源电压。

鉴别灵敏度：放大系数无穷大，越大越灵敏。

转换速度：比较器输出状态发生转换所需要的时间。要求尽可能短，以实现高速比较。

简单比较器应用中存在的问题：

输出电压转换时间受运放的限制，使高脉冲的边缘不够陡峭；

抗干扰能力差，一旦输入信号中有少量的噪声或干扰，都将会在两个不同的输出状态之间产生不期望的频繁跳变。

为了解决以上两个问题，在比较器中引入了正反馈，构成滞回比较器。

2. 滞回比较器

"滞回"源于希腊语，含义是"延迟"或"滞后"，或阻碍前一状态的变化。工程中，常用滞回描述非对称操作，比如，从A到B和从B到A是互不相同。在磁现象、非可塑性形变以及比较器电路中都存在滞回。

内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡，却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。这种情况下需要增加外部滞回，以提高系统的抗干扰性能。

下面来分析一个简单的反向滞回电路：

正向滞回电路如下：

上图所示电路中的输出电压VOUT与输入电压VIN的对应关系表明，输入电压至少变化2VTH时，输出电压才会变化。因此，它不同于放大器无滞回的电路，即对任何小于2VTH的噪声或干扰都不会导致输出的迅速变化。在实际应用中，正、负电压的阈值可以通过选择适合的反馈网络设置。

3. 典型电路分析

此电路中高电平为VCC，低电平为0V，因为VSS=0，不会出现负电平。

下面我们来分析一下这个电路：

根据运放的工作在线性区时，有虚短和虚断的特性来求解上下门限电压：

虚断：

虚短：

首先来看下正向输入端：

根据虚断的概念，我们知道经过10K的电流等于经过20K的电流。根据虚短的概念，运放的正向端的电压近似等于反向端的电压。

1）假如输入ui由非常负增加，输出电平为高电平。我们可以求解输入上升沿的阈值uth，再此点输出由高电平转变成低电平。

根据KVL/KCL定律

带入数值可得：

2）假如输入从非常正减小，输出低电平。同理我们可以求解输入下降沿的阈值utl,在此点输出由低电平转变成高电平。

由此可以求解出此滞回电路电路上门限电压为2.2V，下门限电压为1.1V。整体的效果如下：

4. 总结

滞回比较器的实质就是产生两个比较参考电平，对应输出的两个状态（高变低、低变高），两个参考电平一个可以很高，一个可以很低，这样中间的状态都不会产生电平跳变。

在上升沿，只要毛刺不低于下门限，有一次大于上门限阈值就可以，其他值不会产生电平跳变！！

在下降沿，只要毛刺不高于上门限，有一次小于下门限阈值就可以，其他值不会产生电平跳变！！

回差的大小决定比较器的抗干扰能力。回差越大，抗干扰能力越强。但同时使得比较器的鉴别灵敏度降低。因为输入电压的峰峰值必须大于回差，否则输出电平不可能转变。

5. 注意点

1） 实际应用中，正向输入的偏置电压，是为了增加下门限的电平。

2）根据回差越大，抗干扰能力越强，一般实际应用中我们会调节反馈电阻RF和偏置电阻R1的比值大小来调节我们电路的抗干扰能力。

3）如果需要进一步滤波，可以在运放的输入输出加0.1uf或者0.01uf的旁路电容。