遲滯比較器電路工作原理 滯回比較器高低閾值計算

遲滯比較器（Hysteresis Comparator）是一種具有滯后特性的比較器，廣泛應(yīng)用于模擬電路和數(shù)字電路中。它能夠消除輸入信號的噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

一、遲滯比較器的工作原理

1. 遲滯比較器的基本概念

遲滯比較器是一種具有滯后特性的比較器，其輸出在輸入信號變化時不會立即跟隨輸入信號的變化，而是在輸入信號達(dá)到一定的閾值后才發(fā)生變化。這種滯后特性使得遲滯比較器能夠消除輸入信號的噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 遲滯比較器的工作原理

遲滯比較器的工作原理可以分為以下幾個步驟：

（1）輸入信號的獲?。哼t滯比較器的輸入信號可以是模擬信號或數(shù)字信號。模擬信號需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號可以直接輸入到比較器中。

（2）閾值的設(shè)置：遲滯比較器需要設(shè)置兩個閾值，即上升閾值和下降閾值。上升閾值是輸入信號達(dá)到該值時，比較器輸出從低電平跳變到高電平；下降閾值是輸入信號低于該值時，比較器輸出從高電平跳變到低電平。這兩個閾值之間存在一定的滯后，即遲滯。

（3）輸入信號與閾值的比較：將輸入信號與上升閾值和下降閾值進(jìn)行比較。當(dāng)輸入信號大于上升閾值時，比較器輸出高電平；當(dāng)輸入信號小于下降閾值時，比較器輸出低電平。

（4）滯后特性的實現(xiàn)：由于上升閾值和下降閾值之間存在一定的滯后，當(dāng)輸入信號在這兩個閾值之間變化時，比較器的輸出不會立即跟隨輸入信號的變化，而是保持當(dāng)前狀態(tài)，直到輸入信號達(dá)到另一個閾值。

二、遲滯比較器的設(shè)計方法

1. 基本遲滯比較器的設(shè)計

基本遲滯比較器的設(shè)計主要包括以下幾個步驟：

（1）選擇合適的比較器電路：根據(jù)實際應(yīng)用需求，選擇合適的比較器電路，如運放比較器、差分放大器比較器等。

（2）設(shè)置閾值：根據(jù)實際應(yīng)用需求，設(shè)置合適的上升閾值和下降閾值。這兩個閾值可以通過電阻分壓器、電壓參考源等方式實現(xiàn)。

（3）設(shè)計滯后特性：通過調(diào)整上升閾值和下降閾值之間的差值，實現(xiàn)所需的滯后特性。滯后差值越大，滯后特性越明顯。

（4）仿真和調(diào)試：使用電路仿真軟件對設(shè)計好的遲滯比較器進(jìn)行仿真，檢查其性能是否滿足要求。根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，直至滿足設(shè)計要求。

2. 改進(jìn)型遲滯比較器的設(shè)計

為了提高遲滯比較器的性能，可以采用一些改進(jìn)型設(shè)計方法，如：

（1）使用差分放大器：差分放大器可以提高比較器的抗干擾能力，減小噪聲對輸出的影響。

（2）引入反饋控制：通過引入反饋控制，可以提高比較器的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）采用數(shù)字控制：將閾值和滯后差值設(shè)置為可編程參數(shù)，通過數(shù)字控制實現(xiàn)，方便調(diào)整和優(yōu)化。

三、遲滯比較器的應(yīng)用領(lǐng)域

遲滯比較器廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中，如：

1. 電源管理：在電源管理電路中，遲滯比較器可以用于過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等，提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2. 信號處理：在信號處理電路中，遲滯比較器可以用于消除信號噪聲，提高信號的準(zhǔn)確性和可靠性。
3. 傳感器信號調(diào)理：在傳感器信號調(diào)理電路中，遲滯比較器可以用于消除傳感器信號的噪聲，提高信號的穩(wěn)定性和可靠性。
4. 數(shù)字邏輯電路：在數(shù)字邏輯電路中，遲滯比較器可以用于消除邏輯噪聲，提高電路的抗干擾能力。
   滯回比較器高低閾值計算

圖1是典型的滯回比較電路，也是之前項目電路中的一部分。U+端相當(dāng)于一個基準(zhǔn)電壓，但是有兩個閾值，這兩個閾值的計算我們后邊說，U-端就是我們自己輸入的信號，與普通比較器一樣，當(dāng)反相輸入端U-大于正相輸入U+時，輸出端Uo輸出低電平，當(dāng)反相輸入端U-小于正相輸入U+時，輸出端Uo輸出高電平，這里需要注意的一點是，LM2903是開漏輸出(如圖2所示)，輸出高電平是需要外部上拉的，這對理解后邊的閾值計算有幫助。

圖1、滯回電路

圖2、LM2903功能框圖

1、高閾值計算

由圖1可以看出，U+的電壓與輸出端Uo的電平有關(guān)系，我們先分析高閾值情況，即假設(shè)目前Uo輸出高電平，也就是Uo端通過R3上拉到5V。注意重點來了，電路等效電阻計算，R2與R3串聯(lián)后與R4并聯(lián)，然后再與R1串聯(lián)。等效電路如下：

圖3、Uth等效電阻示意圖

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

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

也就是說當(dāng)反相輸入端的電壓大于2.79V，輸出端發(fā)生電平轉(zhuǎn)換，由高電平轉(zhuǎn)換為低電平。

2、低閾值計算

當(dāng)輸出端為低電平時，計算Utl時的電路等效電阻，R1與R2并聯(lián)，再與R4串聯(lián)。

圖4、Utl等效電阻示意圖

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

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

同樣，當(dāng)反相輸入端的電壓小于1.15V時，輸出端再一次發(fā)生電平轉(zhuǎn)換，由低電平轉(zhuǎn)換為高電平。

四、優(yōu)點與應(yīng)用

遲滯比較器具有以下優(yōu)點：

• 抗干擾能力強(qiáng) ：由于遲滯現(xiàn)象的存在，遲滯比較器能夠有效地抑制由于噪聲或信號波動引起的誤觸發(fā)。
• 穩(wěn)定性好 ：正反饋機(jī)制使得輸出狀態(tài)在輸入信號穿越閾值點后能夠保持穩(wěn)定一段時間。
• 可調(diào)節(jié)性強(qiáng) ：通過調(diào)整正反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)（如電阻、電容等），可以改變遲滯寬度和門限電壓，從而滿足不同應(yīng)用場景的需求。

遲滯比較器廣泛應(yīng)用于信號處理、波形整形、噪聲抑制等領(lǐng)域。例如，在數(shù)字電路中，遲滯比較器常用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；在電源管理電路中，遲滯比較器可用于實現(xiàn)過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等功能。