磁滞比较器简介及高低阈值计算

1.二糖有话要说

最近在项目中用到了一个迟滞比较器，但没有仔细研究过。 我只是复制了前人的电路并使用了它。 今天我就仔细研究一下。

2. 磁滞比较器简介

比较器是电路设计中经常使用的器件。 可以简单理解为将模拟信号与参考电压信号进行比较的电路。 常用的单限比较器电路灵敏度较高，但抗干扰能力较差。 如果输入信号在阈值附近轻微抖动，就会导致输出电平频繁跳变。

大多数比较器都设计有迟滞电路，通常迟滞电压为5mV~10mV； 这种内部迟滞可以避免输入端抖动引起的比较器输出振荡。 但如果信号抖动较大，内部迟滞就不起作用，需要添加外部迟滞电路来减缓抖动引起的输出跳变。

磁滞比较器也称为施密特触发器和磁滞比较器。 磁滞比较器比普通比较器具有更好的抗干扰性能。 迟滞不是阈值点，而是产生不同的上升和下降阈值，从而始终保持输出低或高。

3. 迟滞比较器高低阈值计算

图1是一个典型的迟滞比较电路，也是之前项目中的部分电路。 U+端相当于一个参考电压，但有两个阈值。 稍后我们会讲到这两个阈值的计算。 U端子是我们自己的输入信号。 它与普通比较器相同。 当反相输入端U-大于正相U+输入时，输出端Uo输出低电平。 当反相输入端U-小于同相输入端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），输出高电平需要外部上拉，这对于理解后续的阈值计算很有帮助。

图 1. 迟滞电路

图 2. LM2903 功能框图

1.高门槛计算

从图1可以看出，U+的电压与输出端Uo的电平有关。 我们首先分析高阈值情况，即假设Uo当前输出高电平，即Uo端通过R3上拉至5V。 这是关键点。 为了计算电路的等效电阻，将R2和R3串联，然后与R4并联，然后与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时，输出端发生电平转换，由高电平变为低电平。

2、低门槛计算

当输出端为低电平时，用Utl计算电路的等效电阻时，将R1和R2并联，然后与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，当反相输入端电压小于1.15V时，输出端再次发生电平转换电阻并联计算软件，由低电平变为高电平。

4. 电路仿真

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

图 5. 迟滞电路仿真

首先，反相输入端电压从小到大逐渐增大。 当反相输入端为0时（图6），可以看到U+电压为2.79V，与我们计算的高阈值一致。 同时可以看到图7中示波器显示输出为高电平。

图6

图7

反相输入端电压不断升高。 当大于同相输入端电压2.79V时，U+阈值发生变化，输出端Uo电平发生变化，如图8和图9所示。

图8

图9

然后反相输入端的电压逐渐由大变小。 当下降到2.79V时，输出端没有电平转换，因为电流阈值为1.15V。 当继续下降到1.10V时，U+阈值发生变化，输出端Uo的电平发生变化电阻并联计算软件，如图10和图11所示。

图10

图11

电路仿真软件：Multisim14

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5对1

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