滯回比較器介紹 滯回比較器高低閾值計算

一、

最近有項目上用到了滯回比較器，一直沒仔細研究，直接照搬前輩的電路使用，今天就仔細研究一下。

二、滯回比較器介紹

比較器是電路設計中經常用到的器件，其可以簡單的理解為將一個模擬信號與一個基準電壓信號相比較的電路。 常用的單限比較器電路，其靈敏度很高，但抗干擾能力較差，若輸入信號在門限附近有輕微的抖動，都會造成輸出電平的頻繁跳變 。

絕大多數比較器中都設計有滯回電路，通常滯回電壓為5mV~10mV；這個內部的滯回可以避免由于輸入端的抖動所造成的比較器輸出振蕩。但如果信號抖動較大，內部滯回將無法起作用，需要外部增加滯回電路來減緩抖動引起的輸出跳變。

滯回比較器又稱為施密特觸發器、遲滯比較器，滯回比較器相較于普通比較器有更好的抗干擾性。 滯回不是一個閾值點，而是創建不同的****上升和下降閾值 ，這使得輸出始終保持在低或高的狀態。

三、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+端相當于一個基準電壓，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，當反相輸入端U-大于正相輸入U+時，輸出端Uo輸出低電平，當反相輸入端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的電平有關系，我們先分析高閾值情況，即假設目前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串聯后與R4并聯，然后再與R1串聯。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

也就是說當反相輸入端的電壓大于2.79V，輸出端發生電平轉換，由高電平轉換為低電平。

2、低閾值計算

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

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，當反相輸入端的電壓小于1.15V時，輸出端再一次發生電平轉換，由低電平轉換為高電平。

四、電路仿真

如圖5所示，在反相端接一個5V電源并通過可變電阻R5來調節反相輸入端電壓，實時監測U+、U-、Uo的信號。

圖5、滯回電路仿真

首先反相輸入端電壓從小往大逐漸增大，當反相輸入端為0時(圖6)，可以看到U+電壓為2.79V與我們計算出來的高閾值相符合，同時看到圖7示波器顯示輸出端為高電平。

圖6

圖7

反相輸入端電壓一直增大，當大于同相輸入端的電壓2.79V時，U+閾值改變，輸出端Uo電平改變，如圖8、9所示。

圖8

圖9

然后反相輸入端電壓從大到小逐漸減小，當減小到2.79V時，輸出端也沒有電平轉換，因為現在的閾值為1.15V，繼續減小到1.10V時，U+閾值改變，輸出端Uo電平發生轉換，如圖10、11所示。

圖10

圖11