為何我的比較器如此振蕩？

比較器看起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)單。它們比較兩個(gè)信號(hào)電壓，并相應(yīng)地設(shè)置輸出高電平或低電平。然而，如果兩個(gè)輸入信號(hào)電壓非常接近，即使輸入信號(hào)上的一點(diǎn)噪聲也會(huì)導(dǎo)致輸出在高低邏輯電平之間振蕩。增加滯回是解決這個(gè)問(wèn)題最簡(jiǎn)單的方法。

遲滯是指當(dāng)系統(tǒng)輸出時(shí)取決于它以前的狀態(tài)。當(dāng)增加滯回到比較器中時(shí)，高邊開關(guān)閾值設(shè)置得越高，低邊開關(guān)閾值設(shè)置得越低。也許您沒有注意到這本質(zhì)上是空調(diào)恒溫器工作的原理。讓我們花時(shí)間想一想，如果恒溫器沒有滯回：在最小的溫度波動(dòng)時(shí)，空調(diào)可能每隔幾秒鐘會(huì)循環(huán)開關(guān)，這將是噪聲，低能效，并對(duì)空調(diào)產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。增加滯回到空調(diào)恒溫器中，使系統(tǒng)能更高效地工作。

一些比較器有內(nèi)置的滯回，通常約幾毫伏。這對(duì)于某些應(yīng)用可能是足夠的，但其他情況可能需要增加外部滯回。增加外部滯回支持系統(tǒng)要求的特定的上升和下降閾值。

在比較器電路中通過(guò)正反饋實(shí)現(xiàn)滯回。這是少數(shù)幾個(gè)正反饋發(fā)揮作用的實(shí)例之一!滯回不是有一個(gè)閾值點(diǎn)，而是創(chuàng)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(tài)，而不是振蕩，即使輸入信號(hào)在基準(zhǔn)電壓附近徘徊。通過(guò)正反饋增加滯回的比較器也稱為施密特觸發(fā)器。

下面的例子所示為安森美半導(dǎo)體TL331配置為一個(gè)反相施密特觸發(fā)器。L331是無(wú)內(nèi)部滯回的單通道、低功耗、集電極開路的比較器。由R1和R2電阻創(chuàng)建的電阻分壓器在非反相引腳上設(shè)置參考電壓，在比較器輸出開關(guān)處設(shè)置閾值電壓。由于這是一個(gè)集電極開路的比較器，所以連接一個(gè)上拉電阻到輸出。反饋電阻通過(guò)正反饋增加滯回。通常情況下，使用一個(gè)比較大的反饋電阻值，至少100 KΩ。

圖1. 比較器配置為反相施密特觸發(fā)器

對(duì)于這種反相配置，當(dāng)輸入信號(hào)低于閾值時(shí)，輸出引腳為高，通過(guò)反饋電阻將閾值電壓拉高。這樣，輸入信號(hào)上的小電壓波動(dòng)不會(huì)觸發(fā)比較器輸出開關(guān)，直到輸入電壓達(dá)到更高的、調(diào)整的、上升的閾值。一旦輸入信號(hào)達(dá)到上升閾值，輸出就會(huì)被拉低。這通過(guò)反饋電阻拉低閾值電壓，使輸出保持在低電平，直到輸入電壓降到較低的調(diào)整閾值電壓以下。

非反相配置的工作方式與使用正反饋的方式相似。但在這種情況下，由電阻分壓器設(shè)置的閾值電壓不會(huì)隨著反相配置的變化而變化。相反，反饋在非反相節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)。

圖2. 比較器配置為非反相施密特觸發(fā)器

在這種配置中，當(dāng)輸入信號(hào)低時(shí)，輸出拉低，導(dǎo)致非反相節(jié)點(diǎn)的電壓降到更低。一旦輸入信號(hào)足夠高，以拉動(dòng)非反相節(jié)點(diǎn)高于參考電壓，輸出拉高，從而將非反相節(jié)點(diǎn)拉得更高。

在圖示的兩個(gè)電路中，增加滯回只需要一個(gè)或兩個(gè)外部電阻器，電阻值可以被調(diào)節(jié)到最適合特定應(yīng)用的閾值。當(dāng)設(shè)計(jì)用于比較器時(shí)，如果輸入引腳上的電壓有可能在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)相互接近，那么增加滯回是減少由噪聲對(duì)輸入信號(hào)造成的問(wèn)題的一種簡(jiǎn)單方法。