一、

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

二、滯回比較器介紹

比較器是電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的器件，其可以簡(jiǎn)單的理解為將一個(gè)模擬信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓信號(hào)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(hào)在門限附近有輕微的抖動(dòng)，都會(huì)造成輸出電平的頻繁跳變 。

絕大多數(shù)比較器中都設(shè)計(jì)有滯回電路，通常滯回電壓為5mV~10mV；這個(gè)內(nèi)部的滯回可以避免由于輸入端的抖動(dòng)所造成的比較器輸出振蕩。但如果信號(hào)抖動(dòng)較大，內(nèi)部滯回將無(wú)法起作用，需要外部增加滯回電路來(lái)減緩抖動(dòng)引起的輸出跳變。

滯回比較器又稱為施密特觸發(fā)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(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)。

三、滯回比較器高低閾值計(jì)算

圖1是典型的滯回比較電路，也是之前項(xiàng)目電路中的一部分。U+端相當(dāng)于一個(gè)基準(zhǔn)電壓，但是有兩個(gè)閾值，這兩個(gè)閾值的計(jì)算我們后邊說(shuō)，U-端就是我們自己輸入的信號(hào)，與普通比較器一樣，當(dāng)反相輸入端U-大于正相輸入U(xiǎn)+時(shí)，輸出端Uo輸出低電平，當(dāng)反相輸入端U-小于正相輸入U(xiǎn)+時(shí)，輸出端Uo輸出高電平，這里需要注意的一點(diǎn)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(duì)理解后邊的閾值計(jì)算有幫助。

圖1、滯回電路

圖2、LM2903功能框圖

1、高閾值計(jì)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(guò)R3上拉到5V。注意重點(diǎn)來(lái)了，電路等效電阻計(jì)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(shuō)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(jì)算

當(dāng)輸出端為低電平時(shí)，計(jì)算Utl時(shí)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(shí)，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、電路仿真

如圖5所示，在反相端接一個(gè)5V電源并通過(guò)可變電阻R5來(lái)調(diào)節(jié)反相輸入端電壓，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)U+、U-、Uo的信號(hào)。

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(dāng)反相輸入端為0時(shí)(圖6)，可以看到U+電壓為2.79V與我們計(jì)算出來(lái)的高閾值相符合，同時(shí)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(dāng)大于同相輸入端的電壓2.79V時(shí)，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(dāng)減小到2.79V時(shí)，輸出端也沒有電平轉(zhuǎn)換，因?yàn)楝F(xiàn)在的閾值為1.15V，繼續(xù)減小到1.10V時(shí)，U+閾值改變，輸出端Uo電平發(fā)生轉(zhuǎn)換，如圖10、11所示。

圖10

圖11