迟滞比较器电路分析

基于运放搭建的正、反向比较器电路，只有一个门限电压，其电路稳定性差，特别是在门限电压附近，若是遇到一定的噪音干扰，则比较器的输出，时而最大，时而最小，稳定性差；

   为了提高稳定性，我们可以采用正反馈的比较器电路，即迟滞比较器电路。其电路有两个门限电压，具有一定的延迟特性，稳定性良好。

        

 

 

 

  需求一：  如果我们需要设计一个比较系统，在2.5v以上输出高信号，2.5v以下输出低信号，默认0.1v左右的抗干扰性能。那么针对这个系统，其上限门电压为2.5+0.1/2=2.55v；其下门限电压为2.5-0.1/2=2.45v；0.1v=Vph-Vpl求出R1/R2=49.

 下面我们再来计算系统需要施加的参考电压Vref为多少？通过上下限电压的任意一个即可计算出Vref=2.5V即可。   

            

 

 

 

   下面我们来看一下，这个电路，这个迟滞比较器其实就是施密特触发器电路的原型。其输出为Vin>2.55v,输出为o，vin<2.45v时，输出为正；当电压介于两者之间时，输出状态不确定，跟VOUT的上一状态有关。那么这个电路的稳定性如何呢，假设输出电压为2.4v、2.48v、2.5v、2.53v、2.48v，2.52v。来来回回在2.5v附近跳动，这个时候你就发现这个电路的好处了，稳定性极好。根据其输出曲线，可以看到其输出结果为5v、5v、5v、5v、5v、5v。可以看到输出很稳定，一直没发生改变，抗干扰性好。这个电路跟我们的需求是相反的，其在vin>2.5v时，输出为0，而我们要求输出为正最大值。因此还需要进一步改进，如下：

                                             

 

 

   通过可调电阻vr1，提供需要的参考电压，这里调节为2.5v。为什么要增加一级射极跟随电路呢，简单的通过分压可以获得任意所需的参考电压，但这种参考电压的其输出电阻较大（相当于可调电阻VR1的两个电阻的并联值），如果想让它作为一个电压源，则其内阻应该很小，这显然不符合要求。如果直接为下一级电路工作，例如直接连接到R2，则VREF=2.5v的电压必然发生改变；如果增加一个射极跟随器电路，其优点是输入电阻高，输出电阻小。其输出电阻小，作为下一级的输入，相当于输入电阻小，可以看做电压源。

 

 

迟滞比较器的应用范围很广，他相对于普通的比较器而言，接入了一个正反馈，所以有了一个迟滞范围，具体情况我们在下面进行分析，所以搞干扰性能很好。对于输入信号有抖动的情况下可以保证输出电平的稳定。下面我们来分析一下这个电路。

提到比较器，那么肯定会有一个基准，我们称其为Vref，也就是图中的那个3V的稳压管。500Ω的电阻是稳压管的偏置电阻，限流作用。这个Vref通过100K电阻加到了358的同相端，同时，Vout也通过20K的正反馈加到了358的同相端，这两个电压是叠加的，那么根据叠加定理，可以写出同相端电压（Vp）的公式。

Vp=Vref＊20K/（100K+20K）+Vout＊100K/(100K+20K）

其门限为：
Uh=Vref＊20K/（100K+20K）+Voh＊100K/(100K+20K）
Ul=Vref＊20K/（100K+20K）+Vol＊100K/(100K+20K）
门限宽度为：

∆U=Uh-Ul=(Voh-Vol）＊100K/(100K+20K）

由358的datasheet可知，358的输出摆幅为0-（Vcc-1.5），代入上式计算，所以该比较器的门限电压为：

Uh=4.25V    Ul=0.5V 
∆U=3.75V
即本电路的滞回范围是4.25-0.5=3.75V。

当反相端输入电压超过4.25V时，比较器输出低电平0V，当反相端电压即输入电压降至0.5V以下时，比较器翻转，输出高电平Vcc-1.5V即，4.5V。

同时，由上面公式可知，门限宽度与基准电压无关，只与输出摆幅和两电阻大小相关。

此电路也可设计成同相端输入的，基准放在反相端，感兴趣的同学可以试一下，公式的推导与上面类似。