什么是滯回比較器？555定時器的施密特觸發(fā)最大的好處就是有回差

對兩個或多個數(shù)據(jù)項進行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。 能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。 比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進制信號0或1，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小且正負(fù)符號不變時，其輸出保持恒定

可以將比較器當(dāng)作一個1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。運算放大器在不加負(fù)反饋時從原理上講可以用作比較器，但由于運算放大器的開環(huán)增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號。而且，一般情況下，運算放大器的延遲時間較長，無法滿足實際需求。比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時間延遲，但其頻響特性會受到一定限制。為避免輸出振蕩，許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路。比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。

說到555定時器的施密特觸發(fā)，其中最大的好處就是有回差，可以對波形進行整形，對輸入信號抗干擾，防止輸出在轉(zhuǎn)折點頻繁翻轉(zhuǎn)?；夭铍妷簽棣=1/3Vcc。

其實用運放實現(xiàn)回差控制更為方便，回差的電壓是可以調(diào)整的，不是固定的數(shù)值。這里以LM358運放為例，講一下如何用它實現(xiàn)回差控制。(這里采用同相輸入信號)

如圖，假設(shè)運放是理想運放，可以軌到軌輸出，即能輸出滿Vcc。按此理論計算實現(xiàn)上限電壓為10V，下限電壓為7V的同相控制。即輸入電壓高于10V，運放輸出高電平，輸入電壓要再降低到7V，運放才輸出低電平。 回差ΔU=3V。實測輸出高電平為11V (即Vcc-1V，非滿Vcc)，上限電壓為10.1V，下限電壓為7.1V。

分析計算過程，回差的要求和供電Vcc是已知條件，那么選定一個Uref，通過計算可以得到R1，R2，R3，R4的值，選擇合理的R5即可以得到需要的上限和下限電壓。下限電壓=上限電壓-ΔU。前提條件，在電壓翻轉(zhuǎn)的瞬間運放的狀態(tài)是滿足虛短的，其他狀態(tài)可不行

滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器，遲滯比較器。這種比較器的特點是當(dāng)輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。長期以來， 模擬比較器的使用一直處在它的“同伴”――運算放大器的陰影之中。

關(guān)于于比較器滯回的討論需要從“滯回”的定義開始， 與許多其它技術(shù)術(shù)語一樣， “滯回”源于希臘語， 含義是“延遲”或“滯后”， 或阻礙前一狀態(tài)的變化。工程中， 常用滯回描述非對稱操作， 比如， 從A到B和從B到A是互不相同。在磁現(xiàn)象、非可塑性形變以及比較器電路中都存在滯回。 絕大多數(shù)比較器中都設(shè)計帶有滯回電路， 通常滯回電壓為5mV到10mV。內(nèi)部滯回電路可以避免由于輸入端的寄生反饋所造成的比較器輸出振蕩。但是內(nèi)部滯回電路雖然可以使比較器免于自激振蕩， 卻很容易被外部振幅較大的噪聲淹沒。用帶有內(nèi)部滯回電路的比較器代替開環(huán)運算放大器能夠抑制輸出的頻繁跳變和振蕩。

或在比較器的正反饋電路中增加外部滯回電路， 正反饋的作用是確保輸出在一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)之間快速變化， 使比較器的輸出的模糊狀態(tài)時間達到可以運算放大器在開環(huán)狀態(tài)下可以用作比較器， 但是一旦輸入信號中有少量的噪聲或干擾， 都將會在兩個不同的輸出狀態(tài)之間產(chǎn)生不期望的頻繁跳變。用帶有內(nèi)部滯回電路的比較器代替開環(huán)運算放大器能夠抑制輸出的頻繁跳變和振蕩。

比較器一般來說只輸出高低電平，如果運放用作比較器，則無需工作在線性區(qū)。由于運放自身放大倍數(shù)非常大，如果運放的同相輸入端電壓比反相輸入端電壓大，哪怕只大一點點，那么運放將輸出最大電壓值，對于“軌至軌”運放來說，這個最大電壓值將接近電源電壓Vcc;反之，如果運放的反相輸入端比同相輸入端大，那么運放將輸出最小電壓值，如果電源包含負(fù)電壓，那么最小的電壓值就是-Vcc，否則最小電壓值就是0。有些電路會增加輸出限壓，限制最大值與最小值為某個特定數(shù)值。本節(jié)為了方便描述，將最大的輸出電壓寫作Vcc，最小的輸出電壓寫作-Vcc。

比較器是一種常用的集成電路。它可用于報警器電路、自動控制電路、測量技術(shù)等。

比較器主要是由運放搭建而成，是運放在運放處在非線性狀態(tài)的典型應(yīng)用。

判斷運放工作區(qū)的方法是：

如有負(fù)反饋，則工作在線性區(qū);

如有正反饋或者無反饋，則工作在非線性區(qū);

PS：

運放處于非線性狀態(tài)時：虛短不成立，虛斷可以使用。

“比較器”從名字上可以看出，其作用是用來做比較的，更確切的說是比較電壓。

前面也說了，是運放在非線性狀態(tài)的典型應(yīng)用。由于是開環(huán)或者是正反饋，增益很大，因此其輸出只有高電平和低電平兩個狀態(tài)，因此，其輸入信號經(jīng)過比較器后，只輸出兩個狀態(tài)，“比較器”由此而來。

一、先從簡單的電壓比較器開始

UR是某一固定電壓，改變UR值能改變閾值及回差大小。 以圖4(a)所示的反相滯回比較器為例，計算閾值并畫出傳輸特性

圖4 滯回比較器及其傳輸特性 (a)反相輸入;(b)同相輸入

滯回電路里面一般Vol和Voh相等(圖中運放工作原理就是兩端電壓比值大小)當(dāng)輸出Vo是高電平Voh時，V+端電壓等于(Voh-Vref)/(R1/(R1+R2)，只要V-小于此時V+，則Voh保持不變，大于時刻發(fā)生突變 Vo變成低電平Vol，此時V-在繼續(xù)增大的話，Vo保持低電平不變化，同時V+處電壓變化(VoL-Vref)/(R1/(R1+R2);

當(dāng)V-輸入減小，必須減少到V+變化后的值才能發(fā)生電壓跳變，成為高電平Voh，這就形成了滯回電路的效果。

傳統(tǒng)的帶有滯回功能的比較器電路是采用集成運算放大器與外圍電路構(gòu)成。以同相輸入的滯回比較器為例，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：當(dāng)Ui逐漸增大至參考電壓Ur時，運算放大器輸出Uo高電平，且高電平通過電阻R3形成正反饋，加速輸出狀態(tài)的躍變，此時的輸入電壓記為UTH。當(dāng)Ui由UTH逐漸減小至運算放大器的輸入正端等于參考電壓Ur時，運算放大器輸出低電平，此時的輸入電壓記為UTL。該電路的回差即為UTH與UTL之差，記為ΔUTH，不難算出ΔUTH=VCC*R2/R3。滯回比較器由于回差電壓的存在，大大提高了電路的抗干擾能力，回差越大，抗干擾能力越強。這種有滯回功能的電路在電子產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。但傳統(tǒng)的滯回電路都是采用集成運算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，占用PCB面積大。