滞回比较器电压计算

模拟电子技术课程设计报告专业:班级:级班姓名:学号:指导老师:XX学院日期: 年月教师评语：目录一、设计任务和要求 (1)二、比较器参数计算 (1)三、 Multisim单元电路设计及电路仿真 (3)1、滞回比较器部分 (3)2、窗口电压比较器部分 (3)（1）窗口比较器 (3)（2）窗口比较器的限幅 (4)3、直流稳压电源部分 (4)4、 LM317可调稳压电源 (5)5、总电路图 (5)6、仿真测试 (6)四、实体电路制作 (7)1、元件清单 (7)2、直流稳压电源改装 (8)3、电路元件焊接 (8)4、实体电路测试 (9)五、总结与体会 (10)一、设计任务和要求1、设计一个检测被测信号的电路；被测信号在2V-5V 内输出电平不变；小于2V 输出低电平，大于5V 输出高电平。

2、高电平为+3V ，低电平为-3V ；3、参考电压U REF 自行设计；4、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。

二、比较器参数计算在任意电平比较器中，如果将集成运放的输出电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反馈，就可以构成滞回比较器，如图（2-1) 所示。

它的门限电压随着输出电压的大小和极性而变。

从图（2-2）中可知，它的门限电压为： REF REF o C U R R R U u u U ++-==++211)(2121R R R U R u REF o +⋅+⋅= （1）而u o = ±U OM ，根据上式可知，它有两个门限电压（比较电平），分别为上门限电压U H 和下门限电压U L ，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度。

即：△U=U H – U L （2） 当集成运放的输出为+U OM 时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为：OM U R R R 211+则同相输入端的合成电压为： REF OM U R R R U R R R U 212211+++=+ = U H （上门限电压） （3）当u i 由小到大，达到或大于上门限电压U H 的时刻，输出电压u o 才从+U OM跃变到-U OM ，并保持不变。

建立比较器的外部滞回电压第1步选择R3, 在IN_+端的漏电流小于2nA, 所以通过R3的电流至少为0.2µA, 以减小漏电流引起的误差。

R3可由R3 = VREF/IR3或R3 = [(VCC - VREF)/IR3] - R4两式求得, 取其较小值。

例如, 使用MAX9118 (VREF=1.24V), VCC = 5V, IR3 = 0.2μA, R4 = 1M , 计算结果为6.2M和18M, 则R3选6.2M。

第2步选择需要的滞回电压(VHB)。

第3步选择R1, R1可按下式计算：在此例中, R1为：第4步选择VIN上升门限(VTHR), 如下式：在该门限点, 当输入电压VIN超过阈值时, 比较器输出由低电平变到高电平。

本例中, 选择VTHR = 3V。

第5步计算R2, 如下式：本例中, R2的标准值为49.9k。

第6步按如下步骤验证触发电压和滞回电压：图11. 在输出为开漏结构的比较器中加滞回电路图2. 实际比较器的传输特性运算放大器在开环状态下可以用作比较器, 但是一旦输入信号中有少量的噪声或干扰,都将会在两个不同的输出状态之间产生不期望的频繁跳变(图3)。

用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。

或在比较器的正反馈电路中增加外部滞回电路, 正反馈的作用是确保输出在一个状态到另一个状态之间快速变化, 使比较器的输出的模糊状态时间达到可以忽略的水平, 如果在正反馈中加入滞回电路可减缓这种频繁跳变。

图3. 无滞回电路时比较器输出的模糊状态和频繁跳变举个例子, 考虑图4所示简单电路, 其传输特性如图5所示。

比较器的反相输入电压从0开始线性变化, 由分压电阻R1、R2构成正反馈。

当输入电压从1点开始增加(图6), 在输入电压超过同相阈值VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 输出将一直保持为VCC。

在阈值点,输出电压迅速从VCC跳变为VSS, 因为, 此时反相端输入电压大于同相端的输入电压。

迟滞比较器原理及计算迟滞比较器（Hysteresis Comparators）是一种电路器件，用于将一个电压信号进行比较，并在输入信号穿过设定阈值时提供一个输出。

其原理基于正反馈，可以提供一种滞后效应，使得输出在阈值之间有一个死区。

迟滞比较器的原理如下：当输入电压超过上限阈值时，输出切换到高电平，然后输入电压必须降低到下限阈值以下，输出才能切换回低电平。

这种死区效应有助于排除输入信号的噪声，并提高比较器的稳定性。

常见的迟滞比较器电路包括基于运算放大器（OP-AMP）和正反馈电阻网络构成的非反转比较器。

迟滞比较器的工作原理导出了其计算方式。

在理想情况下，假设电压源的输入为V_in，上限阈值为V_upper，下限阈值为V_lower，输出电压为V_out。

则当输入电压超过上限阈值时，输出电压切换为高电平，当输入电压低于下限阈值时，输出电压切换为低电平。

常见的计算方式是基于迟滞比较器的振幅范围（或称为迟滞窗口）来确定。

振幅范围是指上限阈值与下限阈值之间的差值，即V_upper - V_lower。

选择合适的振幅范围可以在输入信号的变化过程中提供适当的抗干扰能力。

为了更好地理解迟滞比较器的计算，可以考虑一个经典的非反转迟滞比较器电路，其中上限阈值为V_upper，下限阈值为V_lower，输入电压为V_in，输出电压由一个比较器和正反馈网络决定。

根据电路设计和正反馈网络的选择，我们可以计算出适当的上限阈值和下限阈值，以及输出状态的切换时刻。

总之，迟滞比较器通过正反馈的设计提供一个滞后效应，使得输出在输入信号穿过设定阈值时有一个死区。

其计算方式可以基于阈值的选择和正反馈网络的特性来确定。

迟滞比较器被广泛应用于各种电子设备和电路，如电压比较、斜率计算器、峰值检测等领域。

模拟电子技术课程设计报告专业:班级:级班姓名:学号:指导老师:XX学院日期: 年月教师评语：目录一、设计任务和要求 (1)二、比较器参数计算 (1)三、 Multisim单元电路设计及电路仿真 (3)1、滞回比较器部分 (3)2、窗口电压比较器部分 (3)（1）窗口比较器 (3)（2）窗口比较器的限幅 (4)3、直流稳压电源部分 (4)4、 LM317可调稳压电源 (5)5、总电路图 (5)6、仿真测试 (6)四、实体电路制作 (7)1、元件清单 (7)2、直流稳压电源改装 (8)3、电路元件焊接 (8)4、实体电路测试 (9)五、总结与体会 (10)一、设计任务和要求1、设计一个检测被测信号的电路；被测信号在2V-5V 内输出电平不变；小于2V 输出低电平，大于5V 输出高电平。

2、高电平为+3V ，低电平为-3V ；3、参考电压U REF 自行设计；4、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。

二、比较器参数计算在任意电平比较器中，如果将集成运放的输出电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反馈，就可以构成滞回比较器，如图（2-1) 所示。

它的门限电压随着输出电压的大小和极性而变。

从图（2-2）中可知，它的门限电压为： REF REF o C U R R R U u u U ++-==++211)(2121R R R U R u REF o +⋅+⋅= （1）而u o = ±U OM ，根据上式可知，它有两个门限电压（比较电平），分别为上门限电压U H 和下门限电压U L ，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度。

即：△U=U H – U L （2） 当集成运放的输出为+U OM 时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为：OM U R R R 211+则同相输入端的合成电压为： REF OM U R R R U R R R U 212211+++=+ = U H （上门限电压） （3）当u i 由小到大，达到或大于上门限电压U H 的时刻，输出电压u o 才从+U OM跃变到-U OM ，并保持不变。

滞环比较器
在保护电路中，为了防止保护电路在保护点附近来回震荡，所以一般都增加一定的滞环。

在下图中，1M电阻就起到滞环的作用，如果没有1M电阻，很明显，VF电压达到2.5V运放输出低电平，低于2.5V，运放输出高电平。

增加1M电阻后，在运放输出低电平时，6脚电平为0.7+（2.5-0.7）*1000/1010=2.48V。

当VF低于6脚电平后，7脚输出高电平（如果运放供电15V，7脚输出可按照14V计算）可以计算此时6脚电平为2.5+（14-2.5）*10/1010=2.61V，如果这是一个输入欠压保护电路，且VF为100：1的取样，则当输入电压高于261V，电路正常工作，当电压低于248V才会欠压保护，这样就增强了保护电路的抗干扰能力。

一般经常用到滞环比较器的地方有：过欠压保护电路、转灯电路等。

一、过零比较器过零比较器，顾名思义，其阈值电压U T=0V。

电路如图(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+U OM或-U OM。

当输入电压u I<0V时，U O=+U OM；当输入电压u I>0V时，U O=-U OM。

因此，电压传输特性如图(b)所示。

为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极管限幅电路，如右图所示。

★两只稳压管稳压值不同在实用电路中为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的U OH和U OL，如图（725）(a)所示。

图中R为限流电阻，两只稳压管的稳定电压均应小于集成运放的最大输出电压U OM。

设稳压管D Z1的稳定电压为U Z1，稳压管D Z2的稳定电压为U Z2，U Z1和U Z2的正向导通电压均为U D。

当u I<0时，由于集成运放的输出电压u/O=+U OM，D Z1使工作在稳压状态，D Z2工作在正向导通状态，所以输出电压u O=U OH=（U Z1+U D）当u I>0时，由于集成运放的输出电压u/O=-U OM，D Z2使工作在稳压状态，D Z1工作在正向导通状态，所以输出电压u O=U OL=-（U Z2+U D）★两只稳压管稳压值相同若要求，U Z1=U Z2则可以采用两只特性相同而又制作在一起的稳压管，其符号如图(b)所示，稳定电压标为±U Z。

当u I<0时，u O=U OH=U Z；当u I>0时，u O=U OL=-U Z。

★稳压管接在反馈通路中限幅电路的稳压管还可跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间，如右图所示。

假设稳压管截止，则集成运放必然工作在开环状态，输出电压不是+U OM，就是-U OM。

这样，必将导致稳压管击穿而工作在稳压状态，D Z构成负反馈通路，使反相输入端为“虚地”，限流电阻上的电流i R等于稳压管的电流i Z，输出电压u O=±U Z。

2009年04月09日星期四 08:41摘要：长期以来, 模拟比较器的使用一直处在它的“同伴”――运算放大器的阴影之中。

设计人员发表了大量针对运算放大器的应用笔记, 而关于比较器的应用笔记较少。

正是由于缺少比较器的应用资料, 很多用户希望Maxim应用部能够在如何建立比较器滞回电压方面提供帮助。

本文针对这一需求, 介绍在一些常用的比较器电路中建立滞回电压的方法, 并且讨论了提高噪声抑制能力和系统稳定性有关措施。

关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后”, 或阻碍前一状态的变化。

工程中, 常用滞回描述非对称操作, 比如, 从A到B和从B到A是互不相同。

在磁现象、非可塑性形变以及比较器电路中都存在滞回。

绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为5mV到10mV。

内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。

但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。

这种情况下需要增加外部滞回, 以提高系统的抗干扰性能。

首先, 看一下比较器的传输特性。

图1所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性, 图2所示为实际比较器的传输特性。

从图2可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(V)增大到2mVIN时才开始改变。

图1. 理想比较器的传输特性图2. 实际比较器的传输特性运算放大器在开环状态下可以用作比较器, 但是一旦输入信号中有少量的噪声或干扰, 都将会在两个不同的输出状态之间产生不期望的频繁跳变(图3)。

用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。

或在比较器的正反馈电路中增加外部滞回电路, 正反馈的作用是确保输出在一个状态到另一个状态之间快速变化, 使比较器的输出的模糊状态时间达到可以忽略的水平, 如果在正反馈中加入滞回电路可减缓这种频繁跳变。