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运算放大器迟滞:终极指南

  • 发表时间:2021-10-08 09:45:44
  • 来源:本站
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技术世界中的许多基本概念很难处理,因为它们的含义可能具有欺骗性。不幸的是,滞后是这些基本概念之一。 

您可能已经尝试过搜索概念,结果却放弃或遇到了您想放弃的复杂而漫长的事情。但是,不用担心,我们有解决方案! 

幸运的是,我们写这篇文章是为了将运算放大器迟滞的概念分解为一个简单而全面的指南。

你准备好了吗?那么,让我们开始吧!

什么是运算放大器中的迟滞?

运算放大器图

运算放大器图

资料来源:维基共享资源

一旦我们定义了迟滞这个词运算放大器迟滞的话题就会开始变得有意义。简而言之,滞后意味着落后或落后或抵制从前状态的变化。另外,在工程中,滞后描述了非对称操作,或者更简单地说,从 A 到 B 的路径与 B 到 A 不同。

更重要的是,您可以在磁性、非塑性变形以及运算放大器等电子电路(用作比较器等领域找到滞后现象

动态专用锁存比较器

动态专用锁存比较器

资料来源:维基共享资源

为了进一步分解,让我们看一个简单的示例,以帮助确定运算放大器中的滞后意味着什么。

当您将 12 伏继电器连接到可变电源并从 0 到 12 缓慢增加输入电源电压时,您会注意到在 11 伏附近,继电器将激活。 

所以,通常,如果你降低这个电压,它应该关闭继电器。但是,事实并非如此。只有当电压远低于 9 伏时,继电器才会关闭。

现在继电器的激活和停用阈值之间的差异就是我们所说的电压滞后。这种电压滞后就是我们所说的迟滞。

现在,迟滞会对电子电路(如单个 BJT 电路)产生负面影响。它可以防止您在电路上保持任何固定的阈值水平。

因此,大多数情况下,滞后水平会降低到可能的最小水平——以保持对电路阈值的控制。

相比之下,运算放大器电路在处理某些操作时可有效避免滞后效应。对于大多数运算放大器电池充电器电路,没有迟滞成为一个很大的缺点。 

因此,在这种情况下,您可以通过在运算放大器输出端和其输入引脚之一上安装反馈电阻器来强制将额外的滞后作用到电路中。因此,这将有助于在您的运算放大器电路中包含迟滞效应。

另一方面,大多数比较器都带有内置迟滞。这些比较器的值通常在 5mV 到 10mV 之间。此外,这些模拟比较器的内部迟滞有助于它们防止因极少量寄生反馈引起的振荡。

然而,任何更大幅度的外部噪声都可以阻止这些比较器的内部迟滞,即使它足以阻止自振荡。在这种情况下,只需包含外部滞后就可以解决问题。

工作原理

尽管在某些电路中不需要迟滞,但它在模拟电路中仍然有用,因为它有助于控制带有晶体管的电路中的开关。因此,您可以在比较器电路中使用迟滞来设置输出波形的占空比。   

注意:运算放大器和比较器是这些电路中两个重要且同等的组件。更重要的是,运算放大器可以用作比较器,但并非所有比较器都可以用作放大器。 

出于这个原因,这两个术语可以互换使用,因为迟滞对两个电路都很重要。此外,了解这些电路的工作原理对于了解迟滞在高级电路中的工作原理大有帮助。

现在,当您将两个常见的集成电路与运算放大器和比较器进行比较时,可以更容易地理解迟滞在其中一些电路中的工作原理以及如何使用它来将这些电路的开关行为修改为您想要的。

两种元件的 IC 比较 

两种元件的 IC 比较 

来源:快照

您从上图中获得的第一印象是这两个组件的相似程度。但是,存在差异,例如比较器是接地发射器,而运算放大器则不是。出于这个原因,比较器的输出在饱和状态下工作良好。另一方面,运算放大器的输出对于线性运算效果更好。

集成电路

集成电路

比较器中的迟滞

实际比较器电路中的迟滞负责产生稳定的开关行为。当您添加正反馈电阻时,它会在电路中产生迟滞,从而在输入信号增加或减少时设置切换阈值。 

这是棘手的部分。

输入信号上的杂散噪声会影响整个过程。因此,随着输入信号的增加产生多个转换。因此,在比较器电路中添加迟滞可以抵消由噪声引起的任何错误切换。

运算放大器中的迟滞

运算放大器中的迟滞类似于正反馈如何在比较器中产生迟滞电压(不是负电压)。因此,这允许运算放大器形成施密特触发电路。

这就是事情变得有趣的地方。

当您将作为闭环电路的运算放大器驱动到饱和(具有迟滞)时,输出将饱和并为您提供与比较器相同的结果。它适用于反相输入和非反相输入。

无迟滞比较器

无迟滞比较器

无迟滞比较器

来源快照

这是一个没有迟滞的标准比较器电路。对于该电路,分压器网络 Rx 和 Ry 创建课程使用的最小阈值电压。因此,比较器会评估输入电压范围 (Vin) 并将其与固定阈值电压 (Vth) 进行比较,以找出电压之间的关系。

现在,将输入馈电电压(您要比较)连接到电路的反相输入端会产生极性反相的输出。

因此,只要输入偏置电流的电压差比阈值更显着,输出就会靠近负电源。同样,如果该点高于输入参考电压,则比较器输出将更靠近正电源轨。 

虽然这种技术有它的好处,比如确定信号是否高于设定的阈值,但它有一个问题。输入信号上的噪声会在固定点上方和下方产生多次转换,从而触发波动的结果。

无滞后比较器的输出

无滞后比较器的输出

来源:快照

您可以在上图中看到多个转换。想象一下,输入信号是一个温度参数,而输出是一个关键的温度应用程序,可以使事情变得更加透明。现在,不一致的输出信号可能无法提供您想要的结果。 

或者,假设您需要比较器的输出来运行电机或阀门。在临界阈值情况下,波动的信号会多次打开/关闭阀门。

幸运的是,这是 Hysteresis 解决的一个问题,因为它在切换阈值时完全抵消了不稳定的信号,并提供了一定的抗噪能力。

具有迟滞的比较器

具有迟滞的比较器电路

具有迟滞的比较器电路

来源:快照

现在,这是带有迟滞的比较器电路图。此处,电阻器 RH 侧重于滞后的阈值水平。因此,只要输出电压变为逻辑高 (5V),RH 就会与 Rx 并联。因此,允许额外的直流电流流入 Ry 并将阈值 (VH) 限制增加到 2.7v。此外,如果输入电流不高于阈值电压 (2.7v),则输出响应不会变为逻辑低。

然而,当输出为逻辑低时,Rh 与 Ry 平行。因此,减少流入 Ry 的电流并降低阈值电压 t0 2.3v。现在,要回到逻辑高电平 (5V),输入信号必须低于 2.3 v。

磁滞比较器的设计

因此,为了分解迟滞比较器的设计,我们将查看原理图、组件和设计。

示意图

看看下面的图表:

迟滞比较器电路原理图

迟滞比较器电路原理图

来源:快照

所需电子元件

  • (1) 印刷电路板 ( PCB )

  • 比较器(在这里,您可以使用任何比较器。例如,我们将 TLV3201 用于低功耗应用。该比较器具有低静态电流)

  • 标准金属膜电阻器 (0.1%)

设计要求

  • +5v 电源电压

  • 0v 至 5v 输入

迟滞比较器设计

迟滞比较器设计公式

迟滞比较器设计公式

来源:快照

对于设计,我们可以使用等式 (1) 和 (2) 来选择电阻值以创建迟滞阈值电压(即 VH 和 VL)。另外,您需要选择具有单一值的 RX。

我们确定我们的 RX 将具有 100k 评级。我们选择了这个额定值,以便 RX 可以最大限度地减少电流消耗。另一方面,我们使用 576k 值实现了 Rh。因此,我们确认了附录 A 中的方程 (1) 和 (2):Rh/Rx = VL/VH – VL。

最后的话

比较器在区分两个信号电平时很有用。例如,您可以使用比较器来区分正常和超温条件。

此外,比较阈值处的噪声或信号变化会导致多次转换。因此,迟滞在比较器电路中的优势在于它固定了一个下限和上限,以解决众多转换的问题。好吧,这篇文章到此结束;如果您有任何问题,请随时与我们联系