電壓比較器滯回電路的學(xué)習(xí)資料

一：問題

輸入電壓到6.4V的時(shí)候，比較器會翻轉(zhuǎn)。輸出高電平。
電壓下降到一定值，比較器輸出低電平。
請問這個滯回電壓怎么計(jì)算呢？
麻煩老師們給一個計(jì)算公式。

忽略運(yùn)放的飽和壓降，6.4V正翻轉(zhuǎn)前，運(yùn)放輸出端等于接地，狀態(tài)見圖1，要反翻轉(zhuǎn)，利用方程③，即可求出應(yīng)該的R3數(shù)值。



當(dāng)反翻轉(zhuǎn)前，運(yùn)放輸出端等于等于Q1的發(fā)射結(jié)飽和壓降（設(shè)為0.7V），狀態(tài)見圖2，要反翻轉(zhuǎn)，利用方程②，則反翻轉(zhuǎn)輸入信號電壓Ui的值可計(jì)算出，這個值與6.4V有回差。但是不一定是1V。


如果要求回差等于1V，則計(jì)算較為復(fù)雜，不僅僅涉及到R3，還要涉及到R4或者R5的值，公式如下 ：

  新設(shè)反翻轉(zhuǎn)電壓   Ui=5.4……①
再設(shè)定R4或者R5中任意一個的數(shù)值，將方程①代入原來的方程②中，得到

（5.4-2)/R4=2/R5+（2-0.7）/R3……②

Vi=2=6.4×（R5//R3）/（R4+R5//R3）……③

以上兩式組成二元方程組，這個方程組中，僅有兩個未知數(shù)R3、R4（或R5）。解出這個方程組，就能得到當(dāng)回差等于1V時(shí)，對應(yīng)的R3、R4（或R5）應(yīng)該的數(shù)值。

樓主的電路有問題，當(dāng)正翻轉(zhuǎn)后，運(yùn)放輸出正電壓，理論上會接近Vcc，但受Q1發(fā)射結(jié)的鉗位，會有很大的電流由運(yùn)放輸出經(jīng)Q1的發(fā)射結(jié)到地，運(yùn)放將損壞。所以一般的電路，會在運(yùn)放的輸出端到Q1基極之間，串聯(lián)一個限流電阻。這樣的話，計(jì)算反翻轉(zhuǎn)臨界狀態(tài)時(shí)，運(yùn)放的輸出端的電壓應(yīng)為Vcc，i2的電流方向?qū)⑾喾矗娏鞣匠虒⒆兓�。但是解題的思路不變。

補(bǔ)充內(nèi)容 (2016-12-28 20:37):
采用Q1的基極前面串聯(lián)一個限流電阻的方案，以上公式經(jīng)修改后，用Excel軟件計(jì)算，設(shè)定R4還是22K，計(jì)算出當(dāng)R3采用264K電阻，R5采用10.4k電阻時(shí)，滯回電壓約等于1V。

補(bǔ)充內(nèi)容 (2016-12-29 09:43):
樓主的電路中，Q1的外圍電路并未畫出，當(dāng)Q1當(dāng)作射極跟隨器或者發(fā)射極串聯(lián)有電流反饋電阻時(shí)，運(yùn)放輸出高電位時(shí)也不會有問題。計(jì)算反翻轉(zhuǎn)臨界狀態(tài)時(shí)，將運(yùn)放輸出端的電位視為Vcc，電流i3方向改為向左進(jìn)行計(jì)算。

補(bǔ)充內(nèi)容 (2016-12-29 09:57):
補(bǔ)充內(nèi)容中的描述有誤，“電流i3方向改為向左進(jìn)行計(jì)算” 應(yīng)為 “電流i2方向改為向左進(jìn)行計(jì)算”，電流方程改為i1=i3-i2

初學(xué)者感覺滯回電壓比較器比較奇妙，是因?yàn)樗袃蓚€轉(zhuǎn)折的門限電壓，為了容易理解，不妨從一個更通俗的例子說起。比如我們常用飲水機(jī)中的溫控開關(guān)．就是比較簡單也是比較典型的具有滯回特性的器件。假如我們設(shè)定開關(guān)工作的溫度是T1，如果開關(guān)沒有滯回的特點(diǎn)，當(dāng)達(dá)到這個溫度時(shí)，電熱器斷開，溫度下降，當(dāng)?shù)陀谶@個溫度時(shí)，電加熱器接通。這樣就會出現(xiàn)一種情況，電熱器在這個溫度附近會頻繁接通和斷開，溫度達(dá)到T1一加熱器件斷開一溫度下降一導(dǎo)致電熱器接通一溫度上升-加熱器件又?jǐn)嚅_，如此反復(fù)，在臨界區(qū)附近產(chǎn)生振蕩。這是我們不希望的結(jié)果，所以，溫控開關(guān)一般是具有滯回的特點(diǎn)，動作（斷開）溫度TH和復(fù)位（接通）溫度TL有一定的溫度差一回復(fù)誤差。比如：設(shè)定開關(guān)斷開的溫度是大于95℃，復(fù)位接通的溫度是小于90℃，回復(fù)誤差根據(jù)需要可以調(diào)整，這樣就解決了溫控開關(guān)頻繁接通和斷開的問題。接通到斷開，斷開到接通沿著不同的路徑，不走回頭路，故此稱為滯回控制開關(guān)。
　　
　　滯回電壓比較器和上述的溫控開關(guān)是一樣的道理，可以類比理解。大家知道運(yùn)算放大器在開環(huán)狀態(tài)下可以用作比較器，其理想和實(shí)際的電壓傳輸特性如附圖所示，實(shí)際特性是只有當(dāng)它的差模輸入電壓足夠大時(shí)，輸出電壓Uo才為正負(fù)最大值。Uo在從+Uce變?yōu)?Uss或從-Uss變?yōu)?Uce的過程中，隨著Ui的變化，將經(jīng)過線性區(qū)，并需要一定的時(shí)間�？梢灾�，在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的微小變化，都將引起兩個不同的輸出狀態(tài)之間產(chǎn)生不期望的頻繁穿越跳變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。而滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。用帶有內(nèi)部滯回電路的比較器代替開環(huán)運(yùn)算放大器能夠抑制輸出的頻繁跳變和振蕩。
　　
　　滯回電壓比較器電路有兩個閥值電壓，類似本文開始提到的溫控開關(guān)，有兩個門限值UH、UL。輸入電壓Ui從小變大過程中使輸出電壓Uo產(chǎn)生躍變的闊值電壓UH,不等于Ui從大變小過程中使輸出電壓Uo產(chǎn)生躍變的閥值電壓UL．電路具有滯回特性。舉個例子，如附圖所示為從反向輸入端輸入的滯回比較器電路．由分壓電阻Rl:R2構(gòu)成正反饋。假設(shè)Rl=lOkn，R2=lOOn，電源供電電壓為：UCC=13V，Uss=-13V,反饋系數(shù)F=R2/(R1+R2)。比較器的反相輸入電壓從0開始線性變化，當(dāng)Ui=0時(shí)，加到同相的輸入瑞電壓為Uref=RI/(R1+R2)Eref，Uo=Uce，同相端總電壓UH=1V，同相端電壓大于反相端電壓，這是一個穩(wěn)定的狀態(tài)。
　　
　　輸入電壓由零向正方向增長，只要它還小于UH，即Ui<1V，輸出電壓Uo都保持最大正的電征Ucc不變，即Uo=13V。當(dāng)Ui一旦超過UH一點(diǎn)點(diǎn)，平衡即被破壞，由于反向輸入電壓大于正向輸入電壓，輸出電壓Uo就會從最大正向電壓Ucc(+13V)向負(fù)向最大電壓Uss(-13V)轉(zhuǎn)換。而且由于R1、R2引入的正向反饋?zhàn)饔脤⒓铀龠@種轉(zhuǎn)換，形成跳變，獲得理想的傳輸電壓特性，Uo從+13V跳變到-13V。
　　
　　跳變完成后，加到同相端的總電壓為：UL=0.86V，顯然只要輸入電壓保持大干UL即U>0.86V，輸出電壓將保持負(fù)的最大值Uss(-13V)不變。但是當(dāng)輸入電壓U從大到小下降到小于UL(0.86V)時(shí)，一個相反的連鎖反饋又將使輸出電壓Uo從負(fù)的最大值Vss(-13V)跳變到正的最大值Ucc(+13V)。通過改變Eref的大小可方便改變滯回區(qū)間。
　　
　　斯密特滯回觸發(fā)器只有-個觸發(fā)端子，比較方便靈活，在實(shí)際中具有廣泛的應(yīng)用，如一開始提到的溫控開關(guān)就可以用滯回觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。再比如開關(guān)電源中的欠壓保護(hù)就是滯回比較器的典型應(yīng)用，當(dāng)市電電壓低于一定值時(shí)．通過滯回比較器使開關(guān)電源停止工作，保護(hù)電網(wǎng)和機(jī)器的安全。
　　
　　我們以常用的UC3842為例簡單說明其原理，UC3842⑦腳為電壓輸入端，內(nèi)接施密特滯回觸發(fā)器，利用其回滯特性實(shí)現(xiàn)鎖存，其啟動電壓范圍為16V-34V。
　　
　　在電源啟動，Vcc＜16V時(shí)，輸入電壓施密器比較器輸出為0，此時(shí)無基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生，電路不工作；當(dāng)Vcc>16V時(shí)輸入電壓施密特比較器送出高電平到5v穩(wěn)壓器，產(chǎn)生5v基準(zhǔn)電壓，此電壓一方面供內(nèi)部電路工作，另一方面通過⑧腳向外部提供參考電壓。一旦施密特比較器翻轉(zhuǎn)為高電平（芯片開始工作以后），Vcc可以在10V-34V范圍內(nèi)變化而不影響電路的工作狀態(tài)。當(dāng)Vcc低于10V時(shí)．施密特比較器又翻轉(zhuǎn)為低電平，電路停止工作。當(dāng)出現(xiàn)機(jī)器啟動困難的故障時(shí)，就要考慮該腳外圍元件是否正常，該部分電路比較簡單，維修應(yīng)該不復(fù)雜，關(guān)鍵是判斷故障，要抓住其故障特點(diǎn)。由于保護(hù)電路的滯回特點(diǎn)，-般是啟動困難，一旦啟動成功，能長時(shí)間穩(wěn)定工作。