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回滞比较器的设计方法与应用实例

现代电子线路的设计与应用中,常用到一种带回滞的比较器,用于提高设计电路的噪声抑制能力和整个系统的工作可靠性。作者常年从事于各类应用电路设计,常遇到的各种回滞比较电路设计与应用的任务。本文通过整理作者这些年来的应用笔记,形成了一套实用回滞比较电路设计与计算的方法。这些方法在作者设计过的大量应用电路中屡试不爽。不敢独亨,现将我总结的这些有关回滞比较器的应用笔记,提供给广大电子爱好者。希望能为广大从事电子技术应用与设计的各位同行、战友提供一些有益的提示。

具体而言,一般的回滞曲线只有两种形式,如图 1所示。为行文方便,不妨称回滞曲线(a)为负回滞线、(b)为正回滞线。相应地,按回滞曲线来分,回滞比较器可主要分为两大类。目前,回滞比较器通常是由带正反馈的比较器(运放)实现的,电路形式多种多样。笔者在长年电路设计中,总结了两种较为典型和实用的回滞比较电路,能适应于大多数应用场合的需要。

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2是两种负回滞曲线比较器电路形式,它们的电路形式基本一致,但图 2(b)比图 2(a)多一个接地电阻R2。电阻R2将比较器的同相端可靠接地,可以有效抑制回滞比较器在干扰存在情况下产生的误动作。经推导,可得回滞比较器的两个回滞电压点的计算公式。这里直接给出它们的计算公式,如式所示,以备读者查用。

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式中分别是运放输出的高、低直流饱和输出电压;是输入参考电压;是图 1中回滞曲线的两个回滞电压点;双竖线是两电阻的并联计算法,即

简单交换图 2中输入电压vi与参考电压vref,即可得具有正回滞线的比较器,如图 3所示。

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同理,正回滞比较器回滞电压点计算公式列于式,以备大家查用。

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对于上述两图中的输入电阻R’,考虑到运放输入端的电路平衡,按式计算阻值就近取常用电阻即可。

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上述给出回滞比较电路形式与计算方法,为方便读者有效地使用它们,来设计符合自己要求的电路。下面用一个典型实例来说明上述电路使用与计算方法。图4是一种在安防视频监控设备中,为实现摄像头夜视功能而使用的红外灯控制电路。

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4中,Q2用于控制红外灯亮灭;LEDONMCU控制端,可以在须要的时候由MCU智能控制红外灯的亮灭,以节约电能;R6PGM5537光敏电阻,用于感知设备当前外部环境的光照情况;R6配合Q3和运放LMX321组成的回滞比较电路,用于实现:当外部光强足够时,禁止LEDON控制端点亮红外LED

对比图 2可知图 4是使用的是负回滞曲线电路,根据PGM5537光敏电阻特性(读者可自行在网上查找,这里就不介绍它了),须要实现两回滞电压分别为2V3V的回滞电路。那么,根据电路的设计目标,可得如下条件:

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下面利用式b和条件式来计算图 3 (b) 电路所须电阻值,将条件式代入负回滞电路计算式,得:

     s5.jpg

简化式,将式下式代入上式可得:

  s6.jpg

结合式下式与式,可得:

 s7.jpg

将式代回式,得:

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式和式得出了满足条件式的回滞比较器电路参数的基本关系,对于电路中的具体电阻取值可以根据电路的要求和设计者的实际情况而定。这里取R1R2100KΩRf2R1200KΩ;即对应电路图 4R9R10100KΩR14200KΩ。另外,电路图中给出了另一组回滞曲线回滞电压(V14V, V21V)和电阻的参数。作为练习,感兴趣的读者可以自行推导一遍。

回滞比较器还可以应用到很多其它的应用领域,利用前述介绍的方法大多可以完美解决这些应用问题。希望本文能给各类读者带来一点有益的作用。

◇福建 易龙强

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