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技术专题

电路设计比较器的使用及其对功能的影响


在电子领域,我们利用执行类似比较动作的电子设备,将它们称为比较器。它们的功能对于使用它们的应用程序的整体功能同样重要。

电路设计比较器是用于将可测量的特性或事物与参考或标准进行比较的设备。换句话说,它是用于比较两个电信号的电子电路。我们使用比较器来检查或分析两个电流或电压。比较器在其两个输入端比较这些电压或电流。

从功能上讲,这意味着需要两个输入电压,将它们进行比较,然后提供差分输出电压,低电平或高电平信号。在更广泛的范围内,我们可以使用比较器来感测任意变化的输入信号何时达到定义的阈值水平或参考水平。

关于比较器设计,可以使用各种组件,例如运算放大器,二极管和晶体管。您经常可以找到驱动逻辑电路的电子应用中使用的比较器。比较器的分类或类型包括机械,电气,气动,光学,电子,sigma和数字。通常,比较器的设计没有反馈以提供开环配置。

磁滞现象

磁滞现象是一种物理特性的值滞后于引起其的效应变化的现象,例如当磁感应滞后于磁化力时。您也可以将其定义为物理科学中的概念。从概念上讲,系统的输出不仅取决于其输入,还取决于其过去输入的历史。这个概念是合乎逻辑的,因为历史会影响内部状态的价值。此外,在铁电材料和铁磁材料中会发生磁滞现象。

铁磁性材料被永久磁化就是一个例子。发生这种情况时,即使在消除磁化场之后,材料仍保持磁化。当然,这意味着铁磁材料将不会恢复为零磁化强度。您只能在足够的热量或相反方向的磁场下将铁磁材料强制变回零。

在这些条件下,施加交变磁场会产生所谓的磁滞回线(磁滞)。磁滞现象也是为HDD提供存储元素的效果。更重要的是,磁滞的可预测性使其成为理想的稳定机制。

比较器无滞后

我们利用比较器来比较或区分两个不同的信号电平。例如,比较器可以区分高温和正常温度条件。而且,比较阈值处的信号或噪声变化会产生多个跃迁。因此,磁滞设定了一个下限和一个上限,以消除由噪声产生的大量偏移或过渡。

不利用磁滞的比较器将使用分压器来设置电压阈值。在这种情况下,比较器将输入信号(V in)与阈值电压(V th)进行比较。然后,我们将比较器的输入信号施加到反相输入,以便输出具有反相极性。当V in > V th时,输出将驱动至负电源(GND)或逻辑低电平。但是,当V in <V th时,输出驱动到正电源或逻辑高电平。

尽管此方法很简单,但是我们可以使用它来确定实际信号(例如温度)是否高于预定值。但是,就像科学,电子学和物理学领域的大多数事物一样,这种方法也有不利的副作用。该方法屈服的主要问题之一是噪声。即使输入信号上出现微小量的噪声,也可能触发输入在其阈值上下变化,从而导致输出不稳定。

迟滞比较器

如您所料,您可以想象,没有滞后的比较器可能会非常不稳定,如果在其输入端出现噪声,情况就会更加不稳定。当输入信号接近阈值(Vth)时,它会在其阈值上下转换多次。这也会导致输出转换很多次。容易理解这些不稳定的转换如何会导致功能性问题。

以临界温度读数的输入信号为例,而输出则是重要的监视器,我们用微控制器来解释。由于不稳定的输出未向微控制器提供一致或准确的消息,因此该系统无疑将遭受严重故障。

但是,稍加改变比较器电路,就可以增加磁滞。磁滞将利用两个不同的阈值电压(Vth)来防止电路中引入多个过渡。使用迟滞时,输入信号必须超过VH(上限阈值)以转换为低电平,或者低于VL(下限阈值)以转换为高电平。

注意:通常,使用磁滞时,噪声不是一个因素,除非它超出了磁滞范围。在这种情况下,它将生成其他过渡。因此,磁滞范围必须足够宽,以抑制应用中的噪声。

比较器的使用范围涉及温度传感器,电机控制和各种警报系统应用。在这些应用程序的每一个中,比较器都提供关键功能。但是,如果没有滞后现象,稳定的功能将是不可能的,这肯定了此功能的重要性,并提供了正反馈方法。

 

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