電(diàn)路设计比较器的使用(yòng)及其对功能(néng)的影响

2020-10-11

在電(diàn)子领域，我们利用(yòng)执行类似比较动作的電(diàn)子设备，将它们称為(wèi)比较器。它们的功能(néng)对于使用(yòng)它们的应用(yòng)程序的整體(tǐ)功能(néng)同样重要。

電(diàn)路设计比较器是用(yòng)于将可(kě)测量的特性或事物(wù)与参考或标准进行比较的设备。换句话说，它是用(yòng)于比较两个電(diàn)信号的電(diàn)子電(diàn)路。我们使用(yòng)比较器来检查或分(fēn)析两个電(diàn)流或電(diàn)压。比较器在其两个输入端比较这些電(diàn)压或電(diàn)流。

从功能(néng)上讲，这意味着需要两个输入電(diàn)压，将它们进行比较，然后提供差分(fēn)输出電(diàn)压，低電(diàn)平或高電(diàn)平信号。在更广泛的范围内，我们可(kě)以使用(yòng)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(kě)以使用(yòng)各种组件，例如运算放大器，二极管和晶體(tǐ)管。您经常可(kě)以找到驱动逻辑電(diàn)路的電(diàn)子应用(yòng)中使用(yòng)的比较器。比较器的分(fēn)类或类型包括机械，電(diàn)气，气动，光學(xué)，電(diàn)子，sigma和数字。通常，比较器的设计没有(yǒu)反馈以提供开环配置。

磁滞现象

磁滞现象是一种物(wù)理(lǐ)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(kě)以将其定义為(wèi)物(wù)理(lǐ)科(kē)學(xué)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，因為(wèi)历史会影响内部状态的价值。此外，在铁電(diàn)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為(wèi)零磁化强度。您只能(néng)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線(xiàn)（磁滞）。磁滞现象也是為(wèi)HDD提供存储元素的效果。更重要的是，磁滞的可(kě)预测性使其成為(wèi)理(lǐ)想的稳定机制。

比较器无滞后

我们利用(yòng)比较器来比较或區(qū)分(fēn)两个不同的信号電(diàn)平。例如，比较器可(kě)以區(qū)分(fēn)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(duō)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(yòng)磁滞的比较器将使用(yòng)分(fēn)压器来设置電(diàn)压阈值。在这种情况下，比较器将输入信号（V in）与阈值電(diàn)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(yǒu)反相极性。当V in > V th时，输出将驱动至负電(diàn)源（GND）或逻辑低電(diàn)平。但是，当V in <V th时，输出驱动到正電(diàn)源或逻辑高電(diàn)平。

尽管此方法很(hěn)简单，但是我们可(kě)以使用(yòng)它来确定实际信号（例如温度）是否高于预定值。但是，就像科(kē)學(xué)，電(diàn)子學(xué)和物(wù)理(lǐ)學(xué)领域的大多(duō)数事物(wù)一样，这种方法也有(yǒu)不利的副作用(yòng)。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(xiǎo)量的噪声，也可(kě)能(néng)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(kě)以想象，没有(yǒu)滞后的比较器可(kě)能(néng)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(duō)次。这也会导致输出转换很(hěn)多(duō)次。容易理(lǐ)解这些不稳定的转换如何会导致功能(néng)性问题。

以临界温度读数的输入信号為(wèi)例，而输出则是重要的监视器，我们用(yòng)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，稍加改变比较器電(diàn)路，就可(kě)以增加磁滞。磁滞将利用(yòng)两个不同的阈值電(diàn)压（Vth）来防止電(diàn)路中引入多(duō)个过渡。使用(yòng)迟滞时，输入信号必须超过VH（上限阈值）以转换為(wèi)低電(diàn)平，或者低于VL（下限阈值）以转换為(wèi)高電(diàn)平。

注意：通常，使用(yòng)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(tā)过渡。因此，磁滞范围必须足够宽，以抑制应用(yòng)中的噪声。

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