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技术专题
单片机开发运算放大器電(diàn)压比较器電(diàn)路
我们将讨论使用(yòng)运算放大器将一个信号的幅度与另一个信号的幅度或参考電(diàn)压进行比较的電(diàn)路。这些模拟比较器電(diàn)路可(kě)以产生与数字组件兼容的输出信号。
运算放大器是具有(yǒu)差分(fēn)输入级的高增益放大器。但是，大多(duō)数运算放大器電(diàn)路不具有(yǒu)高增益，并且不执行差分(fēn)放大。相反，我们使用(yòng)负反馈将高增益差分(fēn)放大器转换為(wèi)高性能(néng)且用(yòng)户友好的電(diàn)路，该電(diàn)路可(kě)放大各个接地参考信号。
基本比较器
電(diàn)压比较器是在原始高增益差分(fēn)输入配置中使用(yòng)该器件的唯一常见运算放大器应用(yòng)。電(diàn)压比较器的目的是产生一个输出信号，该信号对应于运算放大器输入端電(diàn)压之间的大于或小(xiǎo)于关系。
如果将比较器的输出视為(wèi)数字信号，则可(kě)以说当非反相输入端的電(diàn)压高于反相输入端的電(diàn)压时，比较器产生逻辑高電(diàn)平，而当非反相输入端的電(diàn)压高于反相输入端时，逻辑低電(diàn)平。 -反相输入電(diàn)压低于反相输入電(diàn)压。
比较器的工作是运算放大器极高增益的自然结果。如下图所示，将全增益（A OL）应用(yòng)于同相输入端電(diàn)压和反相输入端電(diàn)压之间的差。
因此，即使很(hěn)小(xiǎo)的正V DIFF也会导致运算放大器的输出在正電(diàn)源電(diàn)压或附近达到饱和，甚至很(hěn)小(xiǎo)的负V DIFF也会使输出饱和在负電(diàn)源電(diàn)压或附近。如果负電(diàn)源连接到接地，比较器产生逻辑低（≈0V）和逻辑高之间变化的数字信号（≈V CC，这可(kě)能(néng)是3.3伏或5伏）。
尽管可(kě)以将运算放大器用(yòng)作比较器，但重要的是要了解典型的运算放大器并未针对此类功能(néng)进行优化-开环，轨到轨饱和与基于负反馈的信号放大有(yǒu)很(hěn)大不同。如果要提高比较器電(diàn)路的性能(néng)，可(kě)以使用(yòng)专门作為(wèi)比较器出售的放大器IC。
具有(yǒu)参考電(diàn)压的比较器
常见的比较器应用(yòng)程序正在产生输出信号，该信号指示输入信号是高于还是低于指定的阈值電(diàn)压。例如，当電(diàn)源電(diàn)压降至3 V以下时，您可(kě)能(néng)想手动停用(yòng)電(diàn)路板上的组件之一。
这些类型的比较器任務(wù)是通过生成参考電(diàn)压并将该電(diàn)压用(yòng)作比较器的输入之一来完成的。如果您需要非常精确的阈值，则可(kě)以使用(yòng)参考電(diàn)压IC，但是在许多(duō)情况下，電(diàn)阻分(fēn)压器就足够了
在此示例中，電(diàn)阻器用(yòng)于创建等于V CC / 2的参考電(diàn)压。
磁滞比较器
到目前為(wèi)止讨论的开环比较器拓扑有(yǒu)一个严重的局限性：当V DIFF接近0 V时，噪声将导致运算放大器产生虚假的输出转换。
当比较器只有(yǒu)一个阈值时，噪声（由绿色迹線(xiàn)中的低幅度波动表示）会导致杂散的输出转换（如红色迹線(xiàn)所示）。
例如，假设每次周期性的传感器信号超过阈值電(diàn)压时，微控制器都需要执行一段代码。我们将使用(yòng)一个比较器来生成一个信号，该信号启动该代码块的执行。
但是，当传感器信号接近阈值时，小(xiǎo)幅度的高频变化会导致信号快速移动到阈值之上和之下。这导致VDIFF在负值和正值之间变化，进而导致多(duō)个输出转换。这些过渡是不理(lǐ)想的，因為(wèi)它们表示噪声行為(wèi)，而不是“真实”输入信号的行為(wèi)。
通过将滞后现象纳入比较器電(diàn)路，可(kě)以解决杂散输出过渡问题。术语“磁滞”是指对负到正转换和正到负转换使用(yòng)不同阈值的技术。这将产生一个滞后带，其在V DIFF =
0 V之上和之下延伸。
如下图所示，我们可(kě)以通过合并正反馈来创建不同的负到正阈值和正到负阈值。
该图说明了一种将滞后现象引入比较器電(diàn)路的方法。