聊聊运算放大器---施密特触发器与迟滞比较器

本文详细介绍了施密特触发器与迟滞比较器的异同,包括它们的工作原理、应用场景和电路实现。施密特触发器具有固定的门限电压,适用于简单的信号整形,而迟滞比较器则通过运算放大器搭建,门限电压可调,更加灵活。迟滞比较器的门限电压计算和电路设计进行了探讨,同时提供了输入信号正向和反向连接时的工作状态。文章还分享了一个在线迟滞比较器参数计算网站,方便设计者使用。

   很多人把施密特触发器与迟滞比较器混为一谈,以为是一样的东西,其实不然,虽然二者都是带有2个门限的正反馈比较器,还是有具体区别的:

    1.施密特触发器可以买到专用的芯片,如74HC14;其门限电压UT+,UT-是固定值,注意均为正电压:

    

    2.迟滞触发器又叫滞回触发器,没有专用的芯片,需要用运算放大器或单个门限的电压比较器进行搭建,且门限电压UT+,UT-是可以随意设置的:

        对于施密特触发器,看看对应IC的技术手册就可以了,由于其门限电压固定,应用起来没有迟滞触发器灵活,两者都可以用于信号整形、幅值提取,正弦波转方波等,典型的时序图如下:

   

### 迟滞比较器的作用 迟滞比较器在电子电路中的主要作用是通过引入迟滞效应,减少因噪声或其他干扰引起的输出不稳定现象。具体来说,在传统的单阈值比较器中,当输入信号接近阈值时,由于噪声的存在可能会导致输出频繁切换状态,从而引发误动作。而迟滞比较器通过设置两个不同的阈值(上限阈值 \(V_{TH}\) 下限阈值 \(V_{TL}\)),可以有效避免这种问题的发生[^1]。 一旦输入信号超过某个特定范围,则仅在其返回到另一个预设范围内才会改变输出状态。这样的特性使其非常适合于需要稳定开关行为的应用环境之中,比如波形整形、过零检测以及各种形式的传感器信号调理等场合[^2]。 ### 工作原理 迟滞比较器的核心在于利用正反馈机制实现双阈值功能。在一个典型的基于运算放大器构建的迟滞比较器中,部分输出电压会被反馈至其中一个输入端作为参考电平的一部分。对于同相输入型结构而言,随着输入逐步升高直至达到设定好的高门槛值\( V_{TH} \),此时输出会跳变;反之亦然,当下降至低门槛值\( V_{TL} \)之下时再次发生转换。这两个转折点之间的差额即构成了所谓的“迟滞宽度”,该参数由所选元件数值决定并可根据实际需求调整大小[^4]。 值得注意的是,尽管可以用通用运放搭建此类设备,但由于它们并非专为此目的优化设计而成故而在某些性能指标方面可能存在不足之处,例如相对较慢的速度表现或者缺乏内部固有的保护措施等问题都需要额外注意解决办法[^3]。 ```python import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np def hysteresis_comparator(input_signal, vth=3, vtl=-3): output = [] state = False # Initial low state for voltage in input_signal: if not state and voltage >= vth: state = True elif state and voltage <= vtl: state = False output.append(5 if state else 0) return np.array(output) input_signal = np.linspace(-5, 5, num=500) output_signal = hysteresis_comparator(input_signal) plt.figure(figsize=(10,6)) plt.plot(input_signal, output_signal, label='Output Signal') plt.axhline(y=5, color='r', linestyle='--', linewidth=0.8, label="High State (5V)") plt.axhline(y=0, color='b', linestyle='--', linewidth=0.8, label="Low State (0V)") plt.title('Hysteresis Comparator Output Response') plt.xlabel('Input Voltage (V)') plt.ylabel('Output Voltage (V)') plt.legend() plt.grid(True) plt.show() ``` 此代码片段展示了如何模拟一个简单的迟滞比较器的行为模式,并绘制相应的输入-输出关系曲线图以便更直观地理解其运作方式。
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