模拟电路中的迟滞:比较器和运算放大器电路

2019年9月13日

五极管放大器

迟滞是一个有着花哨名字和看似简单含义的概念。许多物理系统，包括许多电子元件，都有迟滞现象。从本质上说，系统的状态取决于系统在以前所有时间点上发生的事件。虽然这可能听起来像一个奇怪的现象，但它在各种电子电路中是常见的和非常有用的。你可以利用模拟电路中的迟滞，甚至在你的电路中使用反馈和饱和建立迟滞，提供大量有用的功能。

什么是滞回现象

铁磁材料单向磁化时，会产生磁滞现象;即使去除施加的磁场，铁磁材料也不会弛豫到零磁化。因为材料只能在相反方向的磁场中被驱动回零，所以缺乏可追溯性，即滞后。

当这种情况发生时，施加交变磁场将产生磁滞回线。由于铁磁性材料具有可预测的这种现象，它可以作为一种预测或稳定机制。这是因为一些铁磁性材料保持磁化。

一个例子:运算放大器与比较器

模拟电路中的迟滞对控制饱和电路(如晶体管)的开关很有用，尽管在某些电路中它是不需要的。例如，迟滞可以被有意地添加到比较器电路中，因为它可以用来设置输出波形的占空比。

如果这听起来很奇怪，那么您可以考虑两个基本的(看起来等效的)组件:比较器和运算放大器．注意运算放大器可以用作比较器，但并不是所有的比较器都像放大器一样工作，因此这两个术语有时可以互换使用。迟滞在这两种电路中都扮演着重要的角色，理解这些电路为电路设计者在更先进的电路中理解迟滞的使用提供了一个基线。

如果我们将两种常用的集成电路与这些组件(LM324和LM339)进行比较，就更容易看到迟滞是如何在一些模拟电路中发挥作用的，并且可以用来控制这些电路中所需的开关行为。

LM324和LM339引脚图

运算放大器(LM324)和比较器(LM339)引脚图

虽然电路符号和引脚图相似，来自比较器的输出级是一个开路集电极(接地发射极)。这意味着比较器的输出是针对饱和进行优化的，因此比较器实际上是一个1位ADC。相比之下，运算放大器的输出级优化为线性操作，无论是作为具有增益的逆变或非逆变元件。

当输入模拟信号在任意一个电路的输入端连续变化时，这就诱发了输出端的开关行为。在存在迟滞的情况下，输出可以在不同的输入电压下切换。当人们比较输入上升或下降时的输出时，就可以看到这种差异。在具有其他元件的模拟电路中，特别是在饱和的非线性电路中，当存在迟滞时，可以看到类似的行为。

运算放大器的迟滞现象

正如正反馈在比较器中产生迟滞一样，它在运算放大器中也有同样的作用。这就形成了一个施密特触发电路。请注意，如果运放作为闭环电路被驱动到饱和(即，由于反馈回路的滞后)，那么输出也可以饱和并提供与比较器相同的功能，尽管主要制造商会建议不要这样做。这是因为在包括LM324在内的普通运算放大器中，放大器的恢复时间通常没有设计到一个特定的值。

比较器中的迟滞现象

迟滞对比较电路中产生稳定的开关行为很重要。这个迟滞是通过在输出和其中一个输入之间包含一个正反馈环来添加的，然后定义当输入信号上升和下降时切换的阈值。当输入信号上升时，比较器电路中输入信号上的噪声会产生多个跃迁。有意地在比较器电路中增加迟滞对于抑制由于噪声引起的非预期开关是有用的。一个类似的应用是消除机械开关中的触点反弹，它也会产生意外的开关。

在模拟电路中用滞后抑制非预期开关