【技术】迟滞比较器电路设计思路解析

时间： 2021-08-25 来源：思瑞浦

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比较器是电路设计中经常会用到的器件，其可以简单的理解为将一个模拟信号与一个基准电压信号相比较的电路。常用的单限比较器电路，其灵敏度很高，但抗干扰性能较差，若输入信号在门限附近有轻微的抖动，都会造成输出电平的频繁跳变。如图1所示：

图 1 无滞回比较器输入抖动引起输出的频繁跳变

这是由于比较器是一种工作在开环状态下的运放，所以在输入端的一点抖动都会造成该问题。

绝大多数比较器中都设计有滞回电路，通常滞回电压为5mv~10mV；这个内部的滞回可以避免由于输入端的抖动所造成的比较器输出振荡。但如果信号抖动较大，内部滞回将无法起作用，需要外部增加迟滞电路来减缓抖动引起的输出跳变。滞回不是一个阀值点，而是创建不同的上升和下降阀值。这使得输出始终保持在低或高的状态。

图 2a. 迟滞比较器典型电路;b 传输特性图

图2是迟滞比较器电路，可理解为加正反馈的比较器。从传输特性图中可以看出，当输出状态发生变化后，只要抖动电压值不超过△U，则输出电压是稳定的；但相对的会牺牲灵敏度，即无法分辨出小于△U输入变化的电压值。由于反馈的作用这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高。下面将介绍几种迟滞比较器的电路。

一、用运算放大器组成迟滞比较器信号从运放负输入端输入

如下图我们利用通用运算放大器LM358组成了一个迟滞比较器电路，并采用了稳压管作为参考点；500Ω的电阻是稳压管的限流电阻。

图 3 迟滞比较器电路 a（信号从运放负输入端输入）

根据电压叠加定理：

公式 1

门限为：

公式2

门限宽度为：

公式3

其中 Voh 为 VCC 的电位；Vol 为 GND 的电位。
需要注意的是由于运放 LM358 是非轨到轨输出的，所以在计算门限电压时需要考虑输出无法到轨的情况，计算时上限的门限计算需要修改为：

公式 4

思瑞浦LM358A能够做到轨道轨输出，计算时可以不用考虑非轨到轨的影响。

此外还需要注意稳压二极管的个体差异引起的Vref误差；可以采用电阻分压加一级电压跟随电路组成一个参考电压。

信号从运放正输入端输入

图 4 迟滞比较器电路 b（信号从运放正输入端输入）

若信号从运放正输入端输入，则：

公式 5

从而得出

公式 6

需要注意两种方式的输出传输特性曲线，选用哪种方式需要根据实际输出申平的需求来定。

图 5 迟滞比较器电路 a 的输出传输特性曲线

图 6 迟滞比较器电路 b 的输出传输特性曲线

二、采用通用比较器组成迟滞比较器

图 7 采用通用比较器组成迟滞比较器

如图7所示，采用通用比较器LM393，该比较器输出为0C或0D结构的，所以在输出端会加入一个100k左右的上拉电阻，而这个电阻的增加会导致门限电压会产生一定的变化，计算时需要注意：

公式 7

其中 Vol 为 GND 电位；故

公式 8

可以看出比较器的输出端上拉电阻与上拉的电压值会对于门限产生影响，在计算时会增加复杂性；若采用Push-Pu11输出方式的比较器，可以省掉输出上拉电阻；思瑞浦TP201x/TP194x/TP196x/TP198x都是属于Push-Pu11输出方式的比较器，它们的差别主要在于传输延时指标以及功耗的不同。

三、反馈中增加二极管可简化计算公式

在正反馈电路中增加二极管，利用二极管的单向导电性，门限电压的计算公式可以简化为如下公式，

公式 9

Vol 为 0，因此没有电流流过 D1，故 U1=Vref.

其中 Voh 为 VCC 电位；Vol 为 GND 电位。

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型号- TPC112S8,TPM815202,TPM815201,TPP363070Q,TPM815203,TPW3125,TPP206080,TPP206081,TPA5582Q,LMV321TP,TPA1285,TPT1051HV,TPV8368Q,TPC112S1,TPT7730F,TPT7742F,TPA1286,TPA5522,TPC112S8U,TPA5521,TPC112S4,TPL910A,TPP363071Q,TPC6240,LM324A,TPW3111,TPW3115,TPH2865Q,TPL6305-S,TPA5571Q,TPL51201-S,TPV6823,TPA6551N,TPA5512,TPT7731F,TPA5511,TPW3221,TPW3223,TP8485E,TPA183,TPM1525,TPC51701,TPT7740F,TPCMP251,TPCMP252,TPT1057VQ,TPL9308-S,TPS42Q20Q,TPW4425,TPQ80302,TPA5581N,TPA1295,TPA191,TPC5120,TPC5121,TPT7741F,LM2903D,TPT7710F,TPT1462VQ,TPT7722F,TPW3188Q,TPC2192,TPC2190,LM339A,LM2903A,TPM81520,TPL8651Q,TPM23513,TPC114S1,TPA5601,TP1562AL1-S,TPL9305-S,TPH2861Q,LM2904A,TPS42S40Q,TPM2025Q,TPS14P50,TPA2681,TPA2682,TPT3232E,TPL51200,TPM8837C,TPL51206,TPL910Q,TPM0596,TPM27524Q,TPP364092Q,TPC2160,TPC2161,TPA5621,TPM8837E,LMV324TP,TPT7720F,TPP2020,TPT7721F,TPL9053-S,TPM6501Q,TPM2015Q,TPL8033,TPL9208-S,TPL8652Q,LMV358TP,TPL8151,TPL8031,TPL51200-S,TPL8032,TPW4051,TPW4053,TPW4052,TPW4054,TPT1042VQ,TPT1255,TPL9052,TPL9053,TPT1256,LMV324B,TPA2644,TPP362072Q,TPA2641,TPA2642,TPQ50551Q,TPW4157,TPT485E,TP1561AL1,TPM6505Q,TPT485N,TPB4056A,TPB4056B,TPA2671,TPA2674,TPA2672,TPL9032,TP6001,TPP302080,TPA1882Q,TPP302085,TPP302084,TP6004,TPP302083,TPP302082,TP6002,TPP302081,TPM44273,TPB76200,TPT72616,TPT72617,TP17,TPT1044VQ,LMV331X,TPT1330,TPA8001-S,TPT1337,LM2901A-S,TPA1882,TPT1334,TPA1881,TPR6040,TPCMP271,TPCMP272,TPM6505,TPM2025,TPM8803,TPM6501,TP1564AL1-S,TPP363072Q,TP2191,TPTMP75,TPQ50571Q,TPP362071Q,LMV321B,TP5594,TP5592,TP5591,LMV358X,TP27,TPT1029Q,TP1562AL1,TPM2003,LMV358B,TPM2001,TPP362070Q,TPS05P50,LM2903DQ,LM2902A-S,TPA8000,TPT1028Q,TPA8002,TPA8001,TPP366091Q,TPQ5055Q,TPM23513B,TPM27517,TPA8003-S,TPP366090Q,TPM27533,TPP362083,TPP362084,TP1564AL1,TPP362085,TPA1831,TPT481,TPQ5057Q,TPA1832,TPT480,TPV710Q,TPP362080,TPM23514D,TPR434-S,TPP362081,TPT482,TPP362082,TPM27523,TPM27524,TPM27525,TPA1834,TPM27526,TPT488,TPL8032Q,TPT487,TPT486,TP2272,TPL740,TP2271,TPA8023,TPP60506,TPP60508,TPA626,TPAFE0808,TP2274,TPP361082,TPT1462Q,TPP361083,LM393A,TPA1864,TPA1862,TPP361080,TPA620,TPP361081,TPL8035Q,TPV8318,TPT9H111,TPA1861,TPT7730,TPT7731,LM2903A-S,TPL730,TPR70,TP5554,TPC2161M,TP5552,TP5551,TPR433-S,TPA7836B,TPV8308,TPL8034Q,TPT9H221,TPT7740,TPA8003,TPT7741,TPT7742,TPM215202,TPM215201,TP1282,TP1281,TPL720,TPL6305,TPP361064,TPM27201,TPP361065,TP1284,TPP361060,TPT1145Q,TPT1024Q,TPP361061,TPP361062,TPP361063,TPM215203,TPT7710,TPR6040-S,TP2261,TPL710,TPP00032,TPP00031,TP5534,TP1561AL1-S,TP5532,TP2262,TP5531,TPL8151-S,TPR433Q-S,TP2264,TPT7722,TPR50,TPT7720,LM2904A-S,TPT7721,TPM23514S,TPA8101,TPM5350MQ,TPP60308,TPL910A-S,TPL820,TP2112,TPK1032,TPM27224,TPM23514M,TPK1031,TPH2502,TPR434Q-S,TPH2501,TP2111,TPH2504,TPH2503,TPT1022Q,TPM27221,TPH2861,TPP05608,TPR33-S,TPM27217,TPL8031Q,TPM23514V,TPM21520Q,TPW4066,TPA6270,TPL810,TPA6271,TPL930,TP2124,TPT1057Q,TPM8860,TP2122,TPT1021Q,TP2121,TPT1042,TPR31,TPT1043,TPR33,TPA1811,TPT1051VQ,TPA1812,TPM8866,TPL8151Q,TPR35,TPA6581,TPA6582,TPC116S4,TPV708,TPV706,TPL920,TPA2031Q,TPC116S8,TPAFE51736S8,TPW1221,TP1242,TP1241,TPT1044Q,TPT4089,TPT71050,TPQ051007,TPP364090Q,TPC116S1,TPC502200,TPT7481,TPT7482,TPL9052-S,TPL910,TP2582,TP2581,TP2584,TPT1043Q,TPM5350BS,TPT1042V,TPM5350S,TPP364091Q,TPV821,TPT7487,TPT7488,TPM5350M,TP2262-S,TPM5350BM,LM2901A,TPV809,TPCMP761,TPCMP762,TPCMP764,TPV803,TPT1042Q,TPT4181,TPL9218-S,TPB7461,TPB7462,TPB7460,TPV811,TPV812,TPV810,TPQ05100,LM2902A,LMV393X,TPT71044,TPW3157A,TPA6584,TPM27282,TPAFE5162,TPC5180,TPAFE5161,TPAFE5160,TPT10283Q,TPAFE51760,TPP363080,TPP363081,TPT75176B,TPP363082,TPP363083,LM331A,TPT75176H,TPA2296,TPR431,TPA6534,TPR432,TPA5561,TPA5562,TPT75176A,TPA6531,TPA6532,TPT1051H,TPT1051Q,TPT9L484,TPT1145NQ,TPA6531N,TPAFEA008,TPC5121Q,TPC5160,TPC5161,TPT10285Q,TPM16050,LM321A,TPA5572Q,TP07A,TPA2295C,TPL8032-S,TPA6551,TPA6552,TPA6554,TPL5031,TPA5581,TPA5582,TPQ051004,LM358A,TPQ051003,TPQ051006,TPP366092Q,TPQ051005,TPQ051002,TPM21520,TPT4032,TPA5561Q,TPT4031,TPR431-S,TPM2803,TPC5120Q,TPV8348

选型指南 - 思瑞浦 - REV.17 - 2024/4/19 PDF 中文下载

思瑞浦（3PEAK）运算放大器选型表

思瑞浦（3PEAK）高性能运算放大器，精密运算放大器：失调电压低至5uV，温漂低至0.008uV，支持双电源供电。低噪声运算放大器：噪声系数低至0.1μVpp/Hz，适用于低噪声系统应用。超低功耗运算放大器：功耗低至300nA，轨到轨输出，适用于电池供电产品。超低功耗比较器：功耗低至300nA。负载驱动电流25mA，适用于便携式设备。

Iq per channel (Max)(μA)

Offset Drift(Typ)(μV/°C)

Ib(typ)(pA)

Vn (Typ) (nV/rtHz)

Peak Noise at 0.1 to 10Hz(μVpp)

Operating Temperature Range(°C)

选型表 - 思瑞浦立即选型

TPA6551/TPA6552/TPA6554 5-V, 10-MHz GBWP, Low-Noise Op Amps

型号- TPA655X FAMILY,TPA6551U-S5TR,TPA655XN SERIES,TPA6551-SC5R,TPA6551N-S6TR,TPA6551U,TPA6551-S5TR,TPA6554-TS2R,TPA655X SERIES,TPA6552-SO1R,TPA6554-SO2R,TPA655X,TPA6551,TPA6551N,TPA6552,TPA6551U-SC5R,TPA6552-VS1R,TPA6554

数据手册 - 思瑞浦 - Rev.A.0 - 2023-03-28 PDF 英文下载查看更多版本

【经验】思瑞浦车规级高压精密运算放大器TPA1882Q-VR-S设计经验

思瑞浦国产车规级高压精密运算放大器TPA1882Q-VR-S，通过AEC-Q100认证，工温−40到125℃。工作电压范围4.5V至36V，低失调电压50μV、带宽12MHz、转换速率10V/μs，静态电流2mA。

设计经验发布时间 : 2022-12-06

TP2581/ TP2582/ TP2584 36V, 10MHz, 8V/μs Op Amps

型号- TP258X FAMILY,TP258X,TP2582,TP2581,TP2584,TP258X SERIES,TP2581-SR,TP2582-SR,TP2581-TR,TP2582-VR,TP2584-TR,TP2582-TSR,TP2584-SR

数据手册 - 思瑞浦 - Rev.A.3 - 2023/7/8 PDF 英文下载查看更多版本

TPA2671/TPA2672/TPA2674 36-V, 10-MHz, High PSRR, Op Amps

型号- TPA2671U-S5TR,TPA2672-TS1R,TPA2671U,TPA2672-SO1R,TPA267X SERIES,TPA2671-SC5R,TPA267X,TPA2671U-SC5R,TPA2671-S5TR,TPA2672-VS1R,TPA2671,TPA2674-SO2R,TPA2674,TPA2672,TPA2674-TS2R

数据手册 - 思瑞浦 - Rev.A.1 - 2024-1-3 PDF 英文下载查看更多版本

TP2411/TP2412/TP2414 Low Cost, Low Noise CMOS RRIO Op Amps

型号- TP241X,TP2411-TR,TP2412-SR,TP2412-TR,TP2414,TP2412-VR,TP2412,TP2411 SERIES,TP2414-TR,TP2411,TP2412-TSR,TP2414-SR

数据手册 - 思瑞浦 - Rev.B.7 - 2022/08/09 PDF 英文下载查看更多版本

【经验】解析运算放大器的Vos对实际电路的影响和调整方法

0PA的Vos（输入失调电压）主要是因OPA输入级的管子不能完全对称造成的，Vos通常是等效在0PA的同相输入端一个电压源，在实际应用中因0PA的Vos大小会带来不同的影响，思瑞浦将在本文列举几个例子来说明Vos对实际电路的影响和调整方法.

设计经验发布时间 : 2021-08-29

TP1561AL1/TP1562AL1/TP1564AL1-S 6-MHz, 600-μA, RRIO, Op Amps

型号- TP1561AL1-S5TR-S,TP1564AL1-S,TP1562AL1-SO1R-S,TP156XAL1 SERIES,TP1564AL1-SO2R-S,TP156XAL1 FAMILY,TP1561AL1,TP1562AL1,TP1562AL1-VS1R-S

数据手册 - 思瑞浦 - Rev.A.3 - 2023-09-15 PDF 英文下载

TP1961/TP1962/TP1964 7ns, 1/2/4, Ultra-High-Speed, +3V/+5V, Beyond-the-Rails Comparators

型号- TP196X FAMILY,TP1962-VR,TP1962-FR,TP1961N,TP196X,TP1962-SR,TP1962,TP1964,TP1961,TP1961-CR,TP1961-TR

数据手册 - 思瑞浦 - REV B.6 - 2022/4/29 PDF 英文下载查看更多版本

【选型】国产高速运算放大器TPH2501-CR用于电子烟，转换速率高达180V/μs

电子烟电路部分包括MCU、电源管理、锂电池、气压传感器、雾化器、运算放大器、功率放大管、显示模块等。其中运算放大器功能是将微弱的小信号放大为大信号给到MCU处理，本文给大家介绍一款国产的运放，它就是3PEAK的TPH2501-CR。

器件选型发布时间 : 2022-12-22

LM321A/ LM358A/ LM324A 36V General Purpose Op Amps

型号- LM321AW,LM358A-CSR,LM358A-F1R,LM324A,LM324A-TR,LM358A,LM324A-SR,LM321A SERIES,LM358A SERIES,LM321AW-S5TR,LM358A-SR,LM358A-TSR,LM358A-VR,LM324A SERIES,LM321A,LM321A-TR,LM324A-CSR

数据手册 - 思瑞浦 - Rev.A.6 - 2023/12/20 PDF 英文下载查看更多版本