電路設計比較器的使用及其對功能的影響

2020-10-11

在電子領(lǐng)域，我們利用執行類(lèi)似比較動(dòng)作的電子設備，將它們稱(chēng)為比較器。它們的功能對于使用它們的應用程序的整體功能同樣重要。

電路設計比較器是用于將可測量的特性或事物與參考或標準進(jìn)行比較的設備。換句話(huà)說(shuō)，它是用于比較兩個(gè)電信號的電子電路。我們使用比較器來(lái)檢查或分析兩個(gè)電流或電壓。比較器在其兩個(gè)輸入端比較這些電壓或電流。

從功能上講，這意味著(zhù)需要兩個(gè)輸入電壓，將它們進(jìn)行比較，然后提供差分輸出電壓，低電平或高電平信號。在更廣泛的范圍內，我們可以使用比較器來(lái)感測任意變化的輸入信號何時(shí)達到定義的閾值水平或參考水平。

關(guān)于比較器設計，可以使用各種組件，例如運算放大器，二極管和晶體管。您經(jīng)?？梢哉业津寗?dòng)邏輯電路的電子應用中使用的比較器。比較器的分類(lèi)或類(lèi)型包括機械，電氣，氣動(dòng)，光學(xué)，電子，sigma和數字。通常，比較器的設計沒(méi)有反饋以提供開(kāi)環(huán)配置。

磁滯現象

磁滯現象是一種物理特性的值滯后于引起其的效應變化的現象，例如當磁感應滯后于磁化力時(shí)。您也可以將其定義為物理科學(xué)中的概念。從概念上講，系統的輸出不僅取決于其輸入，還取決于其過(guò)去輸入的歷史。這個(gè)概念是合乎邏輯的，因為歷史會(huì )影響內部狀態(tài)的價(jià)值。此外，在鐵電材料和鐵磁材料中會(huì )發(fā)生磁滯現象。

鐵磁性材料被永久磁化就是一個(gè)例子。發(fā)生這種情況時(shí)，即使在消除磁化場(chǎng)之后，材料仍保持磁化。當然，這意味著(zhù)鐵磁材料將不會(huì )恢復為零磁化強度。您只能在足夠的熱量或相反方向的磁場(chǎng)下將鐵磁材料強制變回零。

在這些條件下，施加交變磁場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生所謂的磁滯回線(xiàn)（磁滯）。磁滯現象也是為HDD提供存儲元素的效果。更重要的是，磁滯的可預測性使其成為理想的穩定機制。

比較器無(wú)滯后

我們利用比較器來(lái)比較或區分兩個(gè)不同的信號電平。例如，比較器可以區分高溫和正常溫度條件。而且，比較閾值處的信號或噪聲變化會(huì )產(chǎn)生多個(gè)躍遷。因此，磁滯設定了一個(gè)下限和一個(gè)上限，以消除由噪聲產(chǎn)生的大量偏移或過(guò)渡。

不利用磁滯的比較器將使用分壓器來(lái)設置電壓閾值。在這種情況下，比較器將輸入信號（V in）與閾值電壓（V th）進(jìn)行比較。然后，我們將比較器的輸入信號施加到反相輸入，以便輸出具有反相極性。當V in > V th時(shí)，輸出將驅動(dòng)至負電源（GND）或邏輯低電平。但是，當V in <V th時(shí)，輸出驅動(dòng)到正電源或邏輯高電平。

盡管此方法很簡(jiǎn)單，但是我們可以使用它來(lái)確定實(shí)際信號（例如溫度）是否高于預定值。但是，就像科學(xué)，電子學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域的大多數事物一樣，這種方法也有不利的副作用。該方法屈服的主要問(wèn)題之一是噪聲。即使輸入信號上出現微小量的噪聲，也可能觸發(fā)輸入在其閾值上下變化，從而導致輸出不穩定。

遲滯比較器

如您所料，您可以想象，沒(méi)有滯后的比較器可能會(huì )非常不穩定，如果在其輸入端出現噪聲，情況就會(huì )更加不穩定。當輸入信號接近閾值（Vth）時(shí)，它會(huì )在其閾值上下轉換多次。這也會(huì )導致輸出轉換很多次。容易理解這些不穩定的轉換如何會(huì )導致功能性問(wèn)題。

以臨界溫度讀數的輸入信號為例，而輸出則是重要的監視器，我們用微控制器來(lái)解釋。由于不穩定的輸出未向微控制器提供一致或準確的消息，因此該系統無(wú)疑將遭受?chē)乐毓收稀?span lang="EN-US">

但是，稍加改變比較器電路，就可以增加磁滯。磁滯將利用兩個(gè)不同的閾值電壓（Vth）來(lái)防止電路中引入多個(gè)過(guò)渡。使用遲滯時(shí)，輸入信號必須超過(guò)VH（上限閾值）以轉換為低電平，或者低于VL（下限閾值）以轉換為高電平。

注意：通常，使用磁滯時(shí)，噪聲不是一個(gè)因素，除非它超出了磁滯范圍。在這種情況下，它將生成其他過(guò)渡。因此，磁滯范圍必須足夠寬，以抑制應用中的噪聲。

比較器的使用范圍涉及溫度傳感器，電機控制和各種警報系統應用。在這些應用程序的每一個(gè)中，比較器都提供關(guān)鍵功能。但是，如果沒(méi)有滯后現象，穩定的功能將是不可能的，這肯定了此功能的重要性，并提供了正反饋方法。