在模拟电路滞后:比较器和运算放大器电路

滞后的概念和一个花哨的名字和一个看似简单的意义。许多物理系统,包括大量的电子元器件,表现出滞后。从本质上讲,系统的状态取决于系统中事件发生之前的时间点。尽管这可能听起来像一个奇怪的现象,它是普遍的,在各种电子电路非常有用。您可以利用模拟电路的滞后甚至滞后构建到你的电路使用反馈和饱和度,提供大量的有用的功能。

什么是磁滞现象

滞后现象发生在铁磁材料磁化向一个方向;即使实施了磁化场,磁化铁磁材料不会放松回零。因为材料只能驱动的回零磁场相反的方向,缺乏retraceability称为磁滞。

当这种情况发生时,应用一个交变磁场将磁滞回线。因为铁磁材料有这种现象发生,可以预见的是,它可能是有用的作为一个预测或稳定机制。这是因为一些铁磁材料保留磁化。

一个例子:运算放大器和比较器

磁滞在模拟电路用于控制开关电路与饱和(即。晶体管),虽然在一些电路是不可取的。作为一个例子,滞后可以故意添加到比较器电路,因为它可用于设置的责任周期波形的输出。

如果这听起来很奇怪,那么你可以考虑两个基本和看似等价组件:比较器运算放大器。注意,一个运算放大器可以用作比较器,但并不是所有的比较器像放大器,因此这两个术语有时可以互换。磁滞在电路中起着重要的作用,理解这些电路为电路设计人员提供了一个基准理解使用更先进的磁滞回路。

如果我们比较两个常见的ICs (LM324和LM339)与这些组件,它变得更容易看到滞后扮演了一个角色在一些模拟电路和可用于控制所需的转换行为在这些电路。

运算放大器(LM324)和比较器(LM339)销图

虽然电路符号和销图相似,比较器的输出级是一个开放的收集器(发射极接地)。这意味着比较器的输出饱和优化,从而比较器是一个比特ADC。相比之下,运算放大器的输出级优化线性操作,作为反相或非反相元素。

作为输入模拟信号不断变化的输入电路、输出这种诱发交换行为。输出可以切换不同输入电压滞后现象的存在。这种差异被发现,当一个比较输出作为输入上升或下降。类似的行为可以看到当滞后与其他元素模拟电路,尤其是与饱和非线性电路。

滞后一个运算放大器

正如正反馈会产生滞回比较器,它同样的运算放大器。这形成一个施密特触发电路。注意,如果一个运算放大器驱动饱和的闭环电路(即。与滞后,由于反馈回路),然后输出也可以浸透并提供相同的功能作为一个比较器,尽管主要制造商将建议不这样做。这是由于放大器的恢复时间不是通常设计为一个特定值在常见的运算放大器,包括LM324。

在比较滞后

滞后是重要的生产稳定的交换行为比较器电路。这增加了磁滞包括之间的正反馈循环输出和输入之一,然后定义了开关的阈值作为输入信号上升和下降。噪音在比较器电路的输入信号可以产生多个转换随着输入信号的上升。故意添加迟滞比较器电路用于压制这意想不到的开关由于噪音。一个类似的应用程序,消除接触反弹机械开关,也会产生意想不到的切换。

比较器电路抑制意想不到的切换

这增加了滞后也可以用来定义责任周期输出的方波,这取决于确切的形状输入交流波形(即。,充电/放电电容器或正弦波形)。当输入上升,它迫使比较器开关在不同的比当输入电压下降。这是由于反馈回路发送一些电流从输出到输入,从而改变的大小信号的输入。

在模拟电路分析滞后

模拟电路的基本分析工具滞后是一个磁滞回线。磁滞回线,你可以想象一些输出特性(例如,电压和/或电流)变化随着输入信号的变化在一个预定的范围值。这种类型的图表可以很容易地由两个时序波形输入和输出信号。当输出画作为一个函数的输入,您应该看到一个回路,类似于什么人会观察施密特触发电路。

正如上面所讨论的,磁滞窗口的大小可以是一个函数的输入模拟信号的频率,当电容或者电感元素被添加到反馈循环。磁滞窗口的大小也可以影响当多个比较器/运算放大器电路级联网络。输入信号的振幅也会影响磁滞窗口的大小,特别是级联网络。你可以用一个分析网络的行为AC扫描仿真和小信号分析。

示例的输入和输出波形(左)和相应的滞后窗口(左)。注意,虚线显示几乎在每个图相应的位置。

每当你在模拟电路中加入磁滞,你需要一个强大的电路模拟器,帮助自动化一些重要的分析策划核心的磁化曲线,为例。磁化曲线告诉使用材料的磁特性如何回应外部磁力。

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