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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)比較器的使用及其對(duì)功能的影響
在電子領(lǐng)域，我們利用執(zhí)行類(lèi)似比較動(dòng)作的電子設(shè)備，將它們稱為比較器。它們的功能對(duì)于使用它們的應(yīng)用程序的整體功能同樣重要。
電路設(shè)計(jì)比較器是用于將可測(cè)量的特性或事物與參考或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較的設(shè)備。換句話說(shuō)，它是用于比較兩個(gè)電信號(hào)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(hào)。在更廣泛的范圍內(nèi)，我們可以使用比較器來(lái)感測(cè)任意變化的輸入信號(hào)何時(shí)達(dá)到定義的閾值水平或參考水平。
關(guān)于比較器設(shè)計(jì)，可以使用各種組件，例如運(yùn)算放大器，二極管和晶體管。您經(jīng)常可以找到驅(qū)動(dòng)邏輯電路的電子應(yīng)用中使用的比較器。比較器的分類(lèi)或類(lèi)型包括機(jī)械，電氣，氣動(dòng)，光學(xué)，電子，sigma和數(shù)字。通常，比較器的設(shè)計(jì)沒(méi)有反饋以提供開(kāi)環(huán)配置。
磁滯現(xiàn)象
磁滯現(xiàn)象是一種物理特性的值滯后于引起其的效應(yīng)變化的現(xiàn)象，例如當(dāng)磁感應(yīng)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(tǒng)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?yàn)闅v史會(huì)影響內(nèi)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(xiàn)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(dāng)然，這意味著鐵磁材料將不會(huì)恢復(fù)為零磁化強(qiáng)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(qiáng)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（磁滯）。磁滯現(xiàn)象也是為HDD提供存儲(chǔ)元素的效果。更重要的是，磁滯的可預(yù)測(cè)性使其成為理想的穩(wěn)定機(jī)制。
比較器無(wú)滯后
我們利用比較器來(lái)比較或區(qū)分兩個(gè)不同的信號(hào)電平。例如，比較器可以區(qū)分高溫和正常溫度條件。而且，比較閾值處的信號(hào)或噪聲變化會(huì)產(chǎn)生多個(gè)躍遷。因此，磁滯設(shè)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(shè)置電壓閾值。在這種情況下，比較器將輸入信號(hào)（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(hào)施加到反相輸入，以便輸出具有反相極性。當(dāng)V in > V th時(shí)，輸出將驅(qū)動(dòng)至負(fù)電源（GND）或邏輯低電平。但是，當(dāng)V in <V th時(shí)，輸出驅(qū)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(hào)（例如溫度）是否高于預(yù)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(shù)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(hào)上出現(xiàn)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(dǎo)致輸出不穩(wěn)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(wěn)定，如果在其輸入端出現(xiàn)噪聲，情況就會(huì)更加不穩(wěn)定。當(dāng)輸入信號(hào)接近閾值（Vth）時(shí)，它會(huì)在其閾值上下轉(zhuǎn)換多次。這也會(huì)導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)換很多次。容易理解這些不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換如何會(huì)導(dǎo)致功能性問(wèn)題。
以臨界溫度讀數(shù)的輸入信號(hào)為例，而輸出則是重要的監(jiān)視器，我們用微控制器來(lái)解釋。由于不穩(wěn)定的輸出未向微控制器提供一致或準(zhǔn)確的消息，因此該系統(tǒng)無(wú)疑將遭受?chē)?yán)重故障。
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(hào)必須超過(guò)VH（上限閾值）以轉(zhuǎn)換為低電平，或者低于VL（下限閾值）以轉(zhuǎn)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?qū)挘砸种茟?yīng)用中的噪聲。
比較器的使用范圍涉及溫度傳感器，電機(jī)控制和各種警報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用。在這些應(yīng)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(xiàn)象，穩(wěn)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。