Vergleich zweier variabler Spannungen mit Hysterese

Am einfachsten ist es, zuerst die Differenz zu verstärken, dann ist der Ausgang massebezogen und die bekannte Hystereseschaltung funktioniert einfach. Ground ist hier eine „konstante Referenz“.

So was:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Etwas kniffliger könnte man einen Serienwiderstand und eine schaltbare hochohmige Stromquelle (LM13700 kann diese Funktion erfüllen) verwenden, um (in Form von Strom mal Widerstand) einen Serienspannungsoffset auf den (+) Komparatoreingang zu legen, Polarität bestimmt durch die Komparatorausgabe; Das würde das Eingangssignal jedoch leicht verändern.

Alle Entwürfe, die ich zum Hinzufügen von Hysterese zu einem Komparator (Schmitt-Trigger) gesehen habe, gehen davon aus, dass einer der beiden Eingänge des Komparators auf eine feste Referenzspannung eingestellt ist

Ganz allgemein wird der Hystereseeffekt durch Hinzufügen einer programmierbaren Spannungsquelle in Reihe mit einem der Eingänge erzielt. Die Polarität der Spannung wird durch die Polarität des Ausgangs gesteuert. Die resultierende Rückkopplung muss positiv sein, sonst schwingt der Komparator.

Die typische Implementierung verwendet eine programmierbare Stromquelle , um einen Strom in einen Widerstand in Reihe mit einem der Eingänge zu treiben. Das ist der Widerstand R1 in den schematischen Diagrammen unten.

Darüber hinaus verwendet die typische Implementierung einen mit dem Ausgang verbundenen Widerstand als Quelle des Hysteresestroms.

Wenn bei einem solchen typischen Design der positive Eingang nicht genau in der Mitte zwischen den Ausgangsspannungspegeln liegt, ist die Hysterese asymmetrisch um IN+ . Dies ist problematisch, wenn die Referenzspannung nicht frei eingestellt werden kann, um die Asymmetrie zu beseitigen, z. B. wenn es sich um eine externe Spannung oder einen Sensorausgang handelt.

Wenn der Ausgangsspannungshub des Komparators im Vergleich zum Bereich des variablen Signals am positiven Anschluss groß ist, kann ein Widerstand durchaus eine akzeptable Annäherung an eine feste Stromquelle sein.

Wenn nicht, dann wird eine feste Stromquelle die Arbeit erledigen. Lassen Sie uns zunächst sehen, welche Ströme in einem herkömmlichen Komparator mit Hysterese durch R2 in R1 getrieben werden:

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$$I_{H+} = {V_+ - V_{IN-} \over R_2} \\ I_{H-} = {V_- - V_{IN-} \over R_2}$$

Wenn die Versorgungsspannungen$V_+$Und$V_-$sind ungefähr symmetrisch$V_{IN-}$, dann sind die Hystereseströme gleich groß. Andernfalls muss R2, um in beide Richtungen gleiche Hystereseschwellenwerte zu erhalten, in zwei Widerstände mit unterschiedlichen Werten aufgeteilt werden, die mit Dioden ausgewählt werden: eine für jede Ausgangspolarität, so dass der Strom, der vom Ausgang durch den Widerstand in R1 fließt, gleich ist entweder Ausgangspolarität.

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Wenn$V_{IN-}$ausreichend große Reichweite hat, muss R2 durch eine Stromquelle ersetzt werden. Die Polarität der Stromquelle wird durch die Ausgangspolarität ausgewählt, und die Hysterese-"Klammern" sind symmetrisch um die Differenzspannung$V_{IN+} - V_{IN-}$.

Eine einfache Quelle wäre eine Kaskodenstufe:

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Der Ausgang des Komparators steuert eine Diodenabfallspannung von +/- 1 über R2.

Anstatt eine feste Spannung über R2 zu treiben, könnten wir eine Stromquelle direkt in den positiven Eingang schalten:

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I2 könnte ein LM334 oder eine Feststromdiode sein. Es kann jede andere geeignete Stromquelle sein, solange sie schnell genug ist, um den Komparator nicht zu destabilisieren. D1-D4 sollten HF-Schottky-Dioden mit niedriger Kapazität und niedrigem Strom wie 1N5711 sein.

Es ist natürlich möglich, eine andere Konstruktion für die programmierbare Spannungsquelle in Reihe mit dem Eingang zu verwenden. Sie könnten beispielsweise einen Instrumentenverstärker verwenden:

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Sobald Sie einen Instrumentenverstärker involviert haben, können Sie ihn natürlich auch direkt verwenden, wie Whit3rd in seiner Antwort vorgeschlagen hat .

Aber wir brauchen keinen ausgewachsenen Differenzverstärker. Wir müssen nur die in R2 eingespeiste Spannung um IN+ symmetrisch machen. Ein Paar summierender, invertierender Operationsverstärker erledigt die Arbeit:

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