運放正反饋電路講解

Word運放正反饋電路講解在上一節(jié)中，我們學習了運放的基礎知識、運放（比較器）電路，知道了該電路是一個無反饋（開環(huán)）運放電路。今天我們來繼續(xù)學習運放。

問題

下面是一個輸入（信號）接在反相輸入引腳，參考電壓為1伏的運放比較器電路：

下面是上面電路的波形圖：

可以看到，當輸入信號大于1伏時，輸出為低電平；當輸入信號小于1伏時，輸出為高電平。

我們給信號加點干擾，看看會怎么樣：

可以看到，隨著輸入信號噪音的逐漸增加，輸出信號最終出現了雜波：

我們如何解決上面的問題，以實現即使輸入信號有一定的干擾，也不會導致輸出出現跳變？

施密特觸發(fā)器電路

我們可以使用一種叫做施密特觸發(fā)器（SchmittTrigger）的運放電路來解決上面的問題:

下面是輸入與輸出的關系動畫：

上圖中，移動的黑點表示輸入信號，移動的綠點表示輸出信號，紅點表示LTP,藍點表示UTP,注意觸發(fā)點在Vin超過了UTP后發(fā)生了跳變。

施密特觸發(fā)器電路中用電阻R2將輸出和運放同相輸入引腳連接了起來，這會將輸出信號反饋到運放的輸入引腳。在這里輸出被反饋到同相引腳，屬于正反饋，如果將輸出反饋到反相引腳，則是負反饋。運放施密特觸發(fā)器電路屬于一種正反饋電路。

由于輸出電壓Vout將會在正飽和電壓+Sat（接近正（電源）電壓Vcc）和負飽和電壓(接近負電源點Vee)之間來回切換，并且Vout通過由R1和R2構成的電阻分壓器反饋到參考電壓。所以參考電壓將會在兩個不同的值之間來回切換，所以最終會有兩個觸發(fā)點，而不是只有一個觸發(fā)點。當只有一個觸發(fā)點時，如果輸入信號上有噪音，會導致輸入信號在觸發(fā)點附近來回跳變，這會引起輸出信號來回跳變。

假設開始時Vin為零伏，然后它逐漸增加接近上觸發(fā)點。一旦Vin超過這個上觸發(fā)點，Vout將會立即從高電平變?yōu)榈碗娖?，這也同時改變了參考電壓，使參考電壓變?yōu)樨撝担聪掠|發(fā)點（LTP）。此時如果輸入信號在上限觸發(fā)電壓（UTP）附近來回跳變，只要這個跳變不超過下觸發(fā)點（LTP）,那么輸出信號Vout不會改變，一直是低電平：

參考電壓變?yōu)橄孪抻|發(fā)電壓（LTP）后，要想讓輸出電壓Vout重新變?yōu)楦唠娖?，輸入信號Vin得一路下降到低于LTP才行：

上圖中，移動的黑點表示輸入信號，移動的紅點或藍點表示輸出信號。

一旦Vin下降到LTP以下，那么輸出電壓會變成高電平，同時，參考電壓也會變成上限觸發(fā)電壓UTP。

總結：

當觸發(fā)電壓為UTP時，在輸入信號逐漸變大的過程中，一旦其值超過UTP,則觸發(fā)電壓會變?yōu)長TP，此時輸入信號如果在UTP附近跳動，只要不低于LTP,不會引起輸出變動；

當觸發(fā)電壓為LTP時，在輸入信號逐漸變小的過程中，一旦其值低于LTP,則觸發(fā)電壓會變?yōu)閁TP，此時輸入信號如果在LTP附近跳動，只要不超過UTP,不會引起輸出變動。

舉個例子

上圖電路中，運放電源為正負12伏。由一個1kΩ電阻和11kΩ電阻組成分壓電路。上限觸發(fā)電壓為1伏，下限觸發(fā)電壓為-1伏。

坐標系中藍線表示輸入信號。其值從低于-1伏開始逐漸增加，此時輸出為高電平，觸發(fā)電平為UTP(1伏)。當輸入信號逐漸增加并且超過LTP時，輸出無變化。再增加，一旦其值超過UTP時，輸出電平會迅速從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑫r，參考電壓由較大的UTP變?yōu)檩^小的LTP,此后，即使輸入信號有很強的噪音，導致其值在UTP附近上下抖動，但由于此時參考電壓已經變?yōu)榱溯^小的LTP,輸出電平不會變動。

非對稱閾值

上面的電路中，兩個觸發(fā)電平是在0伏附近的。如果想讓兩個觸發(fā)電平不在零伏附近，需要用3個電阻,電路圖如下：

觸發(fā)電平計算公式如下：

網上有一個反相施密特觸發(fā)器計算器，可以根據輸入的上下限觸發(fā)電壓計算電路中需要的電阻值。

這里，假設我們想讓上限電壓為1.1伏，下限觸發(fā)電壓為0.9伏，參考電壓就用正電源電壓9伏，輸入后計算結果如下：

它計算出的電阻為：

R1=16kΩ

R2=2kΩ

R3=160kΩ

調試后，我使用下面的參數：

R1=20k

R2=2.7k

R3=180k

在電路板上組裝后，測得波形如下：

可以看到UTP=1.07伏，LTP=0.69V。帶有如此大噪音的輸入信號并沒有引起輸出意外跳變，問題得到解決。

總結

今天我們一起了學習了正反饋運放電路，即反相施密特觸發(fā)器電路。知道了該電路可以產生兩個觸發(fā)電壓，進而解