產(chǎn)生振蕩的原因，避免和克服振蕩的有效方法

LM311是一種常用的線(xiàn)性比較器，它廣泛應(yīng)用于比較及整形電路中，見(jiàn)圖1，但LM311在應(yīng)用中卻經(jīng)常出現(xiàn)意想不到的問(wèn)題，即其輸出的脈沖信號(hào)并不象理論分析那樣理想，而是在輸出的脈沖前后沿附近出現(xiàn)高頻振蕩，見(jiàn)圖2 、圖3 ，當(dāng)LM311的輸入信號(hào)Vi幅度越小，頻率越低，則高頻振蕩越嚴(yán)重。這種含有高頻振蕩的波形是不能直接使用的，它會(huì)給后續(xù)電路，如測(cè)頻，帶來(lái)誤動(dòng)作，因此，這種情況必須引起注意，設(shè)法避免或消除高頻振蕩。下面將對(duì)產(chǎn)生振蕩的原因作扼要的分析，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出幾種有效地避免消除振蕩的方法。

圖1 LM311電路圖

圖2 輸出脈沖前的高頻振蕩.jpg

圖3 輸出脈沖后的高頻振蕩

當(dāng)一個(gè)高速比較器被用于高速輸入信號(hào)和低源阻抗輸入信號(hào)時(shí)，正常的輸出響應(yīng)，應(yīng)該是快速和穩(wěn)定的，然而當(dāng)輸入的信號(hào)是緩變信號(hào)或高阻信號(hào)源（1.0KΩ一10KΩ），比較器可能會(huì)在比較閥值點(diǎn)猝然振蕩，這是由于比較器的高增益和寬帶造成的，干擾的存在也是造成這種振蕩的直接原因之一。在應(yīng)用中，要避免這種振蕩和不穩(wěn)定，應(yīng)預(yù)先仔細(xì)考慮，統(tǒng)籌安排，以下將提出幾種避免和克服振蕩的有效方法

1.合理選擇元件

合理安排結(jié)構(gòu)振蕩的產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)的安排有很大關(guān)系。輸出信號(hào)最好遠(yuǎn)離輸入端管腳，也應(yīng)遠(yuǎn)離兩平衡端管腳，因?yàn)榉答佇盘?hào)感應(yīng)或觸及任何管腳幾乎都可能引起振蕩。若比較器在輸入端使用電阻時(shí)，其位置和阻值是值得考慮的。電阻應(yīng)安放在管座的附近，一般阻值應(yīng)小于10 K （甚至更?。?，使用時(shí)可參閱相應(yīng)的手冊(cè)。正負(fù)電源應(yīng)加0 .1μ的濾波電容，濾除電源的干擾，并且將電容放在管腳 附近。兩平衡端應(yīng)做適當(dāng)處理，不用時(shí)可將它們短接在一起，具體使用時(shí)可參閱有關(guān)手冊(cè)。

2.增大輸入信號(hào)的幅度

輸入信號(hào)幅度的大小與產(chǎn)生振蕩有直接關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明：信號(hào)幅度越小，頻率越低產(chǎn)生振蕩的可能性就越大。下面將對(duì)以上的結(jié)論做簡(jiǎn)單的分析。若有一過(guò)零比較器，其輸入信號(hào)為Vi=V0sinω0t信號(hào)在t=0點(diǎn)的斜率為：

在△t 時(shí)間內(nèi)電壓的變化量為：△Vi= K·△t=V0sinω0t ，由此可見(jiàn)，△Vi與V0，ω0成 正比，即輸入信號(hào)的幅度越大，信號(hào)的頻率越高，則在△t 時(shí)間內(nèi)，V 的幅度變化量就越長(zhǎng)，當(dāng)dvi/dt足夠大時(shí) ，輸入信號(hào)就會(huì)迅速越過(guò)比較門(mén)限，從而達(dá)到消除振蕩的目的。由于比較器的輸入電壓范圍一般都比較寬（如 ： LM311的電壓輸入范圍為士30V），因此，這種方法是最簡(jiǎn)易可行的。實(shí)驗(yàn)證明，只要輸入信號(hào)的幅度大于0.7V，本設(shè)計(jì)能在10Hz ~ 60KHz的范圍內(nèi)可靠工作，繼續(xù)加大電壓幅度，工作的范圍可向低頻端延深。

3.在比較器的輸出端加濾波電器

在比較器的輸出端上拉電阻兩端并接一個(gè)容量適當(dāng)?shù)碾娙?，?duì)濾除和減弱振蕩有顯著效果。電容的容量應(yīng)在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定，電容的容量不宜太大，否則會(huì)使輸出脈沖的前沿變壞，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：這種負(fù)作用，在頻率較高時(shí)，表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重，甚至?xí)姑}沖幅度變小，使后級(jí)的計(jì)數(shù)器不能工作，情形見(jiàn)圖4 。因此這種方法在應(yīng)用中有一定的局限性，合理選擇電容是應(yīng)用這種方法的關(guān) 鍵。當(dāng)然變壞的前沿可由具有整形作用的74LS14 來(lái)重新恢復(fù)，這種作法的負(fù)作用是使原來(lái)的脈沖前沿向后偏移，本設(shè)計(jì)中取電容C=0.01μ，在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)，電路能可靠工作上拉電阻的值也不 能太大，本設(shè)計(jì)取R=510Ω。

圖4 頻率較高時(shí)的脈沖幅度

4.采用滯后技術(shù)

在比較電路中，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到比較電平時(shí)，比較器應(yīng)立即翻轉(zhuǎn)，但若被測(cè)信號(hào)疊加一定的干擾時(shí)，可能使比較器在比較電平附近產(chǎn)生振蕩，出現(xiàn)下圖的情形（圖5、圖6）。

圖5 普通的過(guò)零比較器的輸出

圖6 采用滯后技術(shù)的輸出

克服比較器振蕩的有效方法是采用滯后技術(shù)，即在其同相端加入少量的正反饋，滯后比較器的比較電平不再是單一的電平，而是具有原比較電平附近的兩個(gè)電平，對(duì)圖7的電路而言，上比較電平用V+H表示，下比較電平用V+L表示 。

圖7 具有兩個(gè)電平的電路

滯后電壓可由R1 ， R2調(diào)節(jié)，只要△V 選擇合適，就可消除比較電路的振蕩現(xiàn)象。從而大大提高了抗干擾能力，但滯后電平△V 的存在，會(huì)使檢測(cè)靈敏度變差。故此，△V 不宜取得過(guò)大，通常R 1≤R2，對(duì)于LM311比較器，加入3mv的滯后量，就會(huì)消除電路中的振蕩 。

總之，LM311在應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題原因是多樣的，因此，在使用時(shí)，必須仔細(xì)考慮，分別對(duì)待，只有這樣，在使用它時(shí)，我們才會(huì)得心應(yīng)手 。
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