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LM393: LM393输出边沿会出现振铃,这是什么原因导致的?

Part Number:LM393

请教大家,用LM393P做一个单限电压比较器,为何在上升沿和下降沿会出现不同程度的振铃,且振铃的大小跟直流偏置电阻的大小及输入信号频率的大小有关,这是什么原因造成的。原理图如下:

单电源5V供电下,输入直流偏置电阻取1K、680,输入端加隔直电容。输入信号为1KHz、1Vpp正弦波时的实际测量图如下:图二为上升沿的情况,图三为下降沿的情况

如果将信号降为100Hz,1Vpp,此时输出情况实际测量如下:

可以看到上升和下降沿的振铃更为严重了。

另外,如果我将直流偏置电阻改为10K、6.8K,振铃将更加严重,1KHz时的振铃程度也会加重。

而如果LM393进行正负5V双电源供电,输入无直流偏置电阻,信号源输出直接接到LM393的同相输入端,输出继续是3K的上拉电阻,输入信号依旧是1K、1Vpp或100Hz的正弦波,这时将不会出现这种振铃,上升和下降沿表现都很好。

这是什么原因造成的呢?请大家指导我一下,同时对于以上原理图,单电源下的使用,又可以如何改进。

Amy Luo:

您好,

您输入的信号不是正弦波是方波吗?在方波的下降沿是否存在毛刺?一般使用比较器都会加个正反馈以形成迟滞比较器,这样可以避免输出在阈值附近发生抖动(起伏)

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K!:

您好,

输入信号是正弦波。对于抖动,实际实验中如果将LM393双电源供电,信号从信号发生器输出直接连到比较器的同相输入端,反向端接地,这时却不会出现抖动。所以我的疑问在于在串入或并入电阻后为什么就出现了抖动?

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Amy Luo:

因为您给出的图片中是方波,我以为您描述错了。

如果串联电阻会出现抖动,可能是串联的电阻引入了噪声。在串联电阻时,您方便用示波器同时测量LM393的同向输入端、反向输入端和输出端的波形吗?最好将阈值处拉开放大看,看输入信号上是否存在干扰

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K!:

您好,

应该是串联电阻引入噪声,输入的正弦波确实在阈值处有干扰,且我用的是插件电阻,用洞洞板在做实验。

不过我还有疑问,就是这个干扰为什么只出现在阈值处,而不出现在其他地方?

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Amy Luo:

可能是在阈值处比较器正好动作(改变输出状态),对电源有一定影响,即使电源产生波动,进而使电阻分压产生波动。

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K!:

您好,感谢您的解答,按照您的提示,我改进了电路,电路图如下:

我使用单电源供电,输入是无直流偏置的交流信号,因此在输入端加上一个二极管进行钳位。虽然这样做不是很规范,不过LM393还是可以正常工作,只有输入信号不要太大。当然上面你提到了电源的变化,因此实际调试电路时我多加了几个电源滤波电容,从220uF到100pF不等。

输入信号是100Hz,1Vpp的正弦波。

做了一个反相输入的滞回比较器,只要我把上限阈值调高一点(增大R1的阻值),就可以避免输出波形边沿出现抖动。

对于以上您提到的比较器的动作使得电源产生波动,我对电路进行了测试,以下是测试结果:

第一张图是LM393反相输入端所测到的信号,测到了一个干扰,峰峰值为127mV;第二张图的黄色波形为此时电源的纹波状态,可以看到纹波峰峰值为4.3mV,纹波变化,反相输入端的毛刺随之出现;第三张图是LM393的输出和反相输入端的波形。

从以上结果及调试过程分析,确实是比较器的动作使得电源出现波动,由此引起输入端的波动,不过我也对此产生新的疑问,就是电源的波动只有几个毫伏,而反相输入端的毛刺有一百多毫伏,如果是电源的波动造成的,那为什么反相输入端会出现这么大的毛刺?还有就是电源的波动在运放内部是通过什么来影响反相输入端的(因为在外围电路中反相端已没有电阻接到电源)?

麻烦您再指导我一下

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Amy Luo:

反向输入端的毛刺很可能是比较器输出的方波对其造成的干扰;

电源的波动应该是运放输出功率不同造成的,从您测得的波形可以看出,在输出低电平时,R3上是消耗功率的,因此电源是带载的其幅值降低

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K!:

反向输入端的毛刺会不会是比较器变化时所产生的电磁辐射所引起的?还是与运放内部电路相关。

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Amy Luo:

是的,应该是电磁辐射引起的,变化的电会产生变化的磁,变化的磁遇到导线就会又生产电,因此可能是比较器输出方波的上升沿和下降沿电磁辐射引起的,因为方波的上升沿和下降沿比较陡,信号变化率比较大。要说与运放内部电路相关,也是与运放输出级驱动的开关管有关。

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K!:

很感谢您为我解惑,使我一个大学生能更深入的发现问题并探讨问题,谢谢

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Amy Luo:

不客气,很高兴可以帮助到您

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