LM311的使用注意事項|壹芯微

LM311是一種常用的線性比較器，它廣泛應用于比較及整形電路中，見圖1，但LM311在應用中卻經常出現意想不到的問題，即其輸出的脈沖信號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高頻振蕩，見圖2、圖3，當LM311的輸入信號Vi幅度越小，頻率越低，則高頻振蕩越嚴重。這種含有高頻振蕩的波形是不能直接使用的，它會給后續電路，如測頻，帶來誤動作，因此，這種情況必須引起注意，設法避免或消除高頻振蕩。下面將對產生振蕩的原因作扼要的分析，同時在實驗的基礎上提出幾種有效地避免消除振蕩的方法。

圖1LM311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

當一個高速比較器被用于高速輸入信號和低源阻抗輸入信號時，正常的輸出響應，應該是快速和穩定的，然而當輸入的信號是緩變信號或高阻信號源(1.0KΩ一10KΩ)，比較器可能會在比較閥值點猝然振蕩，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。在應用中，要避免這種振蕩和不穩定，應預先仔細考慮，統籌安排，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

合理安排結構振蕩的產生與結構的安排有很大關系。輸出信號最好遠離輸入端管腳，也應遠離兩平衡端管腳，因為反饋信號感應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，其位置和阻值是值得考慮的。電阻應安放在管座的附近，一般阻值應小于10K(甚至更小)，使用時可參閱相應的手冊。正負電源應加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。兩平衡端應做適當處理，不用時可將它們短接在一起，具體使用時可參閱有關手冊。

2.增大輸入信號的幅度

輸入信號幅度的大小與產生振蕩有直接關系。實驗表明：信號幅度越小，頻率越低產生振蕩的可能性就越大。下面將對以上的結論做簡單的分析。若有一過零比較器，其輸入信號為Vi=V0sinω0t信號在t=0點的斜率為：

2.01912E+13

在△t時間內電壓的變化量為：△Vi=K·△t=V0sinω0t，由此可見，△Vi與V0,ω0成正比，即輸入信號的幅度越大，信號的頻率越高，則在△t時間內，V的幅度變化量就越長，當dvi/dt足夠大時，輸入信號就會迅速越過比較門限，從而達到消除振蕩的目的。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，這種方法是最簡易可行的。實驗證明，只要輸入信號的幅度大于0.7V，本設計能在10Hz~60KHz的范圍內可靠工作，繼續加大電壓幅度，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容量適當的電容，對濾除和減弱振蕩有顯著效果。電容的容量應在實驗的基礎上確定，電容的容量不宜太大，否則會使輸出脈沖的前沿變壞，實驗中發現：這種負作用，在頻率較高時，表現得尤為嚴重，甚至會使脈沖幅度變小，使后級的計數器不能工作，情形見圖4。因此這種方法在應用中有一定的局限性，合理選擇電容是應用這種方法的關鍵。當然變壞的前沿可由具有整形作用的74LS14來重新恢復，這種作法的負作用是使原來的脈沖前沿向后偏移，本設計中取電容C=0.01μ，在系統要求的范圍內，電路能可靠工作上拉電阻的值也不能太大，本設計取R=510Ω。

圖4頻率較高時的脈沖幅度

4.采用滯后技術

在比較電路中，當輸入信號達到比較電平時，比較器應立即翻轉，但若被測信號疊加一定的干擾時，可能使比較器在比較電平附近產生振蕩，出現下圖的情形(圖5、圖6)。

圖5普通的過零比較器的輸出

圖6采用滯后技術的輸出

克服比較器振蕩的有效方法是采用滯后技術，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電平，對圖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。

2.01912E+13

圖7具有兩個電平的電路

滯后電壓可由R1,R2調節，只要△V選擇合適，就可消除比較電路的振蕩現象。從而大大提高了抗干擾能力，但滯后電平△V的存在，會使檢測靈敏度變差。故此，△V不宜取得過大，通常R1≤R2，對于LM311比較器，加入3mv的滯后量，就會消除電路中的振蕩。

總之，LM311在應用中出現的問題原因是多樣的，因此，在使用時，必須仔細考慮，分別對待，只有這樣，在使用它時，我們才會得心應手。

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