LM311的使用注意事项

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　　LM311是一种常用的线性比较器，它广泛应用于比较及整形电路中，见图1，但LM311在应用中却经常出现意想不到的问题，即其输出的脉冲信号并不象理论分析那样理想，而是在输出的脉冲前后沿附近出现高频振荡，见图2 、图3 ，当LM311的输入信号Vi幅度越小，频率越低，则高频振荡越严重。这种含有高频振荡的波形是不能直接使用的，它会给后续电路，如测频，带来误动作，因此，这种情况必须引起注意，设法避免或消除高频振荡。下面将对产生振荡的原因作扼要的分析，同时在实验的基础上提出几种有效地避免消除振荡的方法。

图1 LM311电路图

图2 输出脉冲前的高频振荡.jpg

图3 输出脉冲后的高频振荡

　　当一个高速比较器被用于高速输入信号和低源阻抗输入信号时，正常的输出响应，应该是快速和稳定的，然而当输入的信号是缓变信号或高阻信号源(1.0KΩ一10KΩ)，比较器可能会在比较阀值点猝然振荡，这是由于比较器的高增益和宽带造成的，干扰的存在也是造成这种振荡的直接原因之一。在应用中，要避免这种振荡和不稳定，应预先仔细考虑，统筹安排，以下将提出几种避免和克服振荡的有效方法

　　1.合理选择元件

　　合理安排结构振荡的产生与结构的安排有很大关系。输出信号最好远离输入端管脚，也应远离两平衡端管脚，因为反馈信号感应或触及任何管脚几乎都可能引起振荡。若比较器在输入端使用电阻时，其位置和阻值是值得考虑的。电阻应安放在管座的附近，一般阻值应小于10 K (甚至更小) ，使用时可参阅相应的手册。正负电源应加0 .1μ的滤波电容，滤除电源的干扰，并且将电容放在管脚 附近。两平衡端应做适当处理，不用时可将它们短接在一起，具体使用时可参阅有关手册。

　　2.增大输入信号的幅度

　　输入信号幅度的大小与产生振荡有直接关系。实验表明：信号幅度越小，频率越低产生振荡的可能性就越大。下面将对以上的结论做简单的分析。若有一过零比较器，其输入信号为Vi=V0sinω0t信号在t=0点的斜率为：

　　在△t 时间内电压的变化量为：△Vi= K·△t=V0sinω0t ，由此可见，△Vi与V0,ω0成 正比，即输入信号的幅度越大，信号的频率越高，则在△t 时间内，V 的幅度变化量就越长，当dvi/dt足够大时 ，输入信号就会迅速越过比较门限，从而达到消除振荡的目的。由于比较器的输入电压范围一般都比较宽(如 : LM311的电压输入范围为士30V)，因此，这种方法是最简易可行的。实验证明，只要输入信号的幅度大于0.7V，本设计能在10Hz ~ 60KHz的范围内可靠工作，继续加大电压幅度，工作的范围可向低频端延深。

　　3.在比较器的输出端加滤波电器

　　在比较器的输出端上拉电阻两端并接一个容量适当的电容，对滤除和减弱振荡有显著效果。电容的容量应在实验的基础上确定，电容的容量不宜太大，否则会使输出脉冲的前沿变坏，实验中发现：这种负作用，在频率较高时，表现得尤为严重，甚至会使脉冲幅度变小，使后级的计数器不能工作，情形见图4 。因此这种方法在应用中有一定的局限性，合理选择电容是应用这种方法的关 键。当然变坏的前沿可由具有整形作用的74LS14 来重新恢复，这种作法的负作用是使原来的脉冲前沿向后偏移，本设计中取电容C=0.01μ，在系统要求的范围内，电路能可靠工作上拉电阻的值也不 能太大，本设计取R=510Ω。

图4 频率较高时的脉冲幅度

　　4.采用滞后技术

　　在比较电路中，当输入信号达到比较电平时，比较器应立即翻转，但若被测信号叠加一定的干扰时，可能使比较器在比较电平附近产生振荡，出现下图的情形(图5、图6)。

图5 普通的过零比较器的输出

图6 采用滞后技术的输出

　　克服比较器振荡的有效方法是采用滞后技术，即在其同相端加入少量的正反馈，滞后比较器的比较电平不再是单一的电平，而是具有原比较电平附近的两个电平，对图7的电路而言，上比较电平用V+H表示，下比较电平用V+L表示 。

图7 具有两个电平的电路

　　滞后电压可由R1 , R2调节，只要△V 选择合适，就可消除比较电路的振荡现象。从而大大提高了抗干扰能力，但滞后电平△V 的存在，会使检测灵敏度变差。故此，△V 不宜取得过大，通常R 1≤R2，对于LM311比较器，加入3mv的滞后量，就会消除电路中的振荡 。

　　总之，LM311在应用中出现的问题原因是多样的，因此，在使用时，必须仔细考虑，分别对待，只有这样，在使用它时，我们才会得心应手 。