コンパレータヒステリシス (シュミットトリガー) 計算ツール
シュミットトリガー回路のコンパレータヒステリシストリップポイント、上限および下限スレッショルド電圧を計算し、必要なヒステリシス率になるように抵抗値を設計します。
公式
参考: TI SNOA997A, Inverting comparator with hysteresis circuit
仕組み
コンパレータ・ヒステリシス・カリキュレータは、信号検出、ゼロクロス回路、レベル変換に不可欠なノイズ耐性スイッチングの上限および下限スレッショルド電圧を計算します。組込みシステムのエンジニア、センサー・インターフェースの設計者、およびパワーエレクトロニクス・エンジニアは、これを利用して、入力信号がスレッショルドをゆっくりと超えたり、ノイズが重なったりしたときの発振を防ぎます。Horowitz & Hillの「Art of Electronics」（第3版、231ページ）によると、ヒステリシスによってデッドバンドが発生し、コンパレータが小さな入力変動を無視するため、ハイに切り替えるには入力が V_TH+ を超え、ローに切り替えるには入力が V_TH- を下回る必要があります。スイッチングの信頼性を高めるには、ヒステリシス電圧 V_hyst = V_TH+ - V_TH- がピークツーピークノイズを少なくとも2倍上回る必要があります。標準コンパレータ (LM339、LM393) ではヒステリシスを設定するために外付け抵抗が必要です。内蔵シュミットトリガー (74HC14) のヒステリシスは電源電圧に応じて0.4～0.9Vの固定ヒステリシスを備えています。
計算例
LM393を使用するバッテリ電圧モニタ用に、1.65Vを中心とする100mVのヒステリシスを備えた3.3Vのコンパレータ回路を設計します。必須: V_TH+ = 1.70V、 V_TH- = 1.60V、 V_hyst = 100mV。正のフィードバックトポロジを使う:R1 (入力分周器) = 10kΩ, R2 = 10kΩ は V_ref = 1.65Vを確立します。出力振幅が3.3Vの100mVヒステリシスの場合: R_fb = R_parallel × (V_out / V_hyst) = 5kΩ × (3.3V/0.1V) = 165kΩ. 160kΩ (E24シリーズ) を選択してください。実際のヒステリシス = 3.3V × 5kΩ / 160kΩ = 103mV入力のノイズが50mVppの場合、ノイズマージンは2倍になり、しきい値を超える信号がチャタリングなしでクリーンな出力遷移をトリガーします。
実践的なヒント
- ✓5Vシステムの場合、74HC14は外付け部品なしで0.9Vのヒステリシスを提供するため、デジタルロジックレベルでのデバウンスやシグナルコンディショニングに最適です
- ✓フィードバック抵抗の計算:R_fb = R_eq × (V_Swing/V_Hyst) ここで、R_eq = 入力分圧器のR1||R2、R_fbが大きいほどヒステリシスが小さい
- ✓オープンドレインコンパレータ（LM339）にはプルアップ抵抗が必要ですが、プッシュプルコンパレータ（TLV3201）には必要ありません。データシートで出力タイプを確認してください
よくある間違い
- ✗ヒステリシスを入力ノイズよりも狭く設定すると、単一入力の交差時に複数の出力遷移（チャタリング）が発生し、ヒステリシスはピークツーピークノイズの2倍を超えるはずです
- ✗オペアンプをコンパレータとして使用 — オペアンプの回復遅延は出力が飽和すると 1-100μs になり、専用コンパレータ（LM339、LM393）は100〜300nsで回復します
- ✗コンパレータの伝搬遅延は無視してください。LM339の遅延は 1.3μs です。高速アプリケーションの場合は、リニアテクノロジーセレクションガイドに従ってMAX942 (80ns) またはLT1016 (10ns) を使用してください。
よくある質問
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