ฮิสเทอรีซิสช่วยให้ตัวเปรียบเทียบตัดสินสัญญาณช้าได้มั่นคง

เกณฑ์เดียวทำให้สัญญาณช้าสลับไปมาได้

ตัวเปรียบเทียบเปลี่ยนเอาต์พุตตามความสัมพันธ์ของอินพุตสองด้าน เมื่อสัญญาณค่อย ๆ ผ่านเกณฑ์ เสียงรบกวนเล็กอาจทำให้ข้ามไปกลับหลายครั้ง ฮิสเทอรีซิสสร้างเกณฑ์คนละค่าตามสถานะปัจจุบันของเอาต์พุต การเปลี่ยนครั้งหนึ่งจึงทำให้ต้องย้อนแรงดันมากพอก่อนเปลี่ยนกลับ ไม่ใช่แค่ข้ามเส้นเดิมซ้ำเพียงเล็กน้อย

ประโยชน์นี้แลกกับช่วงที่เอาต์พุตขึ้นกับประวัติ เมื่ออินพุตอยู่ระหว่างสองเกณฑ์ จะบอกสถานะจากแรงดันอินพุตค่าเดียวไม่ได้ ต้องรู้ว่าเคยข้ามเกณฑ์ใดมาก่อน การออกแบบจึงต้องกำหนดทั้งระดับเริ่มและระดับคืน รวมถึงสภาพเริ่มเปิดไฟ ไม่ใช้คำว่าเกณฑ์ 2.5 V แล้วปล่อยให้ผู้อ่านเดาว่าสัญญาณขาขึ้นกับขาลงตัดสินที่เดียวกัน

1. 1
   เอาต์พุตสูง

   ป้อนกลับบวกยก Vt

2. 2
   อินพุตขาขึ้น

   ต้องผ่านเกณฑ์บนจึงเปลี่ยนต่ำ

3. 3
   เอาต์พุตต่ำ

   ป้อนกลับลด Vt

4. 4
   อินพุตขาลง

   ต้องผ่านเกณฑ์ล่างจึงกลับสูง

วงจรกลับเฟส: Vin เข้าขาลบ

วงจรสมมติแบบกลับเฟส

กำหนดให้สัญญาณ Vin เข้าขาลบ ส่วนขาบวกเป็นจุด Vt ที่ต่อผ่าน Rref=10 kΩ ไปแหล่งอ้างอิงอุดมคติ 2.5 V และผ่าน Rfb=90 kΩ ไปเอาต์พุต ตัวเปรียบเทียบสมมติมีเอาต์พุตแบบผลักดันสองทาง 0 กับ 5 V และกระแสอินพุตเป็นศูนย์ การป้อนกลับมาขาบวกทำให้เอาต์พุตที่สูงช่วยยกระดับตัดสิน ส่วนเอาต์พุตต่ำช่วยลดระดับ เป็นป้อนกลับบวกสำหรับสร้างความจำสถานะ

หาค่า Vt ด้วยผลรวมกระแสได้ว่า Vt=(Vref/Rref+Vout/Rfb)/(1/Rref+1/Rfb) หรือเท่ากับ (90Vref+10Vout)/100 เมื่อใช้หน่วย kΩ ชุดนี้ ถ้าเอาต์พุตสูง 5 V เกณฑ์เป็น 2.75 V ถ้าเอาต์พุตต่ำ 0 V เกณฑ์เป็น 2.25 V ความกว้างฮิสเทอรีซิสจึงเท่ากับ 0.50 V ตัวเลขเหล่านี้เป็นการสาธิต ไม่ใช่ระดับจริงของวงจรตรวจรถ

ติดตามการเปลี่ยนสถานะทีละขอบ

เริ่มด้วย Vin ต่ำกว่า 2.25 V เอาต์พุตจึงสูงตามแบบกลับเฟส เมื่อเพิ่ม Vin จะยังสูงต่อไปขณะผ่าน 2.50 V และเปลี่ยนต่ำเมื่อผ่านเกณฑ์บน 2.75 V หลังเปลี่ยน เอาต์พุตต่ำดึงเกณฑ์ลงมา 2.25 V ทำให้ Vin ต้องลดผ่าน 2.25 V จึงจะกลับสูงอีกครั้ง การที่อินพุตอยู่ 2.50 V จึงเป็นไปได้ทั้งเอาต์พุตสูงและต่ำขึ้นกับทิศที่ผ่านมา

สมมติสัญญาณหยุดอยู่ 2.50 V แล้วมีเสียงรบกวน ±0.05 V ช่วงจริงเป็น 2.45–2.55 V ซึ่งไม่ถึงเกณฑ์ทั้งสอง จึงไม่ทำให้สถานะที่มีอยู่เปลี่ยนในแบบจำลอง แต่ไม่ได้หมายความว่าฮิสเทอรีซิสกำจัดเสียงรบกวนทุกขนาด ถ้าแรงดันพุ่งเกินเกณฑ์ตรงข้ามนานพอให้ตัวเปรียบเทียบตอบสนอง ก็ยังเปลี่ยนได้ ต้องกำหนดความกว้างจากสัญญาณและสิ่งรบกวนที่เกี่ยวข้อง

1. 1
   เครือข่าย

   Vref 2.5 V ผ่าน 10 kΩ; Vout ผ่าน 90 kΩ

2. 2
   สูง 5 V

   Vt=(90×2.5+10×5)/100=2.75 V

3. 3
   ต่ำ 0 V

   Vt=2.25 V

4. 4
   ช่วงจำสถานะ

   กว้าง 0.50 V; Vin 2.50 V ต้องรู้ประวัติ

ตัวต้านทานและระดับเอาต์พุตสมมติ

เอาต์พุตจริงทำให้เกณฑ์เปลี่ยนจากแบบอุดมคติ

แทนค่าจำลองเอาต์พุตสูงต่ำด้วย 4.8 และ 0.2 V จะได้เกณฑ์บน 2.73 V และเกณฑ์ล่าง 2.27 V ช่วงเหลือ 0.46 V เพราะส่วนป้อนกลับรับความต่างเอาต์พุตเพียง 4.6 V การคำนวณด้วยราง 0 และ 5 V เสมอจะพลาดผลของโหลดเอาต์พุต ต้องอ่านระดับรับรองของเอาต์พุตและกระแสที่ใช้ ไม่เอาค่าไม่มีโหลดไปใช้กับวงจรที่ดึงกระแสมาก

ถ้าเป็นเอาต์พุตแบบเปิดคอลเลกเตอร์หรือเปิดเดรน ต้องใส่ตัวต้านทานดึงขึ้นและโหลดเข้าในเครือข่ายคำนวณด้วย ไม่คัดค่า 90 kΩ ไปใช้โดยถือว่า Vout เป็นแหล่งแรงดันอุดมคติ กระแสไบอัส ออฟเซต ความคลาดตัวต้านทาน และความต้านทานของแหล่งอ้างอิงยังเลื่อนเกณฑ์ได้เช่นกัน ควรประเมินขอบเขตก่อนกำหนดว่าระดับใดรับรองว่าจะเปลี่ยน

ฮิสเทอรีซิสไม่ใช่ตัวหน่วงเวลาหรือกรองความถี่

วงจรนี้สร้างสองเกณฑ์แรงดัน ไม่ได้กำหนดให้รอเวลาคงที่ก่อนเปลี่ยน หากต้องการตัดพัลส์สั้นต้องดูเวลาหน่วงการแพร่และเงื่อนไขพัลส์ขั้นต่ำของรุ่น หรือออกแบบการกรองเพิ่มเติมอย่างชัดเจน การเพิ่มความจุในเครือข่ายป้อนกลับอาจทำให้เกณฑ์เปลี่ยนตามเวลาและกระทบความมั่นคง จึงไม่เพิ่มเพื่อให้ภาพนิ่งโดยไม่คำนวณผล

การทดสอบใช้สัญญาณลาดขึ้นและลงช้าที่ทราบขอบเขต เก็บค่า Vin ตอนเปลี่ยนทั้งสองทิศพร้อม Vout จริง จากนั้นจึงเติมสัญญาณรบกวนจำลองที่ควบคุมได้และยังอยู่ในพิกัดอินพุต อย่าใช้เพียงรูปเอาต์พุตนิ่งตัดสินว่าเกณฑ์ถูก เพราะอาจนิ่งอยู่ผิดสถานะจากขาอินพุตเกินช่วงร่วม หรือจากการต่ออ้างอิงผิด

รายงานสองเกณฑ์และสถานะเริ่ม

รายงานว่าในวงจรกลับเฟสสมมติ เอาต์พุตลงเมื่อ Vin ผ่าน 2.75 V ขาขึ้น และขึ้นเมื่อ Vin ผ่าน 2.25 V ขาลง พร้อมบอกสถานะก่อนเริ่มวัด หากเปิดไฟขณะ Vin อยู่ในช่องฮิสเทอรีซิส สถานะเริ่มของวงจรจริงอาจต้องมีวิธีกำหนดแยก ไม่รับรองจากแบบจำลองที่ถือว่าทุกส่วนพร้อมทันที

ควรเก็บค่ารางไฟ แหล่งอ้างอิง ค่าตัวต้านทาน และประเภทเอาต์พุตร่วมกับผล เพื่อให้ผู้อื่นคำนวณย้อนกลับได้ ภาพหลักการแสดงว่าการเปลี่ยนเอาต์พุตย้ายเกณฑ์ ส่วนภาพตัวเลขตามลำดับขาขึ้นและขาลง ไม่ใช่ภาพที่สื่อว่ามีสองเกณฑ์พร้อมกันให้เครื่องเลือกตามใจ ความเข้าใจเรื่องประวัติสถานะเป็นหัวใจของการใช้ฮิสเทอรีซิสอย่างถูกต้อง