「コンパレータにヒステリシスを付ける方法」の基本的な考え方-電気系ものづくりブログ

コンパレータに抵抗を外付けして、ヒステリシス特性を持たせる回路があります。この回路で、なぜヒステリシス特性がつくのか、基本的な考え方について、やっていきます。

ヒステリシス特性をもつコンパレータ回路

コンパレータにヒステリシス特性を持たせる"基本回路"はこのようになります。

なぜこれでヒステリシス特性を持つことになるのか？ということについて、解説していきます。

なお、話を単純にするため、コンパレータは「プッシュプル出力タイプ」として考えていきます。

（プッシュプル出力タイプについてはこちら：コンパレータとは？　ざっくりと解説）

結論から言うと、

コンパレータの出力状態によって、(+)端子にかかる電圧が切替わるから、

というのが理由です。コンパレータの出力（"H"or"L"）によって回路を切り替えるようなイメージです。

まず、コンパレータの出力が「L」のときを考えてみます。

抵抗R1とR2に注目して、その部分だけを抜き出すと、こんな回路になります。（コンパレータのVoutが「L」＝0[V]＝GND）

VrefをR1とR2で分圧した電圧が、コンパレータの(+)端子に入力されます。

コンパレータは、(+)端子と(-)端子の電圧を比較して、動作が決まります。そのため、この"コンパレータ回路"の出力が切り替わる「しきい値」は、(+)端子電圧となります。

回路の入力した基準電圧：Vrefに対して、コンパレータの(+)端子電圧は低くなる（分圧されているので）ため、しきい値はVrefよりも低くなります。

つづいて、コンパレータの出力が「H」のときを考えてみます。

抵抗R1とR2に注目して、その部分だけを抜き出します。（コンパレータのVoutが「H」＝コンパレータの電源電圧）

電源電圧Vddと基準電圧Vrefの差分電圧がR1とR2にかかります。その分圧電圧（にVrefを加えたもの）がコンパレータの(+)端子に入力されます。

そのため、Vrefに対して、コンパレータの(+)端子電圧は高くなるので、しきい値はVrefよりも高くなります。

コンパレータの出力状態としきい値の関係をまとめると、このようになります。

ヒステリシス特性をもたせたコンパレータ回路の動作はこんな感じです。

さきほどまでの、コンパレータの出力によって回路を切り替えるという考え方に基づいて、抵抗分圧を(-)端子側にもってくることを考えてみます。

これでも良さげ？と思いがちですが、うまく動作しません。

なぜうまく動作しないのか、というと、「しきい値を超えようとすると、しきい値がついてくる」ようなイメージの動作になってしまうからです。

ちなみに、(+)端子側に抵抗分圧をもつ「ヒステリシス特性付きコンパレータ回路」の場合は、「しきい値をまたぐと、逆方向にしきい値が動く」ような動作になっています。（正帰還）

この回路の形をよく見ると、「オペアンプの反転増幅回路」と同じ形になっていることからも、"コンパレータとして"うまく動作しないことがイメージできるかな、と思います。