Компаратор напряжения это: принцип работы, схемы и т.д.

Содержание

Компараторы напряжения

Компараторами называют электронные устройства, предназначенные для сравнения двух или более электрических величин. Компараторы часто используют для преобразования аналогового сигнала в цифровой, а также для восстановления формы искаженных цифровых сигналов. Компаратор может использоваться в качестве порогового устройства, срабатывающего в случае, если входной контролируемый сигнал превысит по величине сигнал заданный, опорный. По виду сравниваемых входных сигналов компараторы подразделяют на две группы: аналоговые; цифровые. Аналоговый компаратор можно представить как простейший однобитный аналого-цифровой преобразователь. Выходной сигнал такого компаратора представлен, как правило, двумя возможными значениями, соответствующими уровням входного сигнала больше или меньше некоторой заданной пользователем величины:.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Компараторы. Часть 6 — ШИМ генератор из одного компаратора

Зачем нужен цифровой и аналоговый компаратор


Интегральные компараторы напряжения. Компараторы принадлежат к классу формирователей, предназначенных для перехода от аналоговых сигналов к цифровым. Поэтому оконечные каскады компараторов обычно конструируются таким образом, чтобы выходное напряжение соответствовало бы принятым логическим уровням распространенных цифровых микросхем. Если включить операционный усилитель ОУ без обратной связи так, как это показано на рис.

Компаратор сигналов, выполненный на ОУ: а — включение ОУ; б — выходной сигнал. Если поменять местами Uвх и Uoп, изменится порядок переключения выходного напряжения.

Благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ схема переключается при очень малой разности напряжений входного сигнала и постоянного уровня, т.

Здесь амплитуда выходного напряжения ограничивается с помощью стабилитрона VD1, подключаемого ко второму каскаду усиления. Регенеративный компаратор —это устройство с положительной обратной связью, обладающее гистерезисной характеристикой выход-вход.

Если выход компаратора на рис. Вводить гистерезис в компаратор целесообразно в том случае, когда сигнал поступает на фоне помех. После переключения возврат в исходное состояние произойдет лишь тогда, когда сигнал уменьшится на величину Uг, т.

Регенеративный компаратор является аналогом триггера Шмитта, а также служит основой для построения мультивибраторных устройств. Такое быстродействие недостаточно для цифровых устройств. Поэтому был разработан ряд интегральных микросхем — дифференциальные компараторы сигналов.

Интегральные компараторы напряжения представляют собой специализированные ОУ с двумя входами и цифровым выходом, иногда с двумя выходами противоположного знака на стандартных уровнях 1 и 0 цифровых микросхем. Сокращая амплитудный диапазон выходного сигнала и принимая меры для предотвращения глубокого насыщения каскадов, удается повысить быстродействие компаратора. Отсутствие частотной коррекции препятствует использованию компараторов в линейном режиме. Приводим перечень выпускаемых отечественной промышленностью интегральных микросхем — компараторов напряжения с кратким указанием их отличительных особешюстей время задержки, потребляемая мощность и др.

Таблица 1. Из приведенных в табл. Упрощенное изображение схемы компаратора КСАЗ дано на рис. Упрощенная внутренняя схема компаратора КСА3. Два последующих дифференциальных каскада на транзисторах VT3 — VT6 усиливают сигнал. Нормальный ток нагрузки компаратора — до 50 мА. Сама нагрузка может быть подключена либо в цепь коллектора между выводом 9 и источником положительного напряжения при замыкании вывода 2 на общий провод питания или на —Еп, либо в цепи эмиттера между выводом 2 и источником отрицательного напряжения, а если его нет — общим проводом питания.

При этом вывод 9 следует соединить с плюсом питающего напряжения. В первом случае каскад на транзисторе VT11 является усилительным с общим эмиттером, во втором — эмиттерным повторителем.

Важной особенностью является также сохранение работоспособности при сравнении входных напряжений, не доходящих до — Еп или до нуля при однополярном питании всего лишь на 0, В связи с этим применение компаратора, может быть разнообразным, и его можно непосредственно расположить на плате любого аналогового или цифрового блока. Входной ток компаратора — до нА, при этом разность входных токов для двух его входов — не более 50 нА для группы А — и 10 нА.

Основная схема включения этого компаратора рис. Когда стробирование не требуется, транзистор VT1 и связанные с ним элементы исключаются. Если же и регулировка нуля не требуется, то выводы 7, 8 оставляют неподключенными. Однако следует иметь в виду, что у рассматриваемого компаратора напряжения, как и у всех высокочастотных ОУ без цепей коррекции, имеется склонность к самовозбуждению, в данном случае — из-за паразитной обратной связи между выводом 9 и соседними выводами 7, 8 коррекции нулевого уровня.

При трассировке схемы необходимо сделать все возможное для того, чтобы эти, цепи на плате были разнесены как можно дальше. Если выводы 7, 8 не используются, то лучше соединить их вместе, чтобы минимизировать эффект обратной связи. С резисторами Rl, R2 на рис. При подаче на компаратор КСА3А Б сигналов от источников с малым внутренним сопротивлением целесообразно включить последовательно со входами компаратора резисторы для ограничения пикового тока на случай действия входных сигналов на компаратор с отключенным питанием, а также и при наличии питания, но с повышенными входными сигналами положительного или отрицательного напряжения источника питания.

Конденсаторы с емкостью более 0,1 мкФ, подключенные к входным клеммам компаратора, также можно рассматривать как источники с малым внутренним импедансом, поэтому и от них входы следует отделить с помощью резисторов, так как заряженный конденсатор в случае резкого выключения питания сохраняет на входе большее напряжение, чем у источников питания. На рис. При этом выходной транзистор не усиливает напряжения, и общий коэффициент усиления компаратора уменьшен, что приводит к затягиванию фронтов импульсов на выходе.

Характеристики на рис. Характеристики переключения микросхемы КСА3А, Б с коллекторной нагрузкой на выходе: а — схема включения; б —нарастание выходного сигнала; в — спад выходного сигнала. Характеристики переключения микросхемы КСА3А, Б с эмиттерной нагрузкой на выходе: а — схема включения; б — нарастание выходного сигнала; в —спад выходного сигнала. Характеристику переключения компаратора КСА3А Б можно улучшить, применяя схему соединения выводов по рис.

Особенности внутреннего строения сдвоенного компаратора КСА1 поясняет рис. Выходы двух дифференциальных усилителей объединены в один общий, выполненный по схеме ИЛИ. Стробирование компараторов раздельное. Стабилитроны с номинальным напряжением 6,2 В необходимы для сдвига уровней напряжения на входных и выходных шинах.

Оба выхода можно объединить по схеме ИЛИ с общей нагрузкой. Однако выводов стробирования последний компаратор не имеет. Приведем примеры типичного использования компараторов. Компараторы часто применяют в устройствах, где необходимо чувствовать момент, когда входной сигнал выходит из некоторой заданной области.

Если эта область задана двумя уровнями напряжений, то удобно применить сдвоенный компаратор по схеме рис. Показанный двухпороговый дискриминатор является упрощенной разновидностью амплитудного анализатора импульсов. На оба компаратора поступает один и тот же сигнал Uвх. Компаратор DA1. Такую возможность предоставляет более сложный дискриминатор по схеме рис.

Амплитудный дискриминатор. Компаратор DA1 сравнивает входное напряжение с опорным Uoп; при изменении своего состояния он переключает двухполярный источник тока, собранный на ОУ DA3. Его выходной ток Iх, создавая на резисторе R2 падение напряжения того или иного знака, определяет текущее смещение нулевого уровня компаратора DA2. Правильное состояние DA2 может быть установлено вслед за переключением микросхемы DA1 лишь после срабатывания элемента DA3.

Чтобы уменьшить задержку времени, в качестве DA3 выбран быстродействующий операционный усилитель КУД1А, а также осуществлена коррекция по его входу с помощью конденсатора С1. Статическую точность работы определяют допуски резисторов, смещения нулевых уровней входного напряжения компараторов и ОУ их можно подстраивать , а также шунтирование резистором R5 выходного сопротивления компаратора DA1 в состоянии логической 1 оно равно R6. Для уменьшения погрешности переключения источник входного сигнала должен быть низкоомным, способным выдерживать втекающий и вытекающий ток Iх без заметного изменения напряжения Uвх.

Подключение элемента индикации Рис. Компаратор с мощным выходом Рис. Фотодиодный компаратор. Мощный выход компаратора — ток нагрузки до 1 А — обеспечит устройство по схеме рис. Схема точного фотодиодного компаратора представлена на рис. С помощью делителя R1R2 устанавливают величину обратного смещения фотодиода, а выбором R3 корректируют чувствительность к световому потоку.

Выделение и запоминание экстремальных значений сигналов осуществляют с помощью разнообразных пик-детекторов, которые можно создать на базе компараторов. Высокая нагрузочная способность выходного транзистора микросхемы компаратора DA1 создает условия для быстрой подзарядки конденсатора С1 при превышении сигналом предыдущего экстремального значения, а дополнительный буферный усилитель DA2 отделяет схему запоминания напряжения от нагрузки.

Пик-детектор положительных сигналов Рис. Пик-детектор отрицательных сигналов. Большую группу устройств с компараторами составляют различные генераторы. Автоколебательный мультивибратор Рис.

Кварцованный автогенератор. Операция умножения частоты сигнала часто бывает необходима. Для импульсных сигналов используют, как правило, устройства на цифровых или цифро-аналоговых элементах. Умножение высокочастотных синусоидальных сигналов удобно выполнять с помощью нелинейных резонансных и других параметрических устройств. Обработку сигналов произвольной формы в диапазоне частот до кГц осуществляют компараторами.

Рассмотрим схему удвоителя частоты на рис. Устройство построено на двух микросхемах. Удвоитель частоты: а — принципиальная схема; б — процессы в удвоителе.

Знакопеременный входной сигнал с постоянной или медленноменяющейся в пределах Интегрирующее звено на усилителе DA2. Коэффициент усиления его — около , размах выходного напряжения определяет симметричный диодный ограничитель VD1, VD2.

Большую часть времени DA2. По мере приближения пилообразного напряжения к среднему нулевому значению ток в точке подключения инвертирующего входа усилителя DA2. Усилитель DA2. В результате намного быстрее происходит изменение выходных уровней компаратора DA1. Как следствие, существенно уменьшается дрожание фронтов сигнала 4 на выходе DA1.

Параметры элементов C1, С2 выбирают в зависимости от частотного диапазона работы удвоителя. Работа удвоителя проверялась до входной частоты 50 кГц. Представленный удвоитель частоты можно упростить. Если входной сигнал — импульсный с оговоренной выше скважностью, то компаратор DA1.

Если небольшое дрожание фронтов выходных импульсов ориентировочно


Компаратор напряжения

Портал о науке и технике Статьи Новости Видео Обзоры. Забыли пароль? Воспользуйтесь строкой поиска, чтобы найти нужный материал. Главная Схемотехника Как работает компаратор на операционном усилителе ОУ. Как работает компаратор на операционном усилителе ОУ. Прежде чем начнём разбираться с компаратором , давайте вспомним, что такое операционный усилитель ОУ.

В каждом цифровом вольтметре или другом измерительном приборе обязательно присутствует компаратор напряжения. Термин «компаратор».

Компараторы и их применение, градиентные реле (8 схем)

Ранее мы с вами познакомились с такими интегральными схемами, как таймер , счетчик , логические вентили , а также сдвиговые регистры и декодеры. Теперь же пришло время узнать о компараторах. Несмотря на кажущуюся простоту, компараторы — куда более интересные устройства, чем может показаться на первый взгляд. Читайте далее, и сможете убедиться в этом самостоятельно. Крайне наглядная картинка, объясняющая работу компаратора, была найдена мной в книге Чарльза Платта Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. С некоторыми изменениями эта иллюстрация приведена ниже:. Компаратор имеет два входа, обозначаемые знаками минус инвертирующий вход и плюс неинвертирующий вход , и один выход. Для нормальной работы выход компаратора обязательно должен быть подключен к плюсу источника питания через подтягивающий резистор.

Это интересно!

Очень часто нужно сравнить два сигнала по величине. В некоторых случаях необходимо зафиксировать момент, когда сигнал достигнет определенного значения. Для этих задач многие фирмы выпускают аналоговые компараторы. В каждом цифровом вольтметре или другом измерительном приборе обязательно присутствует компаратор напряжения.

Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.

Компараторы напряжения

Мера-имитатор Р — основные характеристики Мера-имитатор Р предназначена для воспроизведения электрического сопротивления постоянному току в диапазоне Мера электрического сопротивления МС — основные характеристики МС Катушка электрического сопротивления измерительная. Класс 0, Мера напряжений Н — основные характеристики Меры напряжения, предназначенные для передачи размера единицы напряжения постоянного тока от рабочих эталонов к Компаратор сопротивлений Р — основные характеристики Компаратор сопротивлений Р Предназначен для определения на постоянном токе относительной разности Компаратор Р — основные характеристики Предназначены для: компарирования измерения напряжения постоянного тока от 20 нВ до , В; выдачи кали

LM2901DR, Маломощный квадрантный компаратор напряжения [SO-14]

В электронике часто возникает необходимость сравнить два сигнала. Сравнению могут подлежать как аналоговые, так и цифровые сигналы. Обычно устройства сравнения сигналов называют компараторами. С помощью компараторов фиксируют моменты равенства двух сравниваемых сигналов. Если в качестве сигналов, подлежащих сравнению, используются напряжения, то в этом случае применяют компараторы напряжений.

Коэф-т усиления мин.,. В/мВ. Компараторы напряжения. IL ÷+85 одноканальный. +15, IL 0÷+70 четырех- канальный.

Компараторное включение ОУ используется для сравнения напряжения источника сигнала U г с опорным сигналом U 0. Компараторный режим ОУ обычно используется без внешних цепей отрицательной обратной связи с подачей сравнивающих сигналов на один или оба входа усилителя. Рисунок 3. Для сравнения разнополярных входных напряжений используется одновходовой компаратор рис.

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Компараторы — название произошло от принципа работы — сравнения. Так функционируют приборы, производящие измерения способом сравнивания с эталоном: весы с одинаковыми плечами, электрические потенциометры. По своей принципиальной работе компараторы делятся на механические, электрические и оптические. Приборы с механической конструкцией применяются для проверки конечных мер длины.

Компаратор напряжения — это устройство, выполняющее сравнение имеющегося уровня напряжения с опорным сигналом. Ответом, как правило, становится двоичная величина — да либо нет, нуль или единица.

Компаратор — это операционный усилитель без обратной связи с большим коэффициентом усиления. Поэтому, если подать на один его вход например инверсный какой то постоянный уровень опорного напряжения, а на другой вход прямой изменяющийся сигнал — выходное напряжение у него изменится скачком, от минимального до максимального в тот момент, когда уровень входного сигнала превысит уровень сигнала опорного напряжения, установленного на другом входе, и наоборот. Компараторы имеют два входа, прямой и инверсный, и в зависимости от желаемого результата, опорное и сравниваемое напряжения, могут подключаться к любому входу. Если входное напряжение на прямом входе, превысит напряжение инверсного входа, выходной транзистор компаратора открывается, если станет ниже — закрывается. То есть компаратор сравнивает напряжения. Вот мы и подошли к сути основного назначения компаратора — сравнивать между собой два напряжения сигнала , и выдавать на выходе напряжение сигнал в том случае, когда сигнал на одном входе, стал больше или меньше уровня, установленного опорным напряжением другого входа. На компараторах можно собирать различные устройства, такие как терморегуляторы, стабилизаторы, различные устройства автоматики — используя для изменения входного сигнала различные датчики, такие как, терморезисторы, фоторезисторы, индикаторы влажности и т.

Компаратор представляет собой устройство сравнения сигналов, своеобразные электрические весы. После этого компаратор переключится: выходной сигнал сменит значение до 11пит или 0, соответственно. На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже. К градиентным реле рис.


LM2901N, Маломощный квадрантный компаратор напряжения (=К1401СА2), [DIP-14], Texas Instruments

Ib — Входной ток смещения 250 nA
Pd — рассеивание мощности 1.05 W
Vos — Входное напряжение смещения нуля 7 mV
Вид монтажа Through Hole
Время отклика 1.3 us
Высота 3.3 mm
Длина 19.05 mm
Категория продукта Аналоговые компараторы
Количество каналов 4 Channel
Максимальная рабочая температура + 85 C
Максимальное напряжение сдвоенного питания +/- 18 V
Минимальная рабочая температура 40 C
Минимальное напряжение сдвоенного питания +/- 1 V
Напряжение питания — макс. 36 V
Напряжение питания — мин. 2 V
Напряжение сдвоенного питания +/- 3 V, +/- 5 V, +/- 9 V, +/- 12 V, +/- 15 V
Отключение No Shutdown
Подкатегория Amplifier ICs
Продукт Analog Comparators
Рабочее напряжение питания 3 V, 5 V, 9 V, 12 V, 15 V, 18 V, 24 V, 28 V
Рабочий ток источника питания 2 mA
Размер фабричной упаковки 25
Серия LM2901-N
Технология Bipolar
Тип Voltage Comparator
Тип выхода Rail-to-Rail
Тип компаратора General Purpose
Тип питания Single, Dual
Тип продукта Analog Comparators
Торговая марка Texas Instruments
Упаковка Tube
Упаковка / блок MDIP-14
Усиление по напряжению, дБ 100 dB
Ширина 6.35 mm
Вес, г 1.9

Применение прецизионных аналоговых ИС – часть 29

причем основной его составляющей будет время задержки. Объяс­няется это тем, что r режиме перегрузки, нормальном для компа­ратора, как правило, насыщаются транзисторы, усилительных каскадов О У. Поэтому после снятия перегрузки требуется значи­тельное время для рассасывания накопленного в базах транзисто­ров заряда. Это является основной причиной разработки спе­циализированных интегральных компараторов напряжения с вре­менем восстановления менее 100 не (табл. 7 1).

Однако при сравнении’ сигналов с высокой точностью (десятки микровольт) и требовании минимальной – потребляемой мощности использование ОУ оказывается часто предпочтительнее В этом слу­чае время восстановления будет существенно зависеть от полосы пропускания ОУ. Поэтому, применяя ОУ с внешней коррекцией, необходимо помнить о допустимой минимизации емкости, корректи­рующей АЧХ в период переключения Ј/BbIt, когда ОС разомкнута (см гл 1) Ниже приведены различные типы схем сравнения на ОУ и интегральных компараторах [1—14].

Однопороговые компараторы. Реакция компаратора на повы­шение входным сигналом заданного уровня называется амплитуд­ной дискриминацией или детектированием уровня. В комп? раторах

в табл. 7.2 пепь ОС формирует на выходе ОУ сигнал, совместимый с выходными уровнями TTJT-схем. При Un = Unoр (табл. 7.2, а, б) напряжение да 0 (предполагается, что напряжение смеще­

ния нуля скомпенсировано), стабилитрон и днод закрыты, а ОС разомкнута. Еслн входной сигнал изменится иа несколько микро­вольт в ту или иную сторону, то изменение выходного напряжения, составляющее единицы вольт благодаря большому коэффициенту усиления ОУ, прекратится как только откроется диод и етабилш – рон и коэффициент передачи по цепи ОС станет равен единице. Если Ubx > i/цор» то Овых = — Un и при С/ВХ< £/пор £/выж =

Таблица 72

©днопоряговые компараторы на ОУ

Передаточна и рактеристикч

Vbr ffl

ПОР uon

Rl

^ПОР = — Uc

. 01 [й-1

fff o-i H Utn.

(dJJ= Ј2 dUBX2 { dt )uai C, di

Аналогичную функцию выполняют монолитные компараторы (табл. 7.1), которые по существу являются ОУ со встроенной цепью ограничения 1/в ых.

Заменив один или оба резистора в схеме табл. 7.2, б конденсато­рами, можно сравнить скорость нарастания иъх с постоянным сигна­лом (табл. 7,2, в) или скорости изменения двух сигналов (табл. 7,2,г).

Точность сравнения компараторов ограничивают б первую очередь напряжение смещения нуля UCM и входные токи /вх, /р, а в некоторых случаях (табл. 7.2, а) и конечный коэффициент ос — лабления синфазного сигнала ОУ, Пути уменьшения этих погреш­ностей рассмотрены в гл. 1.

Л

В компараторах, работающих с высокочастотными входными сигналами, для устранения влияния статических ошибок можно до­полнительно ввести низкочастотную ОС (рис. 7.2). Низкочастотные составляющие входного сигнала подавляются глубокой отрица­тельной ОС.Ht————- Вт

т[\ *± It

jWf ж.

jjliL т у

Рис. 7.2. Включение низкочастотной ОС (,С) в компаратор

Рис. 7 3 Прецизионный компаратор с точностью «0,1 мВ на базе 521CAI

периода входного сигнала, умноженного* на Ки компаратора. При­веденная схема с указанными номиналами элементов хорошо ра­ботает на частоте входного сигнала более 1 кГц, а ее чувствитель­ность порядка 0,1 мВ [4L Однако необходимо следить, чгобы сдвиг фазы в цепи ОС не превысил допустимую величину, что приведет к возбуждению компаратора. Это может случиться, например, при подключении к его выходу осциллографа с большой входной емко­стью В то же время иа логическую схему устройство может рабо­тать нормально.

Прецизионный однопороговый компаратор можно построить и на сдвоенном компараторе типа 521СА1 несмотря на его низкое усиле­ние {Ки — Ю3) по, сравнению с ОУ. Благодаря действию высоко­частотной положительной ОС компаратор на рис 7.3 имеет чувст­вительность около 0,1 мВ. При очень медленных измене­ниях или малых амплитудах входного сигнала время переклю­чения однопороговой схемы сравнения зависит от скорости изме­нения входного напряжения, }т и К’и ОУ или полупроводникового компаратора, Для уменьшения времени сравнения таких сигналов используют схемы сравнения с положительной ОС — регенератор­ные компараторы (табл 7 3) Отличительной особенностью реге* нераторных компараторов является гистерезис передаточной харак­теристики.

* Таблица 73

Регенераторные компараторы

Напряжение

Структура

Передаточная Ла рлft ret iicr. tK?

верхнего tupora переключения

— нижнего I гистерезиса

порога пепечлюяения переключения

В простейшем регенераторном компараторе (табл. 7.3, а) при от­рицательном и близком к нулю входном напряжении выходное на­пряжение положительно, а напряжение на неинвертирующем входе определяет верхний порог переключения £/а = UC^R2/(R2 ^ RX Как только входное напряжение достигает величины UB, ток в це — 172

пи стабилитронов становится равным нулю, а затем меняет направ­ление и уровень выходного напряжения ОУ переключается в сос­тояние, противоположное всходному. После переключения на неин­вертирующем входе ОУ устанавливается напряжение, соответ­ствующее нижнему порогу переключения Un = — UB. Чтобы теперь переключить компаратор в обратное состояние, амплитуда выходного напряжения должна измениться от Uu до Ub, т. е. на напряжение 2 UB, которое н определяет величину гистерезиса.

Преимущество компараторов с гистерезисом состоит в том, что шумы входного сигнала и нестабильности питания не вызывают ко­лебаний выходного напряжения вблизи точки сравнения, как в одно-* пороговых компараторах Однако точность регенераторных компа­раторов меньше, чем однопороговых, на величину гистерезиса. Поэтому обычно приходится искать компромисс между помехоза­щищенностью схемы и точностью

Для получения симметричной петли гистерезиса относительно опорного входного напряжения уровни выходного напряжения должны быть равны по величине. Изменение по каким-либо причи­нам одного из этих уровнен вызывает смещение гистерезиса и, сле­довательно, расчетной точки срабатывания компаратора, что при­водит к увеличению погрешности сравнения Этот недостаток в зна­чительной степени устраняется включением в схему управляемого выходным напряжением ключа (ПТ в схеме табл 7 3, б) Если со­противление ПТ в открытом состоянии меньше 100 Ом, то погреш­ность установления порогов срабатывания при использовании 1%-ных резисторов будет меньше 0,01 Для увеличения ско­рости переключения ПТ диод шунтирукЗт конденсатором С, уско­ряющим разряд паразитной емкости исток — затвор ПТ

Регенераторный компаратор с постоянным напряжением ниж­него nopoia переключения при регулир>емой величине гистерези­са показан в табл 7,3,6. Благодаря включению в схему диода Д1 цепь положительной ОС размыкается при UQn и на выходе

ОУ устанавливается близкое к нулю напряжение, определяемое токами утечки через диод Д2 и резистор R4. Если затем входное на­пряжение уменьшится до значения Uоп, выходное напряжение ком­паратора переключится в противоположное состояние Выходной сигнал можно снимать как с выхода ОУ, так и со стабилитрона. Преимущество схемы в том, что напряжение лог 0 приблизитель­но равно нулю, а не — £/д, как в других схемах. Это упрощает со­гласование выходных напряжений схемы сравнения в табл. 7 3, б с ТТЛ-схемами. Резистор R3 включен для ограничения тока диодов при высоком уровне выходного напряжения, а резистор R4 обеспе­чивает ток разряда емкости диода Д2 и увеличивает нагрузочную способность компаратора.

Двухпороговые компараторы (дискриминаторы). Компаратор, состояние выхода которого изменяется два раза при увеличении входного сигнала в некотором диапазоне, называют двухпороговым (табл. 7.4).

Т ц б л и п а 7.4

Двухпороговые компараторы

Верхний (£/в) н нижний (t/Hj пороги переключеня’

Структуре

-89

(/в гя L/on — J — UU = U0I1 — U c mi

Наиболее простыми и поэтому наиболее распространенными яв­ляются мостовые двухпороговые компараторы (табл 7,4, а) Диод­ный мост включен в цепь ОС ОУ, а изменение £/йых происходит, как только входной ток Iv превысит ток /2, отдаваемый в мост цепью смещения При изменении 1/„ых переключаются диоды и коэффи­циент передачи по цепи ОС Точность уровней дискриминации и ми­нимальная ширина окна ограничиваются десятками милливольт из — за разброса падений напряжений на открытых диодах Схема име­ет температурный дрейф уровней дискриминации порядка единиц милливольт иа ГС

Если точность двухпорогового компаратора может быть хуже 10 мВ, но рабочая частота должна быть не менее 10 МГц, целесооб­разно воспользоваться сдвоенным компаратором 521СА1 (табл.0,1 мВ. Недо­статком схемы в табл. 7.4, в является ограниченный диапазон регу­лировки окна дискриминации (< 100 мВ), а преимуществом — боль­шое входное сопротивление. Дрейф порогов дискриминации схемы, определяемый ОУ, не превышает 50 мкВ’°С.

Прецизионный двухуровневый дискриминатор с шириной окна дискриминации несколько милливольт и дрейфом напряжений по­рогов несколько микровольт на ГС показан в табл 7 4, г. В преде­лах окна дискриминации оба ОУ охвачены общей отрицательной ОС и выходное напряжение усилителя А1 равно нулю. На пороги дис­криминации влияет в основном стабильность крайних значений выходного напряжения усилителя А2, которое приводится ко входу >силителя А1 уменьшенным в RjRi раз. Благодаря действию глу­бокой ОС и большой величине R2/Rt = 10* влияние ОУ и стабилит­ронов на напряжение порогов переключения значительно ослабля­ется, поэтому можно получить ширину окна порядка доли мил и воль — га с дре uJjom порогов т \ мкВ/йС. Максимальная ширина окна полу­чается при исключении стабилитронов.————— — ~ \’ ■ т

Выходной сиена/г

Рис. 7.4 Регенератор цифровой последовательности

*

Специализированные компараторы. На рис. 7.4 приведен регене ратор цифровой последовательности (РЦП) для выделения логичес­ких сигналов в телеметрической системе с высоким уровнем шумов. Устройство позволяет «очистить* цифровой сигнал от шума, ампли­туда которого составляет 70% от амплитуды сигнала, не изменяя последнюю (И сохраняя уровень сигнала [II].

РЦП включает регенераторный компаратор (А4) с регулируемым гистерезисом, двухпороговый компаратор IА2, A3) н неинвертнрую – щин усилитель с коэффициентом усиления, регулируемым ПТ. Если Uвх «0, то А1 обеспечивает максимальное усиление, по­скольку на выходах А2 и A3 устанавливается высокое напряжение и транзистор Т1 оказывается открытым (т. е. имеет небольшое со­противление). Прн UBX > 0 выходное напряжение А1 увеличивает – 176

ся и когда его величина достигнет значения опорного напряжения Uon, на входе А2 установится отрицательное напряжение. Это на­пряжение переводит транзистор в закрытое состояние, уменьшая тем самым усиление А1. Выходное напряжение А1 сохраняет по­ложительное значение до тех пор, пока его величина больше, чем произведение входного напряжения на максимальный коэф­фициент усиления А1 Для этого достаточно, чтобы входное на­пряжение было на несколько милливольт больше иуля.

Глава 10 Компараторы напряжения

Компараторы напряжений это устройства, которые предназначены для сравнения двух сигналов. Они имеют два входы. Один из входов предназначен для подачи исследуемого сигнала Ux, а другой для подачи опорного напряжения Uоп.

В момент времени, когда исследуемый сигнал Uxсравнивается с пороговым напряжениемUпор, который зависит от величины опорного напряжения Uоп=F(Uпор),компаратор изменяет свое состояние. Состояние компаратора определяется величиной выходного напряжения, которое может принимать два значения:Uвых=U0вых или U1вых.

Работу компаратора обычно характеризуют аналитически, в виде неравенств или амплитудной характеристикой. Компаратор с такой характеристикой называется неинвертирующим.

На рис. приведен инвертирующий компаратор.

Вкачестве компараторов обычно используют операционные усилители.

Входные (Uвх+, Uвх-) и выходное (Uвых) напряжения ОУ связаны соотношением:

Uвых = Коу (Uвх+ — Uвх-) , (1)

где Коу— коэффициент усиления операционного усилителя.

В связи с тем, что Коу достаточно велик (105 — 106),. линейный режим имеет место только при малых входных сигналах, когда диапазон входных не превышает долей или единиц милливольта.

При отсутствии отрицательной обратной связи или при введении положительной обратной связи схемы на ОУ обладают нелинейными свойствами и выполняют функции компараторов, генераторов сигналов и т. п.

При достаточно больших значениях входного дифференциального напряжения имеет место режим ограничения выходного напряжения, т.е:

Uвых = U1вых≈ Еп+ sign Uвх+, при Uвх+ > Uвх-, (1.1)

U0 вых ≈ Еп¯ sign Uвх+, при Uвх+ < Uвх-,

Итак, благодаря большому коэффициенту усиления ОУ имеют амплитудную характеристику аналогичную характеристике компаратора.

Недостатком ОУ при использовании их в качестве компараторов является невысокое быстродействие переключения (из-за сложности схемы и большого числа активных элементов).

В тех случаях, когда требуется высокое быстродействие применяют специализированные схемы компараторов. По структуре они аналогичны ОУ, но имеют более простую схему с меньшим числом активных элементов.

Основные параметры компаратора аналогичны параметрам ОУ, но имеются и специфические: зона неопределенности 2ΔЕ=Епоу — это такое изменение исследуемого напряжения вблизи порога срабатывания, при котором компаратор не принимает ни одного из своих стационарных состояний.

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.

Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.

Основнымдинамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения Uд при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

Рис. 8. Переходная характеристика компаратора А710 при различных превышениях скачка входного напряжения Uд над опорным: 1 — на 2 мВ; 2 — на 5 мВ; 3 — на 10 мВ; 4 — на 20 мВ.

Выходные каскады компараторов обычно обладают большей гибкостью, чем выходные каскады операционных усилителей. В обычном ОУ используют двухтактный выходной каскад, который обеспечивает размах напряжения в пределах между значениями напряжения питания (например, +/-13 В для ОУ типа 140УД7, работающего от источников +/-15 В). В выходном каскаде компаратора эмиттер, как правило, заземлен, и выходной сигнал снимается с «открытого коллектора». Выходные транзисторы некоторых типов компараторов, например, 521СА3 или LM311 имеют открытые, т.е. неподключенные, и коллектор и эмиттер. Две основные схемы включения компараторов такого типа приведены на рис. 5.На рис. 5а выходной транзистор компаратора включен по схеме с общим эмиттером. При потенциале на верхнем выводе резистора равном +5 В к выходу можно подключать входы ТТL, nМОП- и КМОП-логику с питанием от источника 5 В. Для управления КМОП-логикой с более высоким напряжением питания следует верхний вывод резистора подключить к источнику питания данной цифровой микросхемы.

Если требуется изменение выходного напряжения компаратора в пределах от U+пит до Uпит, выходной каскад включается по схеме эмиттерного повторителя (рис. 5б). При этом заметно снижается быстродействие компаратора и происходит инверсия его входов.

Рис. 5. Схемы включения выходного каскада компаратора 521СА3.

Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор — это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.

Исследования по методу с использованием компаратора

Два или более элементов данных, чтобы определить, являются ли они равны или для определения соотношения величины между ними и порядок упоминается как Сравнительный. Схемы или устройства можно выполнить эту функцию называют компаратор сравнения. Компаратор представляет собой аналоговый сигнал напряжения и компаратор цепь опорного напряжения. Два входа компаратора в аналоговый сигнал и выводит двоичный сигнал 0 или 1, когда входное напряжение разница увеличивается или уменьшается и изменение знака, то выход остается постоянным.

Во многих случаях, мы должны знать, какой из этих двух сигналов относительно большой, или когда сигнал превышает заданное напряжение. Операционные усилители могут легко создать простую реализацию схемы функции. Схема сравнения в фазе, когда входное напряжение превышает напряжение инверсии, выходное напряжение от низкого уровня до высокого уровня. Инвертирования схема сравнения, когда входное напряжение превышает опорное напряжение, подаваемое на неинвертирующий терминал, выходной переход от высокого уровня к низкому уровню.

Компаратор может быть использован в качестве аналогового / цифрового преобразователя (АЦП). Когда операционный усилитель без отрицательной обратной связи может быть использован в качестве компаратора, в принципе, но коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя очень высока, он может обрабатывать только очень небольшой входной дифференциальный сигнал напряжения. Кроме того, в целом, тем дольше время задержки операционного усилителя может не соответствовать фактической потребности. Компаратор может обеспечить отрегулированную минимальное время задержки, но частотная характеристика будет ограничен. Во избежание выхода колебаний, многие компараторы с внутренним гистерезисом. Порог Компаратор фиксируется, есть только один порог, некоторые с двумя пороговыми значениями.

ОУ компаратор, состоящая из классификации:

(1) пересечения нулевого уровня компаратора напряжения: схемы компаратора типичной амплитуды.

(2) Напряжение Компаратор: при пересечении нулевого уровня компаратора один вход изменяется от напряжения земли до фиксированного значения, то компаратор напряжения получается.

(3) окно компаратора: амплитуда цепь компаратора состоит из двух, а некоторые из диодов и резистора. Потенциальный уровень сигнала высокого уровня выше, чем заданное значение VH, значительная положительная выходной цепь компаратора насыщения. Низкий потенциал сигнал уровня ниже, чем заданное значение VL, относительно отрицательной выходной цепи компаратора насыщения. Компаратор имеет два порога, кривая характерна передача была окна, как, это называется окно компаратора.

(4) гистерезис компараторы: праймер из выходного сигнала делителя ног инвертирующих входа терминал. Когда напряжение на входе VI постепенно увеличивается от нуля, и В.И. меньше, чем VT, выход компаратора является положительное напряжение насыщения, В.Т. называется верхним пределом порога (триггер) уровень. Когда входное напряжение VI> VT «выход компаратора отрицательное напряжение насыщения, В. Т.» называется нижний порог (триггер) уровень.


Компаратор пересечения нулевого уровня в связи фиг


Фиг соединение двух компараторов напряжения


Фигура три соединения окно сравнения на фиг.


Фигура четыре соединения гистерезиса компаратора

Пересечения нуля компаратора и компаратор напряжения все одного порогового компаратора, можно разделить на одном инвертирующий вход порогового компаратора напряжения, An компараторов напряжения инвертирующий вход одного порога, если опорное напряжение Vref = 0, то напряжение входного сигнала Ви за пересечения нуля, называется резкое изменение выходного сигнала, это сравнение, называется нулевой пересечения компараторов а. Как показано ниже.


Пять-фазный компаратор на фиг.


Рисунок VI инвертирующий компаратор


Выход одного порогового компаратора семь различных опорных напряжений на фиг.

Несмотря на то, одного порогового компаратора имеет простую схему, высокую чувствительность, но и его анти-помех способность. Когда Vi содержит шум или помехи напряжение, выходное колебание, высокую и низкую мутацию, так как окрестности Vi = Vt = Vref интерференции возникает, иногда до Vo из VOH, т. Иногда это, в результате чего на выходе компаратора нестабилен. Если выходное напряжение Vo для управления двигателем, явление будет происходить часто начало и остановку, эта ситуация не разрешена, схема используется для улучшения анти-помехи способности гистерезиса компаратора.

Схема: Как следует из названия, представляет собой гистерезис компаратор, имеющий петлю гистерезиса передачи характеристику компаратора. Представляя положительную обратную связь компаратора порогового напряжения, основываясь на одном входе двери инвертирующий, вход инвертирующего о составе гистерезиса компаратора, имеющего двойное пороговое значение (также называемый триггер Шмитта). Как будет Vi и Vref обмен позиции, может состоять из неинвертирующего входа компаратора гистерезиса. С положительной обратной связью, пороговое напряжение компаратора с этим изменением выходного напряжения Vo изменяется, некоторые из его низкой чувствительности, в то время как устойчивость к помехам значительно улучшилось.


Диаграмма VIII инвертирующего вход гистерезисной схемы компаратора

Оценка порогового напряжения: Так как ОУ компаратор находится в положительном состоянии обратной связи, так что в общем случае, выходное напряжение Vo и входное напряжение Vi не линейная зависимость, только переход выходного напряжения происходит мгновенно, интегрированный операционный усилитель напряжение на оба входных терминалы приблизительно равны нулю до этого, то есть ВИД = 0 или Vp = Vn = Vi выходного напряжения Vo является критические условия преобразователя, когда Vi> Ур, выходное напряжение Vo к Vol низкого уровня .; наоборот, высока Во- Вох. Очевидно, что здесь есть фактическое значение Vp VT порогового напряжения. Установить ОУ является идеальным, принцип суперпозиции, на карте, являются:

        

В зависимости от значения выходного напряжения Vo (VOH или Vol), соответственно, можно определить верхнее пороговое напряжение Vt +, и нижний порог напряжения соответственно УТ-:

        

с участием

Или гистерезиса Ширина порогового напряжения:

        

Характеристики передачи:

       


Компараторы — CoderLessons.com

Компаратор — это электронная схема, которая сравнивает два входных сигнала, которые к нему применяются, и выдает выходной сигнал. Выходное значение компаратора указывает, какой из входов больше или меньше. Обратите внимание, что компаратор подпадает под нелинейные применения микросхем.

Операционный усилитель состоит из двух входных клемм и, следовательно, компаратор на основе операционного усилителя сравнивает два входных сигнала, которые к нему применяются, и выдает результат сравнения в качестве выходного. В этой главе обсуждаются компараторы на основе операционных усилителей .

Типы компараторов

Компараторы бывают двух типов: инвертирующие и неинвертирующие . В этом разделе подробно обсуждаются эти два типа.

Инвертирующий Компаратор

Инвертирующий компаратор представляет собой компаратор на основе ОУ , для которого опорного напряжение подается на его неинвертирующий терминал и входное напряжение подаются на его инвертирующий терминал. Этот компаратор называется инвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое нужно сравнить, подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Принципиальная схема инверторного компаратора показана на следующем рисунке.

Работа инверторного компаратора очень проста. Он производит одно из двух значений, +Vсел и −Vсел на выходе на основе значений его входных напряжений VI и опорное напряжение Vисх ,

  • Выходное значение инвертирующего компаратора будет −Vсидел, для которых входной сигнал Vя напряжение больше, чем опорное напряжение V реф.

  • Выходное значение инвертирующего компаратора будет V+сидел, для которых входной сигнал Vя меньше, чем опорное напряжение V реф.

Выходное значение инвертирующего компаратора будет −Vсидел, для которых входной сигнал Vя напряжение больше, чем опорное напряжение V реф.

Выходное значение инвертирующего компаратора будет V+сидел, для которых входной сигнал Vя меньше, чем опорное напряжение V реф.

пример

Обратим форму волны выходного инвертирующего компаратора, когда синусоидальный входной сигнал и опорное напряжение нуля вольт применяются к его инвертирующим и неинвертирующим терминалов соответственно.

Работа инвертирующего компаратора, показанного выше, обсуждается ниже —

  • Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующем выводе операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно −Vsat во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

  • Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующей клемме операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно +Vsat во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующем выводе операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно −Vsat во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на инвертирующей клемме операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение инвертирующего компаратора будет равно +Vsat во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

На приведенном ниже рисунке показаны входные и выходные формы волны инвертирующего компаратора, когда опорное напряжение равно нулю вольт.

На рисунке, показанном выше, мы можем наблюдать, что выходные переходы либо из −Vsat в +Vsat, либо из +Vsat в −Vsat всякий раз, когда синусоидальный входной сигнал пересекает ноль вольт. Другими словами, выход меняет свое значение, когда вход пересекает ноль вольт. Следовательно, вышеупомянутая схема также называется инвертирующим детектором пересечения нуля.

Неинвертирующий компаратор

Неинвертирующий компаратор представляет собой компаратор на основе ОУ, для которого опорного напряжение подается на его инвертирующий терминал и входное напряжение подается на его неинвертирующий терминал. Этот компаратор на основе операционного усилителя называется неинвертирующим компаратором, поскольку входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя.

Принципиальная схема неинвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

Работа неинвертирующего компаратора очень проста. Он производит одно из двух значений, +Vсел и −Vсел на выходе на основе значений входного напряжения VT и опорного напряжения V+ реф ,

  • Выходное значение неинвертирующего компаратора будет V+сидел, для которой входного напряжения Vя больше, чем опорное напряжение +Vисх.

  • Выходное значение неинвертирующего компаратора пчелы −Vсел, для которой входного напряжения Vя меньше, чем опорное напряжение +Vисх.

Выходное значение неинвертирующего компаратора будет V+сидел, для которой входного напряжения Vя больше, чем опорное напряжение +Vисх.

Выходное значение неинвертирующего компаратора пчелы −Vсел, для которой входного напряжения Vя меньше, чем опорное напряжение +Vисх.

пример

Обратим форму выходной волны неинвертирующий компаратора, когда синусоидальный входной сигнал и опорное напряжение нуля вольт применяются к неинвертирующим и инвертирования терминалов на ОУ , соответственно.

Работа неинвертирующего компаратора объяснена ниже —

  • Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно +Vsat в течение положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

  • Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующем выводе операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно −Vsat во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

Во время положительного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующей клемме операционного усилителя, больше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно +Vsat в течение положительного полупериода синусоидального входного сигнала.

Аналогично, во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала напряжение, присутствующее на неинвертирующем выводе операционного усилителя, меньше нуля вольт. Следовательно, выходное значение неинвертирующего компаратора будет равно −Vsat во время отрицательного полупериода синусоидального входного сигнала.

На приведенном ниже рисунке показаны входные и выходные формы волны неинвертирующий компаратора, когда опорное напряжение равно нулю вольт.

Из рисунка, показанного выше, мы можем заметить, что выходные переходы либо из +Vsat в −Vsat, либо из −Vsat в +Vsat всякий раз, когда синусоидальный входной сигнал пересекает ноль вольт. Это означает, что выход меняет свое значение, когда вход пересекает ноль вольт. Следовательно, вышеупомянутая схема также называется неинвертирующим детектором пересечения нуля .

Почему компараторы обычно имеют более высокие напряжения смещения, чем операционные усилители?

Высокая скорость с небольшой разницей получить сложно.

Обратите внимание, что компараторы, как правило, имеют более высокие входные напряжения смещения, чем операционные усилители, но также и гораздо более эффективный шум, поскольку для получения высокой скорости они являются широкополосными животными.

Оливер Коллинз выпустил статью пару десятилетий назад, в которой показано, что вы получите гораздо лучшие результаты, то есть меньшее дрожание времени, если вы предшествуете быстрому компаратору с одним или несколькими каскадами операционного усилителя с низким уровнем шума и низким усилением, каждая с однополюсной фильтрацией на выходе , чтобы увеличить скорость нарастания поэтапно. Для любой заданной входной скорости нарастания и конечного компаратора существует оптимальное количество ступеней, профиль усиления и выбор постоянных времени RC.

Это означает, что начальные операционные усилители используются не в качестве компараторов, а в качестве усилителей наклона, и, следовательно, им не требуется выходная скорость нарастания или произведение GBW, которое потребуется для конечного компаратора.

Пример показан здесь для двухступенчатого усилителя наклона. Значения не указываются, так как оптимальное значение зависит от скорости нарастания входного сигнала. Тем не менее, по сравнению с использованием только выходного компаратора, почти любой профиль усиления будет улучшением. Если вы используете, например, усиление 10, а затем усиление 100, это было бы очень разумным местом для начала экспериментов.

смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab

Очевидно, что усилители будут тратить много времени на насыщение. Ключом к настройке RC-фильтров является выбор постоянной времени, чтобы время, необходимое усилителю для перехода из насыщенной в среднюю точку при максимальной скорости на входе, удваивалось выбранным RC. Постоянные времени, очевидно, уменьшаются вдоль цепи усилителя.

После операционного усилителя RC показаны в виде реальных фильтров, а не C, размещенного на резисторе усиления обратной связи. Это связано с тем, что этот фильтр продолжает высокочастотное затухание шума при 6 дБ / октава до произвольно высоких частот, тогда как конденсатор в контуре обратной связи прекращает фильтрацию, когда частота достигает единичного усиления.

Обратите внимание, что использование RC-фильтров увеличивает абсолютную задержку по времени между входом, пересекающим порог, и выходом, определяющим его. Если вы хотите минимизировать эту задержку, то RC должны быть опущены. Однако фильтрация шума, обеспечиваемая RC, позволяет получить лучшую повторяемость задержки от входа к выходу, что проявляется в уменьшении джиттера.

Только входной операционный усилитель требует высокой производительности с точки зрения шума и напряжения смещения, характеристики всех последующих усилителей могут быть ослаблены его усилением. И наоборот, первый усилитель не требует такой высокой скорости нарастания или GBW, как последующие усилители.

Причина того, что эта структура не предоставляется в коммерческих целях, заключается в том, что производительность требуется так редко, а оптимальное количество ступеней настолько зависит от скорости нарастания входного сигнала и требуемых спецификаций, что рынок будет крошечным и фрагментированным и не стоит собирается после. Когда вам нужна эта производительность, лучше построить ее из блоков, которые вы можете получить с коммерческой точки зрения.

Вот передняя часть статьи, в IEEE Transactions on Communications, том 44, № 5, май 1996 г., стартовая страница 601, и сводная таблица, показывающая, какую производительность вы получаете, изменяя количество ступеней усиления наклона и усиление Распределение этапов. Из таблицы 3 вы увидите, что для конкретного случая желательного усиления наклона 1e6, в то время как производительность продолжает улучшаться выше 3 ступеней, большая часть улучшения уже произошла только с 3 ступенями.

Словарь электронных и технических терминов. Схемы компаратора напряжения операционного усилителя

Общие технические условия
«А» «Б» «С», «Д», «Э», «Ф», «ГРАММ», «ЧАС», «Я», «Дж», «К», «Л», «М»,
«Н», «О», «П» «К», «Р», «С», «Т», «У», «В», «В», «ИКС», «Ю», «З»

Компаратор напряжения

Компаратор напряжения — это устройство, которое сравнивает напряжение на двух входах и формирует выходной сигнал на основе входов. Высокий выходной сигнал, когда положительный входной сигнал больше отрицательного входного сигнала, или низкий выходной сигнал, когда положительный входной сигнал меньше отрицательного входного сигнала.


Компаратор

Компаратор — это компонент, который сравнивает два аналоговых входа и выводит цифровой сигнал, который показывает, какой входной сигнал больше другого. Приемлемый аналоговый вход зависит от фактического используемого компаратора напряжения и напряжения, используемого для его питания. Цифровой выход может быть практически любым цифровым сигналом и опять же зависит от компаратора и напряжения, используемого для его питания. Однако; выходы могут включать в себя открытый сток, открытый коллектор, тотемный столб TTL, LVDS или двухтактный, чтобы перечислить наиболее распространенные.Таким образом, несмотря на то, что вход аналоговый, выход может напрямую взаимодействовать со многими семействами логики ТТЛ.

Хотя компаратор напряжения не является операционным усилителем, приложение может по-прежнему использовать термины инвертирующий и неинвертирующий. Инвертирующий компаратор напряжения подает сигнал на отрицательный вход, в то время как плюсовая клемма фиксируется на опорном напряжении. Неинвертирующий компаратор напряжения будет подавать сигнал на плюсовой вход, в то время как минусовая клемма фиксируется на опорном напряжении.Таким образом, термины применяются к входу, находящемуся выше опорного, а выходной сигнал переключается либо на высокий [неинвертирующий], либо на низкий [инвертирующий].

Общие приложения

Детектор пересечения нуля может быть создан путем подачи входа на плюсовую клемму и заземления минусовой клеммы. Выход становится высоким, когда вход превышает опорный уровень земли.

Гистерезис может быть добавлен к компаратору напряжения путем применения обратной связи. Конфигурация начинает выглядеть как схема операционного усилителя, но схема по-прежнему является компаратором и никогда не будет функционировать как операционный усилитель.Входной резистор [Ri] и резистор обратной связи [Rf] определяют гистерезис напряжения [Vh]. Vh = Ri/(Rf + Ri)


Компаратор

Резистор 1 МОм между плюсовым входом и землей является просто компенсационным резистором и не является частью функции гистерезиса. Подтягивающий резистор 3k между Vcc и выходом устанавливает уровень выходного напряжения. В качестве примера используемого компаратора напряжения используется LM339, который использует выход с открытым коллектором, что означает, что выход должен быть поднят до некоторого уровня.Напряжение Vcc не обязательно должно совпадать с напряжением, используемым для питания устройства, и может быть изменено для соответствия различным выходным интерфейсам. Например, выходное напряжение может быть увеличено до 5 вольт для интерфейса с 5-вольтовой TTL-логикой или 3,3 вольта для взаимодействия с этой серией деталей [независимо от питания, подаваемого на ИС].

Комплектация компаратора напряжения
Компараторы напряжения

доступны в тех же комплектациях, что и операционные усилители. Корпуса для сквозных отверстий могут быть пластиковыми DIP-пакетами или керамическим DIP-пакетами [для военных и космических приложений], в то время как версии для поверхностного монтажа будут в корпусе SOIC.Стандартный корпус содержит 14 контактов и содержит четыре отдельных компаратора, поскольку LM339 определяет счетверенный корпус. Справа показан 14-контактный LM339 в пластиковом корпусе DIP производства STMicroelectronics. Буква N после номера детали означает пластиковый DIP-корпус.

Неиспользуемые входы компаратора напряжения
Компараторы напряжения

также отличаются от операционных усилителей, когда речь идет о неиспользуемых устройствах в корпусе. Неиспользуемые входы компаратора напряжения необходимо подключить к источнику отрицательного напряжения; опять же, это отличается от операционного усилителя.

Принцип работы компаратора напряжения (ART502E)

Как работает компаратор напряжения (ART502E)

Очень полезная схема, доступная в интегральной форме, с характеристиками, позволяющими использовать ее во множестве конструкций, — это компаратор напряжения. В этой статье мы покажем, как это работает и как мы можем использовать это в практических приложениях.

Компаратор напряжения — это больше, чем операционный усилитель, который имеет очень высокий коэффициент усиления и может нормально работать от простого источника питания.У нас есть два основных способа использования компаратора, которые определяют тип получаемого результата.

В первом способе, показанном на рисунке 1, мы подключаем вход инвертора компаратора к паре резисторов, значения которых будут определять опорное напряжение на этом входе.

 

Рисунок 1. Использование резисторов в качестве эталона

 

 

Если мы используем, например, два резистора одинакового номинала, опорное напряжение будет равно половине напряжения питания или Vcc/2.Для других соотношений значений, например, при использовании любых резисторов R1 и R2, опорное напряжение будет иметь вид:

.

 

Vref = Vcc (R1/R1 + R2)

 

Другая возможность установления опорного напряжения — использование стабилитрона, как показано на рис. 2.

 

 

Рисунок 2 – Установка эталона с помощью стабилитрона

 

 

На другой вход компаратора подаем сравниваемое напряжение, т.е.д., входное напряжение. Если это напряжение ниже опорного напряжения, на выходе компаратора будет напряжение, очень близкое к 0 В.

Если это напряжение выше опорного напряжения, то выходы компаратора перейдут на высокий уровень, т.е. будут иметь напряжение, очень близкое к напряжению питания. Это поведение можно проиллюстрировать графиком, как показано на рисунке 3.

 

 

Рисунок 3 – Характеристика компаратора

 

 

Обратите внимание, что в области, где входные напряжения очень близки, мы имеем неопределенное поведение выхода при переходе.

Очень высокий коэффициент усиления схемы делает этот неопределенный диапазон очень узким, всего несколько милливольт или, самое большее, несколько десятков милливольт. Во втором режиме работы опорное напряжение подается на неинвертирующий вход (+), а входное напряжение подается на инвертирующий вход, как показано на рисунке 4.

 

 

Рисунок 4 – Второй режим работы

 

 

В этих условиях, если входное напряжение ниже опорного, выходное напряжение будет положительным, очень близким к напряжению питания.Если входное напряжение больше опорного напряжения, выходное напряжение очень близко к нулю.

График, представляющий это поведение, показан на рис. 5.

 

 

Рисунок 5 – График для второго режима работы

 

 

На практике напряжение не может достигать Vcc или нуля из-за потерь в компонентах схемы.

Однако существуют компараторы, где напряжение очень близко к этим значениям, поэтому они называются rail-to-rail, т.е.е., выходное напряжение колеблется между двумя линиями питания (рельсом). Токи, которые мы можем получить с выхода компаратора, обычно малы, порядка нескольких миллиампер или чуть более дюжины миллиампер, что позволяет управлять только обычными светодиодами, как показано на рисунке 6.

 

 

Рисунок 6 – Светодиоды управления

 

 

Значение резистора R определяется в зависимости от напряжения питания, чтобы ограничить ток светодиода значением, находящимся в пределах емкости компаратора.Например, для силового каскада, запускающего реле, лампы или двигатели, мы можем использовать схемы на рис. 7.

 

 

Рисунок 7. Запуск силовых цепей

 

 

В первой схеме имеем нагрузки до 100 мА, когда на выходе компаратора высокий уровень, то есть близкий к напряжению питания. Во второй схеме имеем нагрузку того же порядка, когда выходное напряжение равно нулю.

Третья схема соответствует каскаду большей мощности с транзистором Дарлингтона, порядка 1 А.

Для PNP (положительного, отрицательного, положительного) Дарлингтона у нас есть привод с нулевым напряжением, в то время как в приведенном примере запуск происходит, когда выход компаратора положительный. Питание компаратора от источника 5 В может управлять нагрузками TTL (транзисторно-транзисторная логика), а с другими напряжениями у нас есть совместимость с CMOS (комплементарный металлооксидный полупроводник), требующая только подключения внешнего подтягивающего резистора, обычно от 10 кОм до 100 кОм. , как показано на рисунке 8.

 

 

Рисунок 8 – Подтягивающий резистор

 

 

Этот резистор необходим, потому что выход компаратора обычно состоит из транзистора с закрытым (открытым) коллектором.

Без внешнего резистора транзистор не поляризован.

 

приложений

Вот некоторые важные приложения, значения основных компонентов которых можно оставить открытыми, поскольку они зависят от желаемого поведения схемы.

 

Световая сигнализация

На рисунке 9 у нас есть базовая схема срабатывания системы сигнализации при срезе или падении света, основанная на компараторе.

 

 

Рисунок 9. Световой или теневой сигнал тревоги

 

 

Нагрузками может быть одна из цепей, показанных на рис. 7, а чувствительность или точка срабатывания настраиваются путем изменения опорного напряжения с помощью потенциометра.

Основной характеристикой этой схемы является скорость срабатывания, поскольку она срабатывает при минимальном отклонении освещенности от заданного значения. Датчики могут быть LDR (Light Depend Resistor или даже фоторезистор с повышенным нагревом резистора.

).

 

Аварийный сигнал температуры

Используя термисторы NTC (отрицательный температурный коэффициент) или PTC (положительный температурный коэффициент) в качестве датчиков, мы можем контролировать нагрузку с небольшими колебаниями температуры, используя конфигурацию чувствительных термостатов.На рисунке 10 показано, как это сделать.

 

 

Рис. 10. Использование NTC и PTC в качестве датчиков

 

 

На потенциометре установлена ​​точка срабатывания цепи.

 

Оконный компаратор

Два компаратора напряжения, подключенные, как показано на рис. 11, образуют конфигурацию, называемую оконным компаратором. Эта конфигурация связана с тем, что на графике, который представляет поведение этой схемы, показанной на рисунке 12, у нас есть «окно», где выход переходит на высокий или низкий уровень (Vcc или 0V), определяемый соотношением между значения эталонного резистора или эталонного напряжения.

 

 

Рисунок 11 – Двухпороговый компаратор

 

 

 

Рис. 12. Параметр двухпорогового компаратора

 

 

Таким образом, для указанной схемы нагрузка будет срабатывать только тогда, когда входное напряжение находится в диапазоне от V1 до V2. Ниже V1 и выше V2 нагрузка будет отключена.

Если мы подключим LDR ко входу этой схемы, как показано на рисунке 13, и отрегулируем потенциометры P1 и P2 так, чтобы выход оставался выключенным при нормальном освещении, любое нарушение окружающего освещения, увеличивающееся или уменьшающееся в интенсивности, вызовет система для срабатывания.

 

Рисунок 13 – Световой сигнал тревоги

 

 

Вместо LDR мы можем использовать другие типы датчиков в этой цепи, такие как NTC, PTC, давление, положение и т. д.

 

Компаратор фаз

Несколько компараторов, подключенных к сети последовательных резисторов, способных обеспечивать фазные опорные напряжения, как показано на рис. 14, позволяют разработать фазовый компаратор.

 

Рисунок 14 – Компаратор фаз

 

 

Мы можем использовать эту схему в измерителе VU (Volume Unit), добавив аудиовход, показанный на рисунке 15.

 

Рисунок 15 – Вход для волюметра

 

 

Для того, чтобы у нас был фазовый термометр, мы можем включить входную цепь, показанную на рисунке 16.

 

Рис. 16. Термометр с гистограммой

 

 

Осциллятор

Компаратор напряжения также можно использовать для генерации и, таким образом, генерации сигналов в диапазоне до нескольких сотен кГц.Конфигурация для этой цели показана на рисунке 17.

 

 

Рисунок 17 – Генератор с компаратором

 

 

Конденсатор C1 и резистор R1 определяют рабочую частоту генератора (см. раздел «Математика для электроники», как рассчитать частоту). Другие конфигурации могут быть получены для генерации сигналов других форм.

Мы также можем использовать компаратор в качестве усилителя, но это не будет рассматриваться в этой статье.Теперь мы рассмотрим некоторые типы компараторов, которые вы можете создавать в наши дни.

 

Компаратор на практике

В качестве компаратора в принципе можно использовать любой операционный усилитель.

Итак, если нам нужен только один компаратор в проекте, мы можем использовать операционный усилитель 741, без проблем.

На рисунке 18 у нас есть корпус и цоколевка операционного усилителя 741.

 

 

Рисунок 18 – Модель 741

 

 

Основные характеристики этой операционной:

 

Максимальное напряжение: 18 + 18 В

 

Входное сопротивление: 2 МОм

 

Типовое усиление: 300 000

 

Выходное сопротивление: 75 Ом

 

Максимальный выходной ток: 25 мА (тип.)

 

Распространенной серией компараторов являются LM293, 393 и LM2903, выводы которых показаны на рисунке 19.

 

Рис. 19. Усилители LM193, 293 и 393 плюс LM2903

 

 

Характеристики этих усилителей следующие:

 

Диапазон напряжения питания: от 2 до 36 В (18 + 18 В)

 

Коэффициент усиления: 200 В/мВ (тип.)

 

Другое популярное семейство — LM139, 239, 339 и LM290, показанное на рис. 20.

 

Рисунок 20 – LM139/239/339 и LM2901

 

 

В одном корпусе имеем четыре компаратора, которые могут работать с напряжением от 1 до 18 В и иметь коэффициент усиления от 100 000 до 200 000 в зависимости от типа.

Максимальный выходной ток составляет 16 мА, и обычно требуется подтягивающий резистор 2 кОм.

 

Заключение

Нет предела возможностям компаратора напряжения. На нашем сайте есть множество проектов, использующих эти компоненты. Просмотрите как статьи, так и наш огромный банк схем, набрав в поиске, например, LM339.

 

 

 

Компаратор двойного напряжения LM393 — ProtoSupplies

Описание

Двойной компаратор напряжения LM393 содержит два независимых прецизионных компаратора напряжения, предназначенных для работы от одного или раздельного источника питания.

КОМПЛЕКТ ВКЛЮЧАЕТ:

  • Двойной компаратор напряжения LM393

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВОЙНОГО КОМПАРАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ LM393:
  • Низкое входное напряжение смещения 5,0 мВ
  • Низкий рабочий ток 0,4 мА
  • Работает от одного положительного источника питания от 2 до 36 В
  • Может также работать от раздельного питания от ± 1,0 до ± 18 В

LM393 содержит два дифференциальных компаратора, которые полностью независимы, за исключением того, что они подключены к общему источнику питания.Он может работать в широком диапазоне одиночного питания от 2 до 36 В или в диапазоне раздельного питания от +/- 1 до 18 В

Как следует из названия, компараторы напряжения используются для сравнения одного напряжения с другим и выдачи логического ВЫСОКОГО или НИЗКОГО уровня на основе результатов этого сравнения.

Чаще всего эти части используются для контроля аналогового сигнала, чтобы увидеть, выходит ли он за пределы порогового значения, требующего каких-либо действий.

Эти детали очень часто используются в модулях, которые имеют регулировочный потенциометр для установки, когда мы хотим, чтобы выход сработал ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ в зависимости от достижения некоторого порога, обычно от аналогового датчика, например температуры, света или звука.В этом случае потенциометр устанавливает опорное напряжение на компараторе, которое сравнивается с выходным напряжением датчика.

При мониторинге аналогового датчика одним из вариантов является подача сигнала этого аналогового датчика непосредственно на аналоговый порт UC и постоянный мониторинг его в программном обеспечении. С другой стороны, использование компаратора позволяет осуществлять этот мониторинг вне UC, а цифровой выход компаратора можно вывести на цифровой вывод, который можно контролировать более просто, аналогично тому, как переключатель будет контролироваться на предмет включения или выключения. или ВЫКЛ.Выход также может быть подведен к контакту прерывания, так что не требуется никакого контроля, и UC выполняет действие только тогда, когда компаратор сообщает ему об этом. Во многих случаях использование компаратора может вообще устранить необходимость в UC, а выход можно использовать для непосредственного управления устройством, таким как реле, чтобы выполнить какое-либо действие, или светодиодом, чтобы указать, что какое-то условие было достигнуто.

Теория работы

Каждый из компараторов в LM393 имеет два входа, помеченных «+» и «-». Устройство просто сравнивает разницу в напряжении между этими двумя входными контактами и соответственно устанавливает цифровой выход.

  • Если входное напряжение «+» выше, чем напряжение «-», выход становится ВЫСОКИМ.
  • Если входное напряжение «-» выше, чем напряжение «+», выход становится НИЗКИМ

Если вы будете использовать устройство с UC, вы должны отключить LM393 от того же напряжения, при котором работает UC, чтобы выход был логически совместим с UC.

Выход с открытым коллектором, что означает, что LM393 будет притягивать его к земле, когда он выдает логический НИЗКИЙ уровень, но когда выход становится ВЫСОКИМ, необходим внешний подтягивающий резистор, чтобы подтягивать его к ВЫСОКОМУ уровню.В большинстве приложений на выходе потребуется подтягивающий резистор. Большинство UC имеют возможность включения подтягивающих резисторов на своих цифровых входах, поэтому физический резистор, как правило, не требуется.

Пример схемы ночного освещения

Показанная здесь схема реализует простой ночник с использованием одного из компараторов.

LDR (светозависимый резистор) изменяет сопротивление в зависимости от количества падающего на него света. По мере увеличения количества света сопротивление снижается.И наоборот, когда интенсивность света уменьшается, сопротивление увеличивается.

LDR включен последовательно с резистором 33K, образующим делитель напряжения. Значение 33K не слишком критично. При сильном освещении низкое сопротивление LDR будет поддерживать низкое напряжение на выводе «-». По мере уменьшения освещенности и увеличения сопротивления напряжение начнет расти до 5 В, и как только оно превысит напряжение на контакте «+», выход станет НИЗКИМ, что приведет к включению светодиодного ночника.

Потенциометр можно использовать для регулировки напряжения на контакте «+» и, следовательно, для установки точки срабатывания при переключении компаратора.

Деталь поставляется в корпусе DIP-8 и подходит для макетной платы.

Примечания:

  1. Нет

Технические характеристики

 Операционные рейтинги В+ 2 – 36 В
В+ / В- от ±1,0 В до ±18 В
Типовой стоковой ток 16 мА
Упаковка ДИП-8
Тип упаковки Пластик, сквозное отверстие
Производитель Онсеми или TI
Технический паспорт LM393

Маломощный компаратор с одним напряжением

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 5 0 объект /Title (TS391 — маломощный компаратор с одним напряжением) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > поток Acrobat Distiller 10.0.0 (Windows)BroadVision, Inc.2020-09-01T10:57:34+02:002017-10-17T13:38:04-07:002020-09-01T10:57:34+02:00приложение/ pdf

  • TS391 — Маломощный компаратор с одним напряжением
  • ОН Полупроводник
  • TS391 — маломощный компаратор напряжения с открытым коллектором, разработанный специально для работы от одного источника питания в широком диапазоне напряжений.Также возможна работа от разделенных источников питания.
  • UUID: ec1469be-dfc4-4d39-98ef-fa599e248376uuid: 2a197ed5-be12-47ce-b8db-cdbdef57c870Print конечный поток эндообъект 4 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > поток HWMs6QwHM-

    Схема компаратора напряжения на операционных усилителях » Hackatronic

    Компаратор напряжения представляет собой схему, которая сравнивает напряжения на своих входных клеммах и переключает выход на высокий или низкий уровень в зависимости от того, какой вход был высоким.

    сделать компаратор напряжения с использованием транзисторов и других компонентов довольно сложно и не имеет смысла, потому что у нас есть операционные усилители. Мы можем использовать операционные усилители 741, LM311, LM324, LM393 для создания схемы компаратора напряжения.

    Схема компаратора операционного усилителя

    :

     

     

    Операционный усилитель можно легко настроить для работы в качестве компаратора напряжения.

    Компаратор напряжения на ОУ показан на рисунке. Компаратор напряжения может быть двух типов: инвертирующего или неинвертирующего типа.Это определяется тем, подается ли входное напряжение на инвертирующую или неинвертирующую клемму.

    Типы компараторов операционных усилителей:

    В зависимости от входной клеммы и формы выходного сигнала существует два типа компаратора напряжения на операционных усилителях

    Неинвертирующий компаратор операционных усилителей:

    Из приведенной выше схемы видно, что опорное напряжение подается на инвертирующую клемму с помощью схемы делителя напряжения, а вход подается на неинвертирующую клемму.

    В неинвертирующем компараторе опорное напряжение подается на инвертирующий вход, а сравниваемое напряжение подается на неинвертирующий вход.

    Выходной сигнал компаратора находится в фазе с сигналом входной клеммы.

    Инвертирующий компаратор операционных усилителей:

    В инвертирующем компараторе опорное напряжение подается на неинвертирующую входную клемму, а сравниваемое напряжение подается на инвертирующую входную клемму, расположенную напротив.

    Инвертирующий компаратор полностью противоположен неинвертирующему компаратору. Опорное напряжение подается на неинвертирующую клемму, а входной сигнал — на инвертирующую клемму.

    Работа цепи компаратора напряжения:

    Всякий раз, когда входное напряжение Vin приближается к опорному напряжению, выход операционного усилителя переключается на +Vcc.

    Внутри операционного усилителя имеется цепь дифференциального усилителя, которая усиливает разницу между двумя входными клеммами.Поскольку обратная связь отсутствует, когда операционный усилитель действует как компаратор. Он усиливает разницу между двумя входами до максимального напряжения питания.

    Выход может быть однополярным или биполярным в зависимости от того, имеет ли операционный усилитель двойное питание или одноканальное питание.

    Характеристики хорошей схемы компаратора:

    1. Рабочая скорость:

    Скорость работы схемы компаратора должна быть очень высокой, чтобы она могла немедленно реагировать на мгновенное изменение входного сигнала.

    2. Точность:

    точность хорошего компаратора зависит от следующих характеристик Коэффициент усиления по высокому напряжению:

    коэффициент усиления компаратора по напряжению должен быть достаточно высоким, чтобы при очень маленьком входном сигнале он легко усиливался до максимального напряжения насыщения.

    Высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR):

    , когда коэффициент подавления синфазного сигнала компаратора высок, он может легко подавлять шум, поступающий на его входные клеммы.

    Очень малый входной ток смещения и входное напряжение смещения:

    Входное напряжение и ток смещения должны быть небольшими, чтобы их компенсировать не требовалось.

    Применение схемы компаратора:

    1. Схема аналого-цифрового преобразователя.

    Преобразует аналоговые сигналы, такие как голос, в цифровой сигнал (в виде нулей и единиц)

    1. В цепях прецизионных выпрямителей.

    В обычном диодном выпрямителе есть падение напряжения и некоторые искажения, но эту проблему можно решить с помощью прецизионного выпрямителя.

    1. Детектор пересечения нуля.

    Детектор пересечения нуля представляет собой не что иное, как преобразователь синусоидальной волны в прямоугольную.

    1. Оконный датчик.

    Оконный детектор представляет собой комбинацию инвертирующего и неинвертирующего компаратора операционных усилителей.

    1. Генератор маркеров времени.

    Используется в осциллографе

    1. Фазовый детектор.

    Используется для определения разности фаз между двумя сигналами по времени их прихода.

    1. Схема триггера Шмитта.

    АЦП

     

     

     

    Компараторы

    Компаратор — это устройство, которое используется для обнаружения, когда произвольно изменяющийся сигнал достигает некоторого порогового или опорного уровня. Компараторы находят применение во многих электронных системах: например, их можно использовать для определения момента, когда линейная рампа достигает определенного уровня напряжения, или для указания того, имеет ли импульс амплитуду, превышающую определенное значение.При условии, что предусмотрено соответствующее ограничение выходного сигнала, выходы компаратора могут использоваться для управления логическими схемами.

    Триггер Шмитта — важная коммутационная схема, широко используемая в цифровых системах. Его устойчивое состояние определяется амплитудой входного напряжения. Для данной схемы два конечных значения входных напряжений, называемые верхней точкой срабатывания (UTP) и нижней точкой срабатывания (LTP), заставляют схему переключаться из одного стабильного состояния в другое. Таким образом, схема может быть использована для различения двух D.C. уровни напряжения: в этом качестве он известен как компаратор.

    Диодный компаратор

    Нелинейные схемы для выполнения операции отсечки также могут использоваться для выполнения операции сравнения. Основное различие между ними заключается в том, что компаратор не заинтересован в воспроизведении какой-либо части сигнала. Например, выход компаратора может состоять из резкого отклонения от уровня покоя источника, которое происходит в то время, когда сигнал достигает опорного уровня, но в остальном не зависит от сигнала.Или выход компаратора может быть резким импульсом, который возникает, когда сигнал и задание равны.

    Если предположить, что линейный сигнал подается на вход, как показано на рис. 1(a), выходной сигнал рис. 1(b) остается постоянным V R вольт до тех пор, пока линейный сигнал не уменьшится до значения, равного V R вольт пока линейный сигнал не уменьшится до значения, равного V R вольт, диод открывается и на выходе появляется входной сигнал.

    Рис. 1: Компараторы

    В схеме ограничитель был важен для того, чтобы часть формы волны, прошедшая через диод, не искажалась.Точное время t 1 , когда диод начал проводить ток, имело второстепенное значение. Теперь эта схема будет рассматриваться как компаратор напряжения (поскольку она сравнивает изменяющееся напряжение сигнала с опорным напряжением и, следовательно, называется компаратором напряжения), и основное внимание будет уделяться времени, в которое напряжение входного сигнала достигает опорного уровня V R . Форма выходного сигнала имеет второстепенное значение. Диод, используемый для этой цели, называется чувствительным диодом. Точно так же с увеличивающимся линейным изменением на его входе схема рисунка 1 (с) будет продолжать работать как компаратор.Его ответ будет таким же, как показано на рисунке 2(b). Диод этой схемы тогда называют пробивным диодом. Две другие схемы, показанные на рис. 1 (а) и (б), будут действовать как компараторы с убывающей рампой. Их ответ показан на рисунке 2 (c) и (d).

    Рис. 2

    Транзисторный компаратор

    Базовая схема дифференциального усилителя, использующая биполярный транзистор, показанная на рис. 3, действует как схема компаратора напряжения, где V o (t) — входной сигнал, сравниваемый с опорным напряжением V.Для хороших результатов необходимо, чтобы транзисторы Q 1 и Q 2 , а также резисторы RC 1 и RC 2 были хорошо согласованы. Схема будет обеспечивать превосходный CMRR (определяемый как отношение изменения синфазного входного напряжения к эквивалентному дифференциальному входному напряжению), высокий коэффициент усиления по напряжению и оптимальную стабильность выходного сигнала по отношению к устройству, когда (i) R E велико (> r e из Q 1 , Q 2 ) и (ii) выходы берутся по-разному.Первое требование обычно выполняется путем использования источника постоянного тока (I E ) в цепи с общим эмиттером Q 1 и Q 2 . Рисунок 3. Компаратор с дифференциальным усилителем Это полезно для увеличения диапазона, в котором два входных напряжения равны.

    Компаратор напряжения IC

    Схемы типа компаратора используются там, где требуется определить, равно ли неизвестное аналоговое напряжение известному эталонному напряжению или превышает его.Кроме того, сравнение может использоваться для преобразования синусоидальных и запускающих импульсов в прямоугольные волны и, таким образом, служит генератором импульсов.

    В компараторе используется операционный усилитель, выход которого можно подавать обратно на неинвертирующий (положительный) вход, чтобы обеспечить «мгновенное действие» при переключении выхода. Когда на операционный усилитель подается опорное напряжение на одном входе и триггерное или сравнивающее напряжение на другом его входе, выход усилителя будет находиться либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения.Если на усилитель подается ±15 В (Vcc), на выходе будет плюс или минус 15 В, в зависимости от полярности напряжения запуска по сравнению с опорным напряжением.

    На рис. 4 показан инвертирующий компаратор напряжения. На неинвертирующий вход подается опорное напряжение, а на инвертирующий вход подается сигнальное напряжение, которое необходимо сравнить с опорным. Поскольку вход подается на инвертирующую клемму, напряжение сигнала приведет к выходному импульсу противоположной полярности.Входное напряжение должно быть больше опорного напряжения, прежде чем компаратор изменит свое состояние. Верхнего положительного предела нет, если входной резистор ограничивает ток до 200 мкА или менее (в зависимости от параметров используемого операционного усилителя).

    можно заставить изменять состояния быстро (мгновенное действие), если обеспечивается положительная обратная связь, как на рис. 5. Вход усилителя на инвертирующем выводе и, следовательно, компаратор относится к инвертирующему типу.Кроме того, цепь обратной связи здесь обеспечивает опорное напряжение. Опорное напряжение на R 2 определяется следующим образом:

    В ref = (R 2 / (R 1 + R 2 )) В out

    9 000 может быть как положительным, так и отрицательным. Полярность входного сигнала, необходимая для переключения, зависит от состояния покоя выхода.

    Рисунок 5: Генератор импульсов инвертирующего компаратора напряжения с обратной связью

    Как спроектировать компаратор напряжения с помощью операционного усилителя?

    Как разработать компаратор напряжения с операционным усилителем? Конструкция компаратора напряжения с операционным усилителем очень проста.Существует два подхода к разработке компаратора: детектор нулевого уровня и детектор ненулевого уровня. Компаратор — это специальная схема операционного усилителя, которая анализирует два информационных напряжения и выдает выходной сигнал, который постоянно находится в обоих состояниях, показывая более заметную или не точную связь между источниками информации. Компараторы обеспечивают исключительно быстрое время обмена, и многие из них имеют дополнительные возможности (например, быструю задержку генерации или внутренние опорные напряжения) для упрощения исследовательской работы.Например, некоторые сверхбыстрые компараторы могут иметь отсрочку генерации всего лишь 500 пс. Поскольку выход постоянно находится в одном из двух состояний, компараторы регулярно используются для интерфейса между простой и компьютеризированной схемой. Для менее простых приложений в качестве компаратора обычно используется операционный усилитель, работающий без отрицательного входа (разомкнутый контур). Несмотря на то, что операционные усилители намного медленнее других исключительных моментов, они имеют высокий коэффициент охвата, что позволяет им различать незначительные контрасты в источниках информации.В общем, компараторы нельзя использовать в качестве операционных усилителей, но операционные усилители можно использовать в качестве компараторов в некритичных приложениях. Поскольку операционный усилитель без отрицательной критики в основном является компаратором, мы рассмотрим работу корреляции, используя обычный операционный усилитель.

    конструкция компаратора напряжения с операционным усилителем

    Существует два подхода к проектированию схемы компаратора на ОУ

    • Детектор нулевого уровня
    • Детектор ненулевого уровня

    конструкция компаратора напряжения с операционным усилителем для обнаружения нулевого уровня

    Одно из применений операционного усилителя, используемого в качестве компаратора, заключается в том, чтобы определить, когда информационное напряжение превышает определенный уровень.На рисунке ниже показан локатор нулевого уровня. Обратите внимание, что преобразующий вход (-) заземлен для обеспечения нулевого уровня, а напряжение информационного сигнала подается на неинвертирующий вход (+). В результате получения высокого напряжения разомкнутого контура очень небольшое различие напряжения между двумя источниками информации переводит усилитель в режим погружения, в результате чего выходное напряжение увеличивается настолько, насколько это возможно. Например, рассмотрим операционный усилитель с Aol = 100 000. Контраст напряжения всего 0.25 мВ между источниками данных могут создать выходное напряжение (0,25 мВ) (100 000) = 25 В, если операционный усилитель был квалифицированным. Как бы то ни было, поскольку большинство операционных усилителей имеют самые большие ограничения по выходному напряжению, близкие к оценке их напряжений питания постоянного тока, гаджет разбился бы в погружении. Ниже на рисунке (b) показано последствие синусоидального информационного напряжения, приложенного к неинвертирующему вкладу искателя нулевого уровня. В момент, когда синусоида положительна, доходность достигает своего крайнего положительного уровня.В момент, когда синусоида пересекает 0, динамик переходит в свое инверсное состояние, а выход, как оказалось, достигает наибольшего отрицательного уровня. Очевидно, что локатор нулевого уровня можно использовать в качестве схемы возведения в квадрат, чтобы получить прямоугольную волну из синусоидальной.

    операционный усилитель в качестве детектора нулевого уровня

    конструкция компаратора напряжения с операционным усилителем обнаружения ненулевого уровня

    Идентификатор нулевого уровня на рисунке ниже можно изменить для различения положительного и отрицательного напряжения путем сопряжения фиксированного источника опорного напряжения с реверсивным вкладом, как показано на следующем рисунке.Более функциональный порядок действий показан на рисунке ниже (b) с использованием делителя напряжения для установки опорного напряжения VREF следующим образом:

    , где +V представляет положительное значение напряжения питания постоянного тока. В то время как на рисунке (c) стабилитрон используется для установки опорных напряжений. Пока входные напряжения меньше опорных, выход остается на самом крайнем отрицательном уровне.

    детектор уровня ненулевого напряжения

    В момент, когда информационное напряжение превышает опорное напряжение, выход достигает своего крайнего положительного напряжения, как показано на рисунке ниже с синусоидальным информационным напряжением.

    выход компаратора с ненулевым уровнем напряжения
    Влияние входного шума на работу компаратора

    Во многих разумных случаях в информационной строке появляется шум (нежелательные изменения напряжения). Это шумовое напряжение накладывается на информационное напряжение, как показано на рисунке ниже для примера синусоиды, и может привести к тому, что компаратор непредсказуемо переключит состояния выхода.

    входной сигнал с шумом

     

    Чтобы понять возможное влияние шумового напряжения, подумайте о малопериодическом синусоидальном напряжении, приложенном к неинвертирующему (-) вкладу компаратора операционного усилителя, используемого в качестве индикатора нулевого уровня, как показано на рисунке (а) ниже.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.