Каковы основные особенности компаратора КР597СА2. Как правильно подключить эту микросхему. Какие параметры важны при использовании КР597СА2 в схемах. Зачем нужна схема запоминания предыдущего состояния в этом компараторе.
Назначение и ключевые характеристики компаратора КР597СА2
КР597СА2 представляет собой высокоскоростной компаратор, разработанный специально для работы с цифровыми ТТЛ-схемами. Данная микросхема обладает рядом важных особенностей:
- Время переключения не более 15 нс
- Наличие схемы запоминания предыдущего состояния
- Повышенная помехоустойчивость
- Совместимость с высокоскоростными ТТЛ-элементами
Благодаря этим характеристикам КР597СА2 отлично подходит для применения в быстродействующих цифровых устройствах, где требуется надежное сравнение сигналов.
Схема включения компаратора КР597СА2
Для корректной работы компаратора КР597СА2 необходимо обеспечить правильное подключение всех выводов микросхемы. Типовая схема включения представлена на рисунке ниже:
«` «`Основные элементы схемы включения:
- Входы «+» и «-» для подачи сравниваемых сигналов
- Выход для получения результата сравнения
- Выводы питания Vcc и GND
- Дополнительные выводы для подключения внешних компонентов (при необходимости)
При подключении важно соблюдать полярность питания и не превышать максимально допустимые напряжения на входах компаратора.
Функциональные особенности КР597СА2
Одной из ключевых особенностей компаратора КР597СА2 является наличие встроенной схемы запоминания предыдущего состояния. Эта функция реализована с помощью триггерной схемы, которая выполняет следующие задачи:
- Стробирование входного сигнала
- Хранение предыдущего состояния выхода
- Повышение помехоустойчивости
Благодаря этому механизму КР597СА2 обеспечивает более стабильную работу в условиях возможных помех и кратковременных изменений входного сигнала.
Зависимость времени задержки от перенапряжения
Важной характеристикой компаратора КР597СА2 является зависимость времени задержки распространения сигнала от величины перенапряжения на входе. Эта зависимость представлена на графике:
«` «` Как видно из графика, время задержки распространения сигнала уменьшается при увеличении перенапряжения на входе компаратора. Это позволяет достичь очень высокого быстродействия при достаточной амплитуде входного сигнала.Применение КР597СА2 в цифровых схемах
Компаратор КР597СА2 находит широкое применение в различных цифровых устройствах, где требуется быстрое и точное сравнение сигналов. Основные области применения включают:
- Аналого-цифровые преобразователи
- Схемы обработки импульсных сигналов
- Устройства синхронизации
- Системы автоматического регулирования
- Измерительная аппаратура
Высокое быстродействие и наличие схемы запоминания состояния делают КР597СА2 особенно полезным в системах, где важна помехоустойчивость и стабильность работы при высоких частотах.
Особенности работы с КР597СА2
При использовании компаратора КР597СА2 в своих проектах следует учитывать некоторые особенности его работы:
- Необходимость правильного выбора опорного напряжения для обеспечения требуемого порога срабатывания
- Учет влияния шумов и помех на входной сигнал
- Обеспечение надлежащего питания и заземления для стабильной работы
- Использование развязывающих конденсаторов по цепям питания
- Учет времени установления выходного сигнала при проектировании последующих каскадов
Соблюдение этих рекомендаций позволит максимально эффективно использовать возможности компаратора КР597СА2 в разрабатываемых устройствах.
Сравнение КР597СА2 с аналогами
Для оценки преимуществ и недостатков компаратора КР597СА2 полезно сравнить его характеристики с аналогичными микросхемами. Рассмотрим сравнительную таблицу:
«` | Параметр | КР597СА2 | LM311 | LM339 | |———-|———-|——-|——-| | Время переключения | 15 нс | 200 нс | 1.3 мкс | | Напряжение питания | 5 В | 5-30 В | 2-36 В | | Входной ток | 25 мкА | 150 нА | 25 нА | | Схема запоминания | Есть | Нет | Нет | | Выходной ток | 20 мА | 50 мА | 16 мА | «` Как видно из таблицы, КР597СА2 обладает значительно меньшим временем переключения по сравнению с аналогами, что делает его предпочтительным выбором для высокоскоростных приложений. Однако у него есть и некоторые ограничения, такие как фиксированное напряжение питания и более высокий входной ток.
Выбор и обоснование элементной базы — Мегаобучалка
5.1 Компаратор КР597СА2 [8] (узел синхронизации)
Временя переключения компаратора должно быть не более 15нс.
Компаратор КР597СА2 (рисунок 5.1) предназначен для обслуживания высокоскоростных ТТЛ цифровых интегральных схем. Компаратор снабжен схемой запоминания предыдущего состояния. Подключение на выход входного каскада триггерной схемы, выполняющей функции стробирования с хранением (защелка), обеспечивает лучшую помехоустойчивость для цифровых сигналов. Схема включения компаратора показана на рисунке 3.а, а зависимость времени задержки от перенапряжения — на рисунке 5.2
.
Рисунок 5.1 — схема подключения
Рисунок 5.2 — зависимость времени задержки распространения от напряжения перевозбуждения при См=15пФ
5.2 Микросхема КР544УД2 — Дифференциальный операционный быстродействующий усилитель [8] (ОУ-1, ОУ-2 на структурной схеме)
Входные токи должны быть не более 0,1 нА, скорость нарастания выходного напряжения — не менее 20 В/мкс.
Электрическая схема ИС содержит входной дифференциальный каскад на полевых транзисторах с p-n переходом, промежуточный дифференциальный каскад на p-n-p транзисторах, однотактные согласующие повторители и выходной двухтактный повторитель напряжения. Частотная коррекция осуществляется внутренним интегрирующим конденсатором и резистором. Внутренние элементы частотной коррекции обеспечивают стабильность в различных режимах обратной связи, в том числе при полной отрицательной обратной связи в повторителе напряжения. Для расширения возможностей применения К544УД2, КР544УД2 (рисунок 5.3) один из выводов цепи коррекции внутри ИС не подключен, а соединен с выводом 8. Включение коррекции происходит при внешнем замыкании выводов 1 и 8. Если выводы 1 и 8 не соединены между собой, то цепь коррекции отключена. При этом ИС имеет наибольшее значение скорости нарастания входного напряжения (100 В/мкс) и произведения усиления на полосу пропускания (200 МГц на уровне усиления 100). Такой режим обеспечивает стабильность и применяется, когда коэффициент обратной связи K ooc 0,05.
При глубокой отрицательной связи, когда 1 Kooc 0,05, применяется режим полного включения обратной коррекции, осуществляемый замыканием между собой выводов 1 и 8. Возможен режим частичного включения коррекции с использованием внешнего конденсатора, подключаемого между выводами 1 и 8 и ослабляющего действие внутренних элементов. Такой режим применяется вместо полной коррекции для повышения широкополосности и скорости нарастания входного напряжения ИС.
Рисунок 5.3
ИС сохраняет параметры в пределах норм ТУ после однократного замыкания по выходу, не более 1 с. Допустимое значение статического потенциала 200 В.Допускается при настройке или эксплуатации аппаратуры отсутствие напряжения питания при условии, что значение входных напряжений не превышает 5 В.
Электрические параметры
| Параметр | Значение |
| Номинальное напряжение питания | 15В, 10 % |
| Коэффициент усиления напряжения | 20000 |
| Максимальная скорость нарастания выходного напряжения | 20мкВ/с |
| Входное сопротивление | 1 · 1000 Ом |
5.
3 Микросхема 74AC04N [7]
74AC04N (рисунок 5.4) содержит шесть независимых инверторов и выполняет функцию Boolean A = YИнверсный
Рисунок 5.4
5.4 Микросхема КР590КН8 [8] (МОП транзисторные ключи на структурной схеме)
Сопротивление открытого канала МОП транзисторных ключей должно быть не более 100 Ом, время включения/выключения — не более 10 нс
Рисунок 5.5
КР590КН8 (рисунок 5.5) четырехканальный аналоговый коммутатор (однополюсное включение). Многофункциональные аналоговые переключатели, изготовленные со встроенными высокоскоростными, высоковольтными и имеющими низкое сопротивление МОП (DMOS) транзисторами.
5.5 Микросхема 74ACT74N [8] (Формирователь импульса и узел синхронизации)
Микросхема 74ACT74 (рисунок 5.6) – сдвоенные триггеры D-типа с асинхронным сбросом и установкой и дополнительными (Q, Q0) выводы. Информация со входа передается на выход только с приходом положительного синхроимпульса. После того, как тактовый импульс вводит пороговое напряжение, ввод данных блокируется, и информация не передается на выводы до следующего синхроимпульса.
Рисунок 5.6
5.6 Компаратор LM211 [7] (узел синхронизации и узел АЦП на функциональной схеме)
Микросхема LM211 (рисунок 5.7) компаратор напряжения, который имеет входные токи приблизительно в сто раз ниже, чем устройства подобно μA710. Она разработана, чтобы работать по более широкому диапазону напряжений. Ее выход совместим с RTL, линией передачи данных, и ТТЛ-схемами, так же как МОП схемы. Так же она может управлять лампами или реле, переключая напряжения до 50В при токах 50 мА.
Рисунок 5.7 — Компаратор LM211
Параметры:
а) коэффициент усиления напряжения — 105
б) входной ток — 0,5 мкА
в) время переключения 0,5 мкс
5.7 Транзисторы [8] (эмитерные повторители)
Транзисторы 1VT1, 2VT1 — высокочастотные полевые с напряжением отсечки не менее 5 В (КПЗОЗГ, КПЗОЗЕ, КП307Ж и т.
п.), 1VT2, 2VT2 — высокочастотные структуры n-p-n со статическим коэффициентом передачи тока п21Э не менее 50 мА (КТ316Д, КТ325Б, КТ325В), VT1, VT2 — любые соответствующей структуры с п21э не менее 400 мА, VT3 — с импульсным током коллектора не менее 300 мА и рабочей частотой не менее 200 МГц (КТ3117А, 2N2222).
5.8 Резисторы С2-29 [4]
В приставке можно применить резисторы с допускаемым отклонением от номинала не более ±0,25 %.
5.2.4. Неинвертирующее включение
Схема представлена на рис. 88. Другое возможное изображение представлено на рис. 89. Исходные уравнения:
I1=Uвх/R1; I1=Iос; Iос=(Uвых-Uвх)/Rос.
Отсюда
Uвх/R1=(Uвых-Uвх)/Rос; Uвх/R1+Uвх/Rос=Uвых/Rос.
Следовательно,
Uвых=(Rос/R1+1)Uвх =(Rос+R1)/R1Uвх
или
Uвых/Uвх=(Rос+R1)/R1.
5.
2.5. Ограничитель сигналаПрименение нелинейных элементов позволяет реализовать нелинейную связь между входным и выходным напряжениями. Обычно это выполняется с помощью инвертирующего включения. Характеристика, связываю-
щая входное и выходное напряжения в инвертирующем включении, имеет
вид, представленный на рис. 90. При этом tg=Rос/Rвх.
Схема, реализующая характеристику без отрицательной ветви, представлена на рис. 91.
Ограничение выходного напряжения на заданном уровне может быть выполнено с помощью схемы, представленной на рис. 92.
1. При Uвх>0:
если UR2UVD1+UСТ2, то Uвых=UОГР2=UVD1+UСТ2,
т.е. напряжение на цепи обратной связи будет постоянным.
2. При Uвх<0:
если
UR2UVD2+UСТ1,
то
Uвых=UОГР1=UVD2+UСТ1.
Когда UСТ1 не равно UСТ2, уровень ограничения UОГР1 будет не равен уровню ограничения UОГР2 . Отметим, что Uвых всегда равно падению напряжения на сопротивлении обратной связи.
5.2.6. Компараторы
Компараторы определяют знак входного сигнала. Компараторы являются связующим элементом между аналоговыми и цифровыми схемами. Для реализации компаратора может использоваться операционный усилитель без обвязывающих цепей Zвх, Zос. Характеристика компаратора должна иметь вид, показанный на рис.93. Чтобы из инвертирующего включения получить компаратор, из схемы необходимо убрать Rос. R1 можно закоротить, как показано на рис. 94. Возможно и неинвертирующее включение ОУ (рис. 95).
Выпускаются
специализированные микросхемы
компараторов: К521СА3, К554СА3, КР597СА2 и др.
Специализированные компараторы обладают
повышенным быстродействием и имеют
цифровой выход 1 и 0.
Диаграммы работы компаратора представлены на рис.96.
Схема применения компаратора для
Широтно-импульсного регулирования
Схема представлена на рис. 97. Получение пилообразного входного напряжения показано на рис.98. Диаграммы работы исходной схемы показаны на рис.99. В схеме рис.97 ОУ является компаратором , который сравнивает два сигнала — пилообразный и управляющий. Изменяя величину Uупр можно менять длительность интервалов t1 и t2. При этом период выходного сигнала T изменяться не будет, а соотношение между t1 и t2 будет зависеть от Uупр. Варианты:
1. Uупр=0: t1=0, t2=T, Uвых = Uнас.
2. Uупр=Uпил.max/2: t1=t2=T/2, Uвых.ср.=0.
3. Uупр=Uпил.max : t1=T, t2=0, Uвых =Uнас.
Т.о.
изменяя величину Uупр от 0 до max можно
менять среднее значение выходного
напряжения Uвых.ср. от Uнас.
до Uнас. Uвых.ср. -это постоянная составляющая
выходного сигнала, которая может быть
выделена с помощью фильтра. При изменении
ширины интервалов t1 и t2 меняется Uвых.
ср,
поэтому такой способ регулирования
среднего значения напряжения называется широтно-импульсное
регулирование.
Триггер Шмитта
Он является компаратором с зоной нечувствительности. Зона нечувствительности может быть установлена любая желаемая, например, такой величины, чтобы при определении знака входного сигнала не чувствовался уровень помех во входном сигнале.
Триггер Шмитта строится на основе компаратора, но добавляется положительная обратная связь. Схема представлена на рис.100. В этой схеме на неинвертирующий вход через делитель R1R2 подана часть выходного напряжения, причем знак напряжения на неинвертирующем входе зависит от знака выходного напряжения. Напряжение на неинвертирующем входе называют опорным
Uоп=Uвых/(R1+R2)R2.
Диаграммы
работы представлены на рис.101. Иногда
Uоп называют пороговым напряжением.
Т.о., если полезный сигнал содержит
уровень помех меньше Uоп, то эти помехи
на определение знака не будут сказываться.
Знак определяется только гладкой
составляющей опорного сигнала. При
отсутствии опорного сигнала при переходе
входного сигнала через нуль и наличии
помех было бы многократное переключение
компаратора за счет помех (рис. 102).
Схема мультивибратора
Мультивибратор является автоколебательной схемой. Выход мультивибратора изменяет свое состояние на противоположное за счет действия времязадающей RC цепи. Составной частью мультивибратора (рис. 103а) является схема триггера Шмитта. При изображении мультивибратора к триггеру Шмитта добавляют времязадающую RC цепь, которая действует на инвертирующий вход ОУ вместо источника внешнего входного сигнала.
Будем
рассматривать работу мультивибратора
с момента подачи питания в схему. При
подаче питания выход примет значение
Uнас илиUнас
(рис. 104б). В первый момент конденсатор
С разряжен и напряжение между входами
равно Uоп. При установке в исходное
состояние конденсатор С начинает
заряжаться.
Между входами ОУ напряжение UопUс, т.к. UопUс, то Uоп определяет выход ОУ. Когда Uс достигнет Uоп, произойдет переключение ОУ на противоположное. В момент равенства этих напряжений ОУ начинает работать в соответствии с его свойствами. Т.к. при этом напряжение между входами близко к нулю и меняет знак на противоположный, то и выходное напряжение меняется на противоположное. При изменении знака выходного напряжения меняется знак опорного и конденсатор начинает перезаряжаться по пунктирной стрелке. Когда положительное напряжение на конденсаторе сравнивается с положительным опорным (момент времени t2), выходное напряжение ОУ изменится на противоположное.
При включении схемы интервал (0-t1) короче, чем последующие интервалы. Для установившегося режима:
t1=t2=t3=…; T=t1+t3R3C1; f=1/T.
23SIP 
676
389
США
США
