Компараторы

ИМПУЛЬСНЫЕ СХЕМЫ НА ОУ

Компаратором называется сравнивающее устройство с двумя аналоговыми входами (инвертирующим и неинвертирующим, рисунок 6.1) и одним выходом, выдающее на выход сигнал низкого или высокого уровня в зависимости от знака и разности напряжений на входах. Одно из входных напряжений (U_вх1) является измеряемым, а второе (U_вх2) – опорным.

Компараторы являются простейшим преобразователем непрерывного сигнала в дискретный, то есть напряжение на выходе компаратора может находиться только в одном из двух фиксированных уровней.

Компараторы представляют собой специализированные ОУ, с дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления, при проектировании которых используются методы быстрого выхода из режима насыщения. Поэтому они имеют малое время переключения.

Кроме того, в отличие от ОУ, уровень их выходного сигнала стыкуется с высоким и низким уровнем логических сигналов, что позволяет обойтись без дополнительных каскадов преобразования. Компараторы обычно изготавливаются в виде интегральных схем.

U ВХ1

U ВХ1

U ВХ2

U вх2

U ВХ1

.

6.1. Однопороговый компаратор (а) и его передаточная характеристика (б)

При U _вх1> U _вх2 выходное значение равно U _вых = U _min, а при U _ВХ1<Uвх2 U _вых = U _max, то есть как только напряжения на входах становятся одинаковыми, происходит переключение (рисунок 6.1,б).

Такой однопороговый компаратор при наличии помех может многократно переключаться из одного состояния в другое (дрожжание, дребезг), что вызывает неправильную работу устройства (рисунок 6.2).

Рис. 6.2. Временные диаграммы работы однопорогового компаратора

Компараторы имеют примерно такие же параметры, как и обычные ОУ: напряжение смещения нуля, входные токи смещения и разность входных токов смещения; коэффициент ослабления синфазного сигнала, выходной ток и выходные логические уровни.

Для повышения помехоустойчивости применяют 2-х пороговый компаратор (триггер Шмитта), который имеет гистерезис на передаточной характеристике U _ВЫХ = f (U _ВХ). Для создания гистерезиса используется положительная обратная связь (ПОС, рисунок 6.3).

U _ср – напряжение срабатывания; U _ср = U _оп +

U _отп – напряжение отпускания; U _отп = U _оп -

Помехи, меньшие ширины петли гистерезиса, не переключают триггер, что повышает его помехоустойчивость (рис. 6.4, рис.6.2 -3)

Рис. 6.3. Двухпороговый компаратор с ПОС

U_вх

Рис. 6.4. Передаточная характеристика двухпорогового компаратора

В качестве примера можно привести ИС компаратора: К554СА3.

Его параметры:

I _см = 0,1 мкА, E _пит = +5В, U _вых = (2.4 - 4)В, I _вых = 200 мА, t _пер=200 нс.

Этот компаратор имеет выходной ток 200 мА, то есть обладает повышенной нагрузочной способностью (обычно I_вых <20 мА). Выходное напряжение равно уровню единицы логических микросхем