Устройство и принцип использования аналоговых

Компараторов

Компараторами напряжений называют интегральные микросхемы, предназначенные для сравнения двух напряжений и выдачи результата в логической форме: больше или меньше. Компараторы строятся на базе операционных усилителей с дифференциальными входами. По сути, компаратор чувствителен к полярности сигнала между его сигнальными входами. Напряжение на выходе будет иметь высокий уровень U_1вых при положительной разности напряжений между неинвертирующим и инвертирующим входами, а когда разностное напряжение отрицательно, выходное напряжение соответствует логическому нулю U_0вых. Это правило можно представить в виде

U_вых = U_1вых при U_вх+ > U_вх- ; ΔU_вх > 0 .

U_вых = U_0вых при U_вх+ < U_вх- ; ΔU_вх < 0 .

Балансировка

Рис. 11.3. Упрощенная структурная. Рис. 11.4. Передаточная характеристика

схема компаратора компаратора без гистерезиса (а) и с

гистерезисом (б)

Графически это можно представить ступенчатым графиком. Упрощенная схема компаратора имеет вид, показанный на рис. 11.3. Компаратор образован дифференциальным каскадом усиления ДК, устройством смещения уровней и выходной логикой. ДК обеспечивает формирование и усиление разностного сигнала. Кроме того, он осуществляет балансировку выхода и корректировку напряжения нулевого уровня. Балансировка также позволяет установить желаемое начальное состояние выхода.

Если компаратор снабдить положительной обратной связью, то можно получить пороговое устройство с релейной характеристикой.

В этом случае

U_ср = U_оп + (U_{вых.макс} – U_оп)R1/(R1 + R_о.с);

U_отп = U_оп – (U_{вых.макс} + U_оп)R1/(R1 + R_о.с),

где R1 – входное сопротивление;

R_о.с– сопротивление обратной связи

Схема может дополняться другими служебными входами:

1. Стробирование – синхронизирующий сигнал, определяющий момент времени, при котором производится сравнение входных величин и формирование выходного сигнала. Это импульсный сигнал, длительность которого достаточна для прохождения информации через ДК. Наличие стробирующего сигнала позволяет увеличить помехозащищенность схемы.

2. Сигнал смещения, обеспечивающий оптимальный уровень токов в элементах ДК при большом уровне входных сигналов. Смещение также устанавливает соответствующие уровни выходных сигналов, что позволяет работать с разными типами логики (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и др.)

Аналоговые компараторы характеризуются набором параметров, которые

нужно учитывать при их использовании. Основные статические параметры:

1. Пороговая чувствительность – минимальный разностный сигнал, который можно обнаружить и зафиксировать на выходе.

2. Напряжение смещения e_см – определяет смещение характеристики относительно идеального положения.

3. Входные токи I_вх+ и I_вх- .

4. Напряжение гистерезиса U_г – разность входных напряжений, вызывающих срабатывание компаратора при увеличении и уменьшении входного напряжения. Наличие гистерезиса связано с использованием положительной обратной связи, что устраняет неопределенность.

5. Входное сопротивление.

6. Выходные логические уровни.

7. Выходной ток.

Основным динамическим параметром является время задержки распространения скачкообразного входного сигнала. Оно сильно зависит от уровня сигнала ΔU_вх. Чем ΔU_вх больше, тем время меньше.

Компараторы могут снабжаться устройством памяти.