Двухпороговый компаратор

Состояние двухпорогового компаратора изменяется два раза при увеличении входного сигнала, т.е. у его два порога переключения: U_н - нижний порог переключения, U_в - верхний порог переключения.

Двухпороговый компаратор можно получить на основе двух однопороговых компараторов с разной настройкой при объединении их сигнальным входом. Существует схема двухпорогового компаратора на основе одного ОУ.

Схема двухпорогового компаратора на основе одного ОУ

Назначение элементов в схеме:

R1, R2 – обеспечивают вычитание сигналов U_вх и U_оп при разных знаках (образуют токовый узел).

R3 – обеспечивает уменьшение напряжения смещения U_см и повышает срабатывание компаратора.

VD1 – VD4 – образуют нелинейную цепь ООС.

R4, R5 – ограничивают с одной стороны токи через диоды от источников напряжения смещения U_см1 и U_см2.

Для индикации состояния компаратора к его выходу можно подключить светодиоды VD5, VD6 с балластным резистором R6.

Статическая характеристика:

Принцип действия:

1) При 0≤U_вх≤U_н на выходе ОУ получаем максимальное положительное напряжение U_вых = + U_{ОУ макс} (т.к. –U_оп подается на инвертирующий вход ОУ и используется максимальный коэффициент усиления ОУ). При этом закрыты диоды VD2 и VD3, а цепь ООС оборвана.

2) При U_в≤U_вх (U_вх>U_оп)на выходе ОУ получаем максимальное отрицательное напряжение U_вых = - U_{ОУ макс} (т.к. +U_оп подается на инвертирующий вход ОУ и используется максимальный коэффициент усиления ОУ). При этом цепь ООС также разомкнута, т.к. закрыты диоды VD1 и VD4.

3) Когда U_вх находится в зоне переключения (U_н≤U_вх≤U_в)открыты все диоды VD1 – VD4, цепь ООС замкнута. При этом коэффициент усиления определяется формулой:

где r_откр – сопротивление открытых диодов в приращениях

Следовательно, U_вых ≈ 0.

Пороги срабатывания U_Н, U_В и зона переключения DU компаратора при определяются выражениями:

Преимущества схемы:

1) Простота по сравнению со схемой с двумя однопороговыми компараторами.

2) Зона переключения DU не зависит от U_оп, что упрощает операцию настройки на различные уровни срабатывания (меняется только U_оп).

Применение схемы:

1) В качестве трехпозиционного регулятора и сигнализатора технологических параметров.

2) Для сортировки деталей на 3 группы: "норма", "меньше", "больше" (по весу, размеру и т.п.).