Аналоговые компараторы

Аналоговые компараторы предназначены для сравнения двух аналоговых сигналов между собой или одного входного аналогового сигнала с заданным эталонным уровнем.

Компараторы представляют собой специализированные ОУ с дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления и быстродействием без обратной связи. Обычно они изготовляются в виде интегральных схем. На входы компаратора поступают аналоговые сигналы, а с выхода снимаются напряжение +Un или -Un , т.е. снимается “0” или “1”. Основными параметрами компаратора являются: чувствительность, быстродействие и нагрузочная способность. Компараторы бывают однопороговые и двухпороговые. На рис.81 представлена схема однопорогового компаратора и его передаточная характеристика.

Рис. 81. Однопороговый компаратор (а) и его передаточная характеристика (б)

На рис.82 приведена схема двухпорогового компаратора, представляющая собой триггер Шмитта. Компаратор (Рис. 82) охватывается положительной обратной связью через делитель напряжения R1, R2. Меняя соотношение делителя R1R2, можно изменять напряжение срабатывания Uпор.

Рис. 82. Двухпороговый компаратор (а) и его передаточная характеристика (б).

В качестве компараторов используются микросхемы серий К521, К554, К597, К1401. Микросхема К521СА3 – является прецизионным компаратором со стробированием и балансировкой. Микросхема К521СА1 представляет собой два автономных компаратора с одним общим выходом. Микросхема может использоваться для сравнения двух аналоговых сигналов. Микросхема К1401СА1 относится к многоканальным. Здесь в одном корпусе располагаются четыре компаратора.

К импульсным устройствам относятся мультивибраторы, триггеры, одновибраторы, блокинг-генераторы, одновибраторы генераторы линейно-изменяющегося напряжения. Мультивибратор – это электронный узел для формирования импульсов прямоугольной формы с требуемыми параметрами. Он представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель со 100% положительной обратной связью. На рис.89 представлена схема мультивибратора, выполненная на транзисторах.

а) б)

Рис. 89. Схема мультивибратора (а) и временная диаграмма его работы (б).

Элементами положительной обратной связи являются конденсаторы Сб1 и Сб2, которые соединяют коллектора транзисторов VT1, VT2 с базами транзисторов VT2, VT1. В мультивибраторе генерирование импульсов происходит сразу же после включения питания (рис.89 б).

Пусть в момент времени t1 транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается. На базе VT2 напряжение U_б2>0, а на базе VT1 U_б1<0 (U_б1= -Un). Емкость С_б1 начинает разряжаться через открытый транзистор VT2. Ток i_g2, а следовательно, и напряжение на R_б1 уменьшается по экспоненциальному закону. В момент времени t2 напряжение Uб1 будет положительным и транзистор VT1 будет открываться. При этом появляется ток в коллекторной цепи транзистора VT1 и Uk1 , U_б2 , Uk2 . Происходит лавинообразный процесс, при котором транзистор VT1 открывается, а транзистор VT2 закрывается. Далее начинается процесс разряда емкости С_б2 через открытый транзистор VT1. В момент времени t3 произойдет следующий переход и т.д. Длительность формируемых импульсов определяется постоянной времени R_бC_б.

Для симметричного мультивибратора: Rg1=Rg2; Cg1=Cg2; T=1,4RgCg. Длительность переднего фронта формируемых импульсов равна tф=2,2C_бR_k. Обычно Rg>3R_k.

Мультивибратор может быть построен на базе ОУ с положительной и отрицательной обратными связями.

а) б)

Рис. 90. Схема мультивибратора на ОУ (а), временная диаграмма его работы (б)

Здесь ОУ выполняет роль инвертирующего компаратора напряжения . При переключении схемы напряжения на инверсном входе ОУ изменяется и конденсатор С перезаряжается до напряжения

где Umax ≈ Un – максимальное напряжение на выходе ОУ.

Затем вновь происходит переключение ОУ. Период следования импульсов зависит от величины положительной обратной связи и от элементов С и Rоос. С емкости С можно снимать пилообразное напряжение.

Одновибратор (ждущий мультивибратор) имеет одно устойчивое состояние и предназначен для формирования прямоугольных импульсов определенной длительности.

В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт за счет положительного напряжения, поступающего на базу VT2 через резистор Rg. Запуск схемы, производится импульсом положительной полярности, поступающим на базу транзистора VT1. При этом транзистор VT1 открывается, по нему протекает ток Ik1, напряжение Uk1 , напряжение Uб2 , напряжение Uk2 , напряжение Uб1 . Следовательно, из-за положительной обратной связи через конденсатор Cg транзистор VT1 открывается и переходит в режим насыщения, а транзистор VT2 закрывается. После этого начинается разряд емкости Cg через Rg и открытый транзистор VT1. Напряжение на базе VT2 Uб2 уменьшается по экспоненциальному закону и в момент времени t1 (Uб2>0)

произойдет обратный перепад напряжения. Длительность формируемого импульса T_U:

а) б)

Рис. 91. Схема одновибратора (а) и его временная диаграмма работы (б).