7.2.5. Компаратори

Компаратори — це елементи порівняння, які широко вико­ристовуються в системах контролю та автоматичного керу­вання й відносяться до елементів імпульсної техніки. Компара­тор, виконаний на базі ОП (рис. 50, а), порівнює вимірювану напругу и_вх, яка подається на один із входів (переважно на інвертувальний), із опорною напругою (наперед заданою) U_on, яка подана на інший вхід. Опорна напруга є незмінною в часі, додатної чи від'ємної полярності, а вхідна напруга — змі­нюється. Коли u_BX = U_on вихідна напруга ОП змінює свій знак на протилежний (з U+_ихмакс па U-,_хмаіЮ чи навпаки). Тому компаратор мас ще назву «нуль-орган», оскільки зміна поляр­ності вихідної напруги (перемикання) відбувається за умови, що и,_а — U_т = 0, де U,_т — задана напруга.

Якщо на інвертувальний вхід подається синусоїдний сигнал (u_вх), а на неінвертувальний – постійна напруга (Uоп) додатної полярності (рис.42,б), то вхідна напруга ОП u_вх..оп = u_вх. – Uоп. До моменту часу від 0 до t₁ uвх..оп < 0, тому U⁺вих. = u_{вих..макс}. В проміжку часу від t₁ до t₂ uвх..оп > 0. тому uвих. = U^-вих..макс.

Рис. 50. Схема компаратора (а) та його часові діаграми (б)

Компаратори для порівняння напруг однієї полярності випускають у вигляді мікросхеми, схемне зображення та передатну характеристику якого показаного на рис.51.

Рис. 51. Схемне зображення (а) та вихідна характеристика (б)

Приклади до розділу

Задача 7.1. Визначити коефіцієнт підсилення інвертувального підсилювача на базі операційного підсилювача (ОП), якщо опір резис­тора в ланці зворотного зв'язку 910 кОм, а опір резистора на іивер-тувальному вході ОП 17,5 кОм.

Розв'язок: Коефіцієнт підсилення інвертувального підсилювача на базі ОП дорівнює

де R₁ – резистор на інвертувальному вході ОП; R₂ – резистор в ланці зворотного зв’язку.

Задача 7.2. Визначити коефіцієнт підсилення неінвертувачьного підсилювача на базі операційного підсилювача (ОН), якщо напруга па вході підсилювача u_tiK = 80 мВ, а на виході ОП - u_вих = 8,0 В.

Розв'язок: Коефіцієнт підсилення неінвертувачьного підсилювача на вазі ОП обчислюємо за виразом

Задача 7.3. На вхід інвертувального підсилювача на базі опера­ційного підсилювача (ОП) подано вхідну напругу u_вх =100л/Я. Обчисли­ти опір резистора в ланці зворотного зв'язку ОП, якщо u_вих =-9,2 В, опір резистора на інвертувачьному вході ОП 15кОм.

Розв'язок: Коефіцієнт підсиленим інвертувального підсилювача на ОП дорівнює

Коефіцієнт підсилення ОП також може бути виражено як .

Звідси обчислюємо опір резистора в ланці зворотного зв’язку .

Задача 7.4. На вхід неінвертувального підсилювача на базі ОП по­дано вхідну напругу u_вх = 120 мВ. Обчислити напругу на виході підси­лювача, якщо резистор в ланці зворотного зв'язку ОП 1,0 МОм, а опір резистора на іивертувальному вході ОП 20 кОм.

Розв'язок: Коефіцієнт підсилення неінвертувального підсилювача на ОП К_и = 1 + R₂/R₁ = 51, де R₁, —резистор на інвертувачьному вході ОП; R₂ —резистор в ланці зворотного зв'язку ОП. Отже, напруга на виході ОП дорівнює u_вих = К_и и_нх = 6,12 В.

Задача 7.5. На входи неінвертувачьного суматора подано u_вх1 =50мB і и_кй =100мВ. Визначити напругу на виході суматора, якщо К_u = 80.

Розв’язок: Напруга на виході суматора