27) Компаратор напряжения

Компаратор – это специальная схема, предназначенная для сравнения двух входных напряжений U_вх1 и U_вх2, и получения выходного напряжения U_вых = U_mах, если U_вх1 > U_вх2, и U_вых = U_min, если U_вх1 < U_вх2, где U_min и U_max – два фиксированные значения выходного напряжения, определяемые источником питания

Обратная связь в компараторах, как правило, отсутствует, поэтому реализуется максимальный коэффициент усиления, достигающий нескольких десятков тысяч. Дифференциальное напряжение на входе компаратора, равное разности двух входных напряжений, при котором происходит переключение достаточно мало и составляет 0,1 – 3 мВ. Вследствие малого значения напряжения, при котором происходит переключение компаратора, его выходное напряжение соответствует напряжению насыщения. Передаточная характеристика или зависимость выходного напряжения от разности входных напряжений U_вх = U_вх1 – U_вх2 и однополярном напряжении питания приведена на рис. 1.

Рис. 1. Передаточная характеристика компаратора при однополярном питании

При двухполярном напряжении питания схемы выходное напряжение также будет двухполярным (рис. 2).

Во многом компаратор аналогичен операционному усилителю (ОУ). Любой ОУ можно использовать в качестве компаратора.

Рис. 2. Передаточная характеристика при

двухполярном напряжении питания

28) Компаратор напряжения с петлей гистерезиса

Компаратор является электронным устройством, работающим как ключевая схема, в которой успешно применяется положительная обратная связь для увеличения коэффициента усиления и для получения петли гистерезиса. Наличие положительной обратной связи увеличивает чувствительность компаратора.

Рис. 3. Схемы сравнения в нулевой точке

Если входной сигнал колеблется (изменяется) возле порогового значения, то возможен так называемый дребезг, при котором наблюдаются многократные переключения компаратора.

Подобные явления можно избежать, если характеристика компаратора имеет гистерезис.

Величина входного напряжения, при котором происходит переключение выходного сигнала из высокого в низкий (ВТО – высшая точка опрокидывания) или из положительного в отрицательный определяется выражением:

,

где U_ВТО – высшая точка опрокидывания.

Рис. 5. Схема компаратора с положительной обратной связью

Рис. 6. Передаточная характеристика компаратора с положительной

обратной связью при однополярном питании

Величина входного напряжения, которое необходимо для переключения компаратора из низкого значения выходного напряжения в высокое или из отрицательного в положительное определится выражением ,

где U_НТО – низшая точка опрокидывания

Ширина петли гистерезиса определяется выражением:

.

В некоторых случаях наличие петли гистерезиса необходимо для исключения неопределенности момента переключения компаратора, это необходимо для исключения так называемого «дребезга» (колебания входного сигнала в окрестности опорного).

29) Интегрирующая цепь представляет собой схему, приведенную на рис. 9.

Для случая U_вых(t₁) = 0 напряжение на конденсаторе U_с связано с протекающим через него током i_с интегральной зависимостью:

.

В графической интерпретации выходное напряжение оказывается пропорциональным площади под кривой входного напряжения.

Для интегрирующей цепи выполняется условие  = RC >> t_и. Пределами интегрирования являются моменты времени t₁ и t₂