2. Пороговые устройства

2.1. Компараторы

Компаратор – это устройство, осуществляющее сравнение двух напряжений, одно из которых называют измеряемое , а второе – опорное .

На схемах компараторы обозначают следующим образом (рис. 2.1):

Рис. 2.1

Компаратор работает следующим образом:

Если дифференциальное напряжение больше нуля (см.рис.2.1), то выходное напряжение принимает высокий уровень (для универсальных компараторов) или значение соответствующее логической единице для специализированных компараторов. Если дифференциальное напряжение меньше нуля, то выходное напряжение принимает низкий уровень (для универсальных компараторов) или значение соответствующее логическому нулю для специализированных компараторов. При равенстве исследуемого и опорного напряжений, т.е. при значение выходного напряжения неопределенно.

Если измеряемое и опорное напряжения подать на компаратор иначе, чем на рис.2.1, а именно измеряемое напряжение подать на инвертирующий вход, а опорное – на неинвертирующий вход, то . Вышеизложенные условия переключения компаратора сведены в таблицу 1.

Таблица 1

	Входной сигнал	Выходной сигнал
1		Высокий уровень или «1»
2		Низкий уровень или «0»
3		Неопределенное состояние

Исторически сложилось, что в качестве компараторов применяются операционные усилители. Поэтому основные параметры компараторов аналогичны параметрам операционного усилителя (ОУ). Отличие состоит в том, что компараторы имеют большие коэффициенты усиления дифференциального сигнала, меньшее напряжение смещения и больше скорости изменения выходного напряжения.

По устройству выходного каскада компараторы подразделяются на специализированные, предназначенные для работы с цифровыми (логическими) микросхемами и универсальные, предназначенные для работы совместно с различными устройствами. Уровни выходных напряжений специализированных компараторов согласованы с уровнем логических нулей и логических единиц цифровых микросхем.

У универсальных компараторов выходной каскад имеет следующее устройство:

Рис. 2.2

Пусть коммутатор КМ находится в положении 1. При этом, если выполняется неравенство (2) из таблицы 1, то транзистор VT выходного каскада компаратора открыт и напряжение на выходе равно , что соответствует низкому уровню напряжения. Если выполняется неравенство (1) из таблицы 1, то транзистор VT закрыт и напряжение на выходе , где напряжение – падение напряжения на резисторе , т.е. близко к напряжению питания + . Это соответствует высокому уровню напряжения.

Если КМ перевести в положение 2, то для случая выполнения неравенства (1) из таблицы 1 напряжение на выходе останется ,, а для случая выполнения неравенства (2) низкий уровень выходного напряжения составит .

Выходной сигнал специализированного компаратора воздействует на входы логических элементов и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Такой компаратор является элементом перехода от аналоговых к цифровым сигналам и поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.