6.4. Релаксационные схемы на компараторах
Операционный усилитель, работающий без отрицательной обратной связи (рис. 6.19), представляет собой компаратор.
6.4.1. Компараторы
Выходное напряжение компаратора составляет
Соответствующая передаточная характеристика приведена на рис. 6.20. Благодаря высокому усилению схема реагирует на весьма малое разностное напряжение U1 – U2 и потому хорошо подходит для высокоточного сравнения двух напряжений.
Рис. 6.19. Операционный усилитель в качестве компаратора |
Рис. 6.20. Передаточная характеристика |
При отклонении разности входных напряжений от нуля изменение выходного напряжения от одной границы рабочего участка переходной характеристики до другой
происходит постепенно (не мгновенно) в силу того, что скорость нарастания сигнала ограничена. У стандартных операционных усилителей с частотной коррекцией она
равна всего 1 В/мкс, так что переход от –12 до +12 В длится 24 мкс. Время восстановления усилителя после перегрузки увеличивает задержку.
Существенное сокращение задержки обеспечивается специальными компараторными усилителями. Они конструируются для работы без обратной связи и отличаются особенно малым временем восстановления. Однако усиление, а, следовательно, и точность порога переключения у них несколько хуже, чем у операционных усилителей. Как правило, выход усилителя прямо подключается к схеме сдвига уровня позволяющей непосредственно управлять цифровыми микросхемами. Способ их применения и характеристика приведены на рис. 6.21 и 6.22.
Рис. 6.21. Компаратор с логическим выходом y = 1 при U1 > U2 |
Рис. 6.22. Передаточная характеристика |
Двухпороговый компаратор
Двухпороговый компаратор позволяет определить, находится входной сигнал
в диапазоне между двумя пороговыми напряжениями или вне его. Схема на рис. 6.23
с двумя компараторами дает возможность установить, находится ли входное напряжение выше нижнего порога и ниже верхнего. Это условие выполняется, лишь если на выходах обоих компараторов присутствует логическая единица. Такое объединение обеспечивает логический элемент И. Осциллограммы на рис. 6.24 наглядно иллюстрируют принцип действия схемы. Двухпороговые компараторы выпускаются также в виде интегральных схем, например LTC1042 фирмы Linear Technology, CMP100 фирмы Burr Brown и AD1317 фирмы Analog Devices.
Рис. 6.23. Двухпороговый компаратор; y = 1 при U1 < Ue < U2 |
Рис. 6.24. Осциллограммы двухпорогового компаратора |