Лекция 11
11 Сигнали за сравнение
11.1 Сигнали за сравнение на операционни усилватели
Компараторът е устройство, което ви позволява да сравнявате измереното входно напрежение с еталонно напрежение. Алгоритъмът на компаратора се описва с изразите:
, ако,
, ако> .
Най-простата схема за сравнение и нейната трансферна характеристика са показани на фигура 11.1.
Фигура 11.1 - Диаграма на компаратора (а) и неговата трансферна характеристика (б)
Поради голямото усилване на операционния усилвател на изхода му, се получава последователност от почти правоъгълни импулси и положението на превключващите моменти съответства на равенството =. Ако входовете на операционния усилвател са обърнати, тогава знакът ще се промени. Входните диоди се използват за защита на усилвателя от големи диференциални входни напрежения. Изходното напрежение на компаратора може да се използва за задвижване на устройство като модулатор с широчина на импулса. За = 0 получаваме така наречения нулев индикатор или детектор с нулево ниво.
Поради крайната стойност на печалбата на компаратора е възможно плавно покачване (Фигура 11.2а).
Ако гладката работа е нежелана, тогава се използва компаратор, базиран на операционен усилвател с PIC схема (Фигура 11.2 b). Ако референтното напрежение не се подава, тогава такъв компаратор се нарича още спусък на Schmitt. Както се вижда от фигура 11.2в, такъв компаратор има хистерезис, което се обяснява с наличието на PIC верига. Веригата превключва в състояние, когато входното напрежение достигне нивото на задействане и се връща в първоначалното състояние, когато входното напрежение падне до нивото на освобождаване. Стойностите на входните прагови напрежения и ширината на зоната на хистерезис се определят по формулите:
,
,
.
Праговете правят веригата нечувствителна към шума, който винаги присъства във входния сигнал и по този начин елиминира ненужното превключване поради шум, т.е. елиминирайте така наречения "отскачане" на контакти.
Най-важният индикатор на операционния усилвател в случай на използването му като компаратор е неговата скорост, изчислена от забавянето на реакцията и времето на нарастване на изходното напрежение. Специалните интегрални схеми на компараторите имат най-добро представяне. Повишена производителност в тях се постига чрез използване на микровълнови транзистори и изключване на режима им на насищане. Сравнителите са описани по-подробно в [12,14].
Компараторите (от английската дума сравнение - сравнение) са устройства, които изпълняват функцията за сравняване на два сигнала. С тяхна помощ се фиксират моментите на равенство на сравняваните сигнали. Компараторите се използват широко в системи за преобразуване на аналогови сигнали в цифрови, в ключови регулатори и стабилизатори на напрежение, в прагови устройства и в редица други вериги, където е необходимо да се определят моментите на равенство на два сигнала. В идеалния компаратор изходното му напрежение U може да отнеме само две стойности, едната от които съответства на логическо ниво 1 U (1), а другото е log. 0 U (0) .
Алгоритъмът на компаратора се описва с изразите:
, ако,
, ако> .
Най-често в сравнителните вериги като основна функционална връзка се използва операционен усилвател без OOS верига. При такъв дизайн на веригата той има висока стойност на усилването K 0 = K D спрямо напрежението u D = u един - u 2. В резултат на това неговата трансферна характеристика е подобна на тази на идеалния компаратор, с изключение на областта, свързана със стойности на ниско напрежение u д .
Като се има предвид, че реалните операционни усилватели имат много висока стойност К д. разглежданата разлика между трансферната характеристика на компаратора на операционния усилвател и трансферната характеристика на идеалния компаратор обикновено се пренебрегва. По-съществен източник на разлика между работата на сравнителната верига на операционния усилвател от желаната е ненулевата стойност на напрежението U CM. BX, който измества точката на превключване на компаратора от нула на сумата на това напрежение на грешката.