Назначение элементов в схеме

Схема регенеративного компаратора отличается введением цепи положительной обратной связи (ПОС) R6 – VD3 (рисунок 2.4.). За счет этой цепи обеспечивается лавинообразный процесс переключения К и существенно повышает его быстродействие. При этом время переключения t_п не зависит от скорости изменения входного напряжения.

Принцип действия

В исходном состоянии (при U_вх= 0) на неинвертирующий вход ОУ подается с выхода К сигнал U_ос ПОС, к который суммируется с U_оп. В связи с этим при увеличении U_вх переключение К произойдет при верхнем пороге U_в, когда U_вх превысит не только U_оп, и сигнал U_ос:

(2.1.)

После переключения компаратора сигнал обратной связи исчезает, так как U_вых = U⁰_вых = 0.

При уменьшении входного сигнала обратное переключение К происходит при нижнем пороге U_н, близком к опорному напряжению:

(2.2)

Таким образом, статическая характеристика регенеративного компаратора (рисунок 2.5.) имеет гистерезис или зону переключения, которая определяется выражением:

(2.3)

 

Зона переключения компаратора

Эта зона при перестройке компаратора на различные уровни срабатывания не остается постоянной, а уменьшается с увеличением U_оп, что является недостатком схемы. Для сохранения зоны переключения при изменении настройки К требуется регулировка сопротивления R6 и коррекция U_оп.

Применение

Регенеративный компаратор применяется при малых скоростях изменения входного сигнала и в условиях действия помех, влияние которых уменьшается за счет гистерезиса характеристики компаратора.

 

Двухпороговый компаратор

Назначение элементов в схеме

Состояние двухпорогового компаратора изменяется два раза при увеличении входного сигнала. Схема такого компаратора на основе одного ОУ содержит цепь отрицательной обратной связи (ООС) в виде диодного моста VD1 – VD4 с источниками напряжения смещения E (рисунок 2.6.). Резисторы R5 и R6 ограничивают ток смещения. Входной сигнал U_вх и опорное напряжение U_оп подаются на один инвертирующий вход ОУ через резисторы R1 и R3. При этом для вычитания сигналов знак U_оп должен быть противоположен знаку U_вх. Для индикации состояния К используются светодиоды VD7, VD8, включенные через R7, VD5, VD6.

Принцип действия

В исходном состоянии (при U_вх= 0) напряжение U_вых = + U_max, так как на инвертирующем входе ОУ имеется - U_оп. При увеличении U_вх первое переключение К происходит при нижнем пороге U_вх = U_н, когда входной ток I₁ превысит ток I₂, отдаваемый в мост цепью смещения. Диоды в цепи ООС открываются, эквивалентное сопротивление этой цепи становится малым, а коэффициент передачи k_u = R_ос / R₁ » 0, в связи с чем U_вых = 0. При дальнейшем увеличении U_вх это состояние К сохраняется, а затем при верхнем пороге переключения U_вх = U_в происходит второе переключение К, тогда U_вых = U_ОУ = - U_max.

Зона переключения

Пороги срабатывания U_н, U_в и зона переключения D U компаратора при RI = R3, R5 = R6 определяются выражениями :

 

 

 

где U_д = 0,65 - 0,7 В - падение напряжения на открытом диоде. Как видно из этих выражений и статической характеристики (рисунок 2.7), зона переключения двухпорогового  К не зависит от уровня срабаты­вания и опорного напряжения U_оп, что является благоприятным фа­ктором при перестройке компаратора.

Применение

Двухпороговые компараторы могут применяться в схемах трехпозиционных регуляторов, для сигнализации технологических параметров и сортировки деталей по трем признакам "норма", "меньше", "больше".

 

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1.   Область применения однопорогового, регенеративного и двухпороговото компараторов.

5.2.   Назначение каждого элемента в схемах компараторов.

5.3.   Принцип действия компараторов.

5.4.   Вид статической характеристики компараторов.

5.5.   Чем определяется величина выходного напряжения?

5.6.   От каких факторов зависит зона переключения регенеративного и двухпорогового компараторов?

5.7.   От каких факторов зависит точность работы однопорогового компаратора?

5.8.   Как оценивается быстродействие компараторов?

5.9.   От каких факторов зависит быстродействие однопорогового и двухпорогового компараторов?

5.10. Когда целесообразно применение компараторов на основе ОУ вместо интегрального?