Примеры применения компараторов

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Электроника»

Тема: «Анализ работы и проектирование электронного компаратора на основе ОУ»

                                                       Исполнитель:

                                                       студент III курса ЭМФ

                                                       специальность 220301

                                                       шифр 204062-С

                                                       Калугин М.В.

г. Серпухов

2007 г.

Содержание.

ВВЕДЕНИЕ.. - 3 -

1. Примеры применения компараторов. - 5 -

2. Компараторы электрических напряжений. - 7 -

3. Пример расчета электронного компаратора. - 9 -

4. Расчетная часть. - 11 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. - 15 -

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... - 16 -

ВВЕДЕНИЕ

Полупроводниковые электронные устройства делятся на два больших класса: аналоговые и цифровые (дискретные). В основе классификации лежит возможность изменения в устройстве элек­трического сигнала, несущего информацию. Если информацион­ный сигнал изменяется непрерывно и может принимать произвольные значения в широком диапазоне, устройство являет­ся аналоговым, если же сигнал изменяется дискретно и может принимать только два фиксированных значения, соответствую­щих двум цифрам двоичной системы счисления — нулю и едини­це, то устройство относится к цифровым или дискретным. В аналоговых устройствах сам электрический сигнал и его парамет­ры — уровень, частота и фаза электрического колебания несут информацию о физической величине. В цифровых устройствах информация о величине закодирована цифровым кодом, состоя­щим из множества двоичных разрядов, каждый из которых может принимать только одно из двух фиксированных значений, кото­рым соответствуют два уровня напряжения (обычно они обеспе­чиваются открытым либо закрытым состоянием транзистора, работающего в ключевом режиме).

Информацию о различных физических величинах и контроли­руемых процессах получают с помощью датчиков, называемых также измерительными преобразователями. Эти устройства осу­ществляют преобразование измеряемой величины в пропорцио­нальный ей электрический сигнал.

В современных системах управления различ­ными процессами, в том числе и технологическими, присутствуют устройства обоих типов. Аналоговые устройства обычно обеспечи­вают съем первичной информации с датчиков системы управле­ния приводами исполнительных устройств и механизмов, управление же самим процессом в соответствии с заданной алго­ритмом программой выполняют цифровые устройства. Взаимо­действие между аналоговой частью системы и цифровой (преобразование информации из аналоговой формы в цифровую и обратно) обеспечивают цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-циф­ровые преобразователи (АЦП).

Очень важную роль при аналого-цифровом преобразовании играют компараторы. Компараторомназывают устройство, пред­назначенное для сравнения изменяющегося аналогового входного сиг­нала с опорным напряжением. При этом в зависимости от того, больше входной сигнал опорного или меньше (на доли милли­вольт), на выходе компаратора должно установиться напряжение «логический нуль» (лог. 0) или «логическая единица» (лог. 1). Так как выходной сигнал компаратора подается обычно на логические схемы, его выходное напряжение согласуется с цифровыми логи­ческими схемами.

Функцию сравнения двух напряжений может выполнить и операционный усилитель, если на один из его входов подать опор­ное напряжение, а на другой — входной сигнал. Однако специализированные устройства – компараторы - имеют преимущество в быстродействии, которое получают, предотвращая режим насыщения его транзисторов, а, следовательно, и длительное рассасывание неосновных носителей.

Примеры применения компараторов

Компаратором называется устройство, предназначенное для сравнения двух однородных физических величин (электрических токов, электрических напряжений, сил и т.д.) и выработке сигнала о том, какая из них оказывается больше другой. Схематично это устройство показано на рис. 1.

Рис.1

Работу компаратора можно представить в виде следующих логических соотношений: А₁ ≥ А₂ → А₃ >0

             А₁ < А₂ → А₃ <0

Входные, а также выходные величины А₁ , А₂ , А₃  могут представ­ляться в аналоговом и дискретном виде. Широко распространенными ком­параторами, использующими дискретное преобразование входных величин, являются устройства отмера длины продукта, например датчики наработ­ки куска на ткацких станках (рис. 2).

Рис.2

Фрикционный датчик текущей длины Д (мерный валик с устройством формирования электронных импульсов) вырабатывает сигнал после поворо­та на некоторый угол (это соответствует наработанной малой длине ма­териала), эти сигналы подаются на счетчик, который ведет подсчет им­пульсов в двоичном коде. Код счетчика подается на одну группу входов компаратора, на другую группу входов которого подается код установки заданной длины. При совпадении этих кодов на выходе цифрового компаратора вырабатывается сигнал, который приводит к остановке ткацкого станка. Роль узла "датчик-счетчик-компаратор" часто выполняет электроконтактный механический счетчик с установлением длины куска (установ­ки) в обычном десятичном коде в погонных метрах.

Работу компаратора аналогового типа можно рассмотреть на примере работы конкретного термометра, схема которого представлена на рис.3.

Рис.3

Первоначально задается положение штока эадатчика, который определяет установку (температуру, которую нужно поддерживать). Шток, так­же как и ртуть термометра, имеет электрические контакты с внешними клеммами В₁ , В₂ .

С ростом температуры ртуть, расширяясь, поднимается по трубке и электрически замыкает клеммы В₁ и В₂ . Это событие является выходным сигналом и используется для управления нагревом, то есть текущей темпе­ратурой в системе авторегулирования.