Применение компаратора в качестве ОУ

Компараторы, не имеющие внутреннего гистерезиса, в принципе могут использоваться в качестве операционных усилителей в низкочастотных схемах. Это удобно при применении многоканальных компараторов, таких, как LM139, в тех случаях, когда схема содержит несколько компараторов и один усилитель. Можно также использовать один из компараторов микросхемы в качестве ОУ для реализации источника опорного напряжения.

Применение компараторов в качестве ОУ ограничено в основном двумя обстоятельствами: сложностью обеспечения устойчивости при наличии отрицательной обратной связи и асимметрией выхода. Для устойчивой работы приходится ограничивать полосу пропускания компаратора (с помощью внешних корректирующих цепей) несколькими килогерцами, что чрезвычайно снижает скорость нарастания выходного напряжения. Компараторы не имеют внутренней частотной коррекции или выводов для подключения внешних корректирующих элементов, хотя часто содержат три каскада усиления напряжения (а это сильно ухудшает условия устойчивости. Поэтому частотная коррекция должна осуществляться внешними цепями. На Рис. 11 показана наиболее простая схема коррекции для компаратора LM139, при которой параллельно выходу компаратора включается конденсатор довольно большой емкости.

Рис. 11. Схема усилителя на компараторе LM139	Рис. 12. Частотные характеристики усилителей на основе компаратора LM139

Рис. 13. Усилитель на интегральном компараторе с внешним

умощняющим транзистором и фазоопережающей коррекцией

Видно, что полоса пропускания усилителя ограничена частотой 100 Гц. Цепь обратной связи Rx и R2 определяет коэффициент усиления, равный 101. Схема имеет малую нагрузочную способность из-за большого сопротивления резистора Rq. В ы х о дможет быть умощнен внешним транзистором VT, включенным по схеме с общим коллектором. Полоса пропускания усилителя, выполненного по этой схеме, может быть расширена до 20 кГц применением более сложной схемы коррекции с фазоопережением (Рис. 13).

Логические элементы

Многие компараторы представляют собой логические схемы с широким диапазоном легко настраиваемых уровней. Это позволяет обеспечить более высокую помехоустойчивость по сравнению с обычными логическими элементами. Кроме того, разработчик может оказаться в ситуации, когда в корпусе многоканальной ИМС может остаться неиспользуемый компаратор, который можно включить как логический элемент с тем, чтобы не вводить дополнительную логическую микросхему.

Логические элементы

Элемент И/И-НЕ

Трехвходовая схема И представлена на Рис. 14.

Рис. 14. Схема И(ИЛИ) на компараторе

Делитель на резисторах R1 и R2 устанавливает опорное напряжение на инвертирующем входе компаратора

(4.21)

На неинвертирующий вход поступает сумма напряжений на логических входах Х1 Х2, Х3, поделенная делителями напряжения на резисторах R3, R4, R5 и Аб. При равенстве сопротивлений входных резисторов /? 3 = Л4= Л5= R напряжение на неинвертирующем входе КР равно

- (4.22)

Если высокий уровень входных сигналов совпадает с напряжением питания схемы Г8, а низкий — с нулем, то (при наличии на входе двух сигналов высокого уровня из трех) необходимая величина опорного напряжения определяется неравенством

(4.23 )

Если требуются равные запасы помехозащищенности «сверху» и «снизу», то

из (4.23) с учетом (4.21) получим

(4 24)

С увеличением числа входов помехозащищенность схемы уменьшается, поэтомувместо резистивной входной цепи лучше включить обычную диоднуюсхему И. В таком случае следует установить опорное напряжение равным половине Vs. Для преобразования этой схемы в И-НЕ достаточно поменять местами подключение входов компаратора. Для ускорения переключения можно ввести небольшой гистерезис.