Краткие теоретические сведения. Аналоговые компараторы предназначены для сравнения двух аналоговых сигналов между собой или одного входного аналогового сигнала с заданным эталонным уровнем

Аналоговые компараторы предназначены для сравнения двух аналоговых сигналов между собой или одного входного аналогового сигнала с заданным эталонным уровнем. Компараторы представляют собой специализированные ОУ с дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления и быстродействием без ООС. Обычно они изготовляются в виде ИС. На входы ком­паратора поступают аналоговые сигналы, а с выхода снимаются напряжения, близкие к +U_n или -U_n, т.е. снимается 0 или 1.

Основные параметры компараторов можно подразделить на статические и динамические.

К статическим параметрам относятся:

- пороговая чувствительность — минимальный разностный сигнал, который можно обнаружить компаратором и зафиксировать на выходе как логический сигнал;

- напряжение смещения U_см — определяет смещение передаточной характеристики компаратора относительно заданного положения;

- входные токи I_вх(+) и I_вх(-) — токи, протекающие через входные шины компаратора;

- разность входных токов ΔI_вх = I_вх(-) - I_вх(+) — ток, протекающий через закороченные входы;

- напряжение гистерезиса U_г — разность входных напряжений, вызывающих срабатывание компаратора при увеличении или уменьшении входного напряжения;

- коэффициент ослабления синфазного сигнала К_осс — отношение синфазного сигнала U_син к дифференциальному сигналу ΔU_вх, вызывающему срабатывание компаратора:

- входное сопротивление R_вх;

- выходные логические уровни — и

- выходной ток I_вых — ток в выходной шине компаратора.

Гистерезис компаратора проявляется в том, что переход из состояния в состояние происходит при входном напряженииU_BX1, а возвращение из в при напряженииU_BX2. Наличие гистерезиса, как правило, связано с использованием в компараторе ПОС.

Основным динамическим параметром, определяющим быстродействие аналогового компаратора, является время задержки выходного сигнала относительно входного. С увеличением входного сигнала U_BX быстродействие аналогового компаратора увеличивается.

Интегральные схемы компараторов можно подразделить по совокупности параметров на три группы:

- общего применения (t₃ < 300 нc, K_v< 100 дБ);

- быстродействующие (t₃< 30 нc);

- прецизионные (К_v> 100 дБ, U_cm< 3 мВ, ΔI_вх < 10 нА).

Кроме того, компараторы можно подразделить на стробируемые и нестробируемые, а также с памятью и без памяти.

Компараторы общего применения имеют средние характеристики. Однако они, как правило, потребляют меньшую мощность, могут работать при низком напряжении питания и в одном корпусе располагаются до четырех компараторов. Прецизионные компараторы отличаются повышенным коэффициентом усиления, меньшим пороговым напряжением смещения, малыми входными токами.

В отличие от ОУ, в компараторах практически никогда не применяют ООС, так как она снижает стабильность их работы, однако для устранения «дребезга» выходного напряжения иногда вводится ПОС.

Компараторы бывают однопороговые и двухпороговые. Схема однопорогового компаратора и его передаточная характеристика представлены на рис. 5.47, а схема двухпорогового компаратора, представляющая собой триггер Шмитта — на рис. 5.48.

Компаратор (рис. 5.48) охватывается ПОС через делитель напряжения R₁, R₂.

Меняя соотношение делителя R₁, R₂,можно изменять напряжение срабатывания:

Обычно U_вых≈+U_пит или -U_пит.

При R₂ = 0 компаратор становится однопороговым.

Передаточную характеристику можно перемещать влево и вправо подачей дополнительного напряжения U_cm на инверсный вход компаратора (рис. 5.49).

В качестве компараторов используются микросхемы серий К521, К554, К597, К1401. Микросхема К521САЗ является прецизионным компаратором со стробированием и балансировкой. Микросхема К521СА1 представляет собой два автономных компаратора с одним общим выходом, она может использоваться для сравнения двух аналоговых сигналов. Микросхема К1401СА1 относится к многоканальным, в ее корпусе располагаются четыре компаратора.

Описание работы мультивибратора на ОУ см. книгу Забродин Промышленная электроника. Стр. 187-191

Порядок выполнения работы.

Рассчитать триггер Шмитта со смещением со следующими параметрами:

U_см = 1+0,1*N В, U_пор2=4+0,12*N, где N - номер варианта.

Собрать рассчитанную ранее схему в программе - симуляторе. В качестве источника входного сигнала выбирать согласно таблице 1.

Таблица 1.

Провести моделирование работы триггера Шмитта.

По полученным временным диаграммам определить напряжение смещения и пороговое напряжение.

Провести расчеты несимметричного мультивибратора со следующими параметрами:

f=1+0.1*N кГц, где f - частота сигнала на выходе мультивибратора,

N - номер варианта, t_и1*f =0.4+0.03*N.

Собрать схему несимметричного мультивибратора в программе - симуляторе.

Провести моделирование.

По полученным графикам определить частоту следования импульсов и произведение t_и1*f.

Содержание отчета

Отчет должен содержать следующее.

– Название и цель работы;

- Расчёт триггера Шмитта;

– Схему триггера Шмитта в программе - симуляторе.

- Временная диаграмма работы триггера Шмитта и значения определённых по ней напряжения смещения и порогового напряжения

- Расчёт несимметричного мультивибратора.

- Схему несимметричного мультивибратора в программе - симуляторе.

- Временная диаграмма работы несимметричного мультивибратора и значения определённых по ней частоты сигнала на выходе и

произведение t_и1*f

- Вывод о проделанной работе.

1.

2. Контрольные вопросы

1. Что называется триггером Шмитта?

2. Каково назначение триггера Шмитта?

3. Напишите формулу для расчёта порогового напряжения триггера Шмитта.

4. Что называется мультивибратором?

5. Нарисуйте схему несимметричного мультивибратора на ОУ?

6. Изобразите временные диаграммы работы несимметричного мультивибратора.

7. Напишите формулу для расчёта частоты сигнала на выходе несимметричного мультивибратора.

Поиск по сайту: