10. Сравнивающие устройства циу. Требования к аналоговым компараторам.

Компаратором называют сравнивающее устройство с двумя аналоговыми входами и одним выходом, выдающее на выход сигнал высокого или низкого уровней в зависимости от знака и разности аналоговых напряжений на входах. Одно из входных напряжений называется измеряемым, а второе компенсирующим или опорным.

Применяются компараторы как по прямому назначению - для сравнения двух напряжений, так и в различных схемах с положительной обратной связью - формирователях, релаксационных генераторах и т. д. При этом удобным является то, что получаемые с подобных устройств сигналы могут без всякого дополн-го формир-я исп-ться для упр-я логическими цепями.

Uвых=«1» при U_x-U_k≥0

Uвых=«0» при U_x-U_k<0

Компаратор состоит (в общем случае): сумматор(выделяющий разность), усилитель, выходной пороговый элемент. Идеальный компаратор имеет Rвх →, нулевой дрейф, бесконечно большой коэффициент усиления усилителя, бесконечное быстродействие.

Основными параметрами компараторов являются: чувствительность U_вхмин (точность, с которой компаратор может различать входной и опорный сигналы),быстродействие t_здр (скорость отклика, определяемая задержкой срабатывания и временем нарастания сигнала) определяется длительностью переходных процессов при подаче на вход скачка напряжения, нагрузочная способность(сп-ть К управлять опр-м числом входов цифровых микросхем)

Классификация компараторов:

По схемотехническому решению компараторы подразделяют на одноканальные, которых большинство, и многоканальные (521СА1, 521СА6, 554СА4, 554СА6).

По использованию выделяют компараторы общего и частного применения. Компараторы общего применения дешевле, имеют средние значения параметров, а компараторы частного применения в чем–то превосходят их.

Среди компараторов частного применения выделяют:

–быстродействующие, со временем задержки t_зад<50 нс. Среди лучших–К597СА4, К521СА4, К521СА5;

–маломощные, с током потребления I_пот ≤ 2,5 мА. Среди таких компараторов можно выделить ИМС К1040СА1, К1053СА1,2, К1401СА1,2,3.

Кроме этого отдельно выделяют многоканальные К-ы, к которым относят не только с объединенными по схеме ИЛИ выходами К521СА1, К554СА1), но и ИМС, содержащие несколько независимых компараторов с выходами по схеме «открытый коллектор», которые могут быть также объединены (К521СА6, К597СА3).Ряд ИМС компараторов имеют пониженные номинальные значения напр-я питания–К597СА4 (±5 В), К554СА4 (±9 В).

Выходной сигнал компараторов имеет или фиксированные уровни, обычно соответствующие разным типам логики цифровых ИМС (ТТЛ–К597СА2, К521СА2, К521СА1; ЭСЛ–К521СА4, К597СА4) или плавающие открытый коллектор»), значения которых определяются параметрами внешней цепи (К521СА3, К554СА3).

11. Статическая и динамическая характеристики компараторов. Перевозбуждение, особенности построения и характеристика компараторов серий 521 и 597.

Основным динамическим параметром компаратора является время переключения t_п. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения U_вх, подаваемого на другой вход.

Параметры компараторов:

1. Чувствительность– минимальная разность аналоговых сигналов U_вх и U_оп, которая может быть обнаружена компаратором и зафиксирована в виде изменения его выходных уровней.

2. Гистерезис.применяться положительная обратная связь, для увеличения коэффициента усиления и получения некоторого гистерезиса в переходной характеристике U_вых=f(U_вх). Увеличение коэффициента усиления приводит к тому, что амплитуда входного напряжения, необходимого для переключения компаратора, сокращается до очень малой величины. Рассмотрим схему компаратора с ПОС.

Передаточная характеристика, для случая, когда сигналы U_вх и U_оп положительны, приведена

Идеальная реальная

3. Время переключения t_перекл– это время с момента подачи входного сигнала до момента, когда выходной сигнал компаратора примет установившееся значение с определенной погрешностью при заданной нагрузке (основной динамический параметр).

4. Напряжение перевозбуждения - на практике компараторы часто сравнивают опорное напряжение с импульсным сигналом; при этом в зависимости от напряжения перевозбуждения , которое представляет собой разность постоянного опорного и амплитуды импульсного сигнала, время переключения компаратора существенно меняется. В этом случае время переключения уменьшается до некоторого предельного значения, котороеназывается t_{пер min}. Это время переключения м\б в десятки раз меньше, чем стат-е время переключения.

Т.о. перевозбуждение является эффективным способом повышения быстродействия компаратора. Время переключения

нормируется при этом для стандартных уровней в 5, 20 и 100 мВ.

5.Напряжение смещения нуля компаратора (в случае, если его входы заземлены, а на выходе есть напряжение). Напряжение смещения приводит к сдвигу точки переключения во входном напряжении от U_on до U_оп + U_CM.

6. Зона неопределенности («дребезг» компаратора) - пар-тр, характеризующий случайную составл-ю напр-я переключения, характерную для компаратора.

При медленном изменении U_вx , U_вых также будет изменяться замедленно, что может вызвать нечеткое срабатывание последующих схем. Т.о. при медленном изменении U_вх около уровня U_on может появиться «дребезг», при котором, выход компаратора многократно с большей частотой меняет свое состояние под воздействием помех и шумов.

Для устранения этого явления обычно вводят положительную ОС, которая обеспечивает переходной хар-ке компаратора гистерезис. Для каждого К-ра нормируется уровень неопределенности.

7. Диапазон синфазных сигналов - макс напряжение которое можно подать на оба входа К-ра одновременно при кот-м он сохр-т свои параметры.

8. КОСС – насколько реальный параметр отличается от идеального с точки зрения симметрии по обоим каналам.

9.Диапазон дифференциальных сигналов.

10. Выходное напряжение уровней лог.0 и лог.1.

11. Значение входных сопротивлений: дифференциального – между входами; синфазного – между входами и землей.

12. Общие технические параметры: напряжение питания U_пит, рабочий диапазон температур, наличие входов стробирования.

Особенности компараторов:

Серия 597-предназначены для ЭСЛ выполнены по ЭСЛ технологии.

597СА1,597СА2 имеют достаточно высокое быстродействие, но очень большой ток потребления.

597СА1-вырабатывает сигналы для ЭСЛ логики (стробируемый )

597СА2 предназначен для управления ТТЛ логикой и имеет схему запоминания предыдущего состояния.

597СА3-два стробируемых независимых прецизионный компаратора с малыми токами потребления.

Серия 521

521СА1-два быстродействующих стробируемых компаратора(ТТЛ).

521СА3-прецизионный компаратор совмещен с ЭСЛ, ТТЛ, КМОП логикой.

Среди компараторов частного применения выделяют:

–быстродействующие, со временем задержки t_зад<50 нс. Среди лучших–К597СА4, К521СА4, К521СА5;

–маломощные, с током потребления I_пот ≤ 2,5 мА. Среди таких компараторов можно выделить ИМС К1040СА1, К1053СА1,2, К1401СА1,2,3.

Кроме этого отдельно выделяют многоканальные компараторы, к которым относят не только с объединенными по схеме ИЛИ выходами К521СА1, К554СА1), но и ИМС, содержащие несколько независимых компараторов с выходами по схеме «открытый коллектор», которые могут быть также объединены (К521СА6, К597СА3).Ряд ИМС компараторов имеют пониженные номинальные значения напряжения питания–К597СА4 (±5 В), К554СА4 (±9 В).

Выходной сигнал компараторов имеет или фиксированные уровни, обычно соответствующие разным типам логики цифровых ИМС (ТТЛ–К597СА2, К521СА2, К521СА1; ЭСЛ–К521СА4, К597СА4) или плавающие открытый коллектор»), значения которых определяются параметрами внешней цепи (К521СА3, К554СА3).