- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Применение компараторов.
- •4.3.2. Детектор пересечения нуля
- •Генератор импульсов с переменной скважностью
- •4.3.7. Логические элементы
- •Параметры компараторов.
- •Некоторые характеристики аналоговых компараторов
- •Основные схемы включения таймера. Ждущий режим
- •Автоколебательный режим
- •4.5.3. Типы интегральных таймеров
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 12 (2 час) Стабилизаторы напряжения
- •Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне
- •Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
- •Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя
- •2. Источники опорного напряжения
- •3. Интегральный линейный стабилизатор напряжения
- •3. Импульсный стабилизатор напряжения
- •Феррорезонансные стабилизаторы
- •Современные стабилизаторы
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 13 (4 час) Аналоговые коммутаторы
- •Промышленные аналоговые коммутаторы.
- •Характеристики аналоговых коммутаторов.
- •3.1. Статические характеристики
- •3.2. Динамические характеристики
- •3.3. Эксплуатационные параметры
- •Применение аналоговых коммутаторов
- •4.1. Влияние нелинейности аналоговых коммутаторов на искажения передаваемых сигналов
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 14 (4 час) Цифроаналоговые преобразователи и аналого-цифровые преобразователи
- •Параллельные и последовательные цифроаналоговые преобразователи.
- •1.2. Сигма-дельта-цап
- •Интерфейсы, применение, параметры цифроаналоговых преобразователей.
- •2.2. Цап с параллельным интерфейсом
- •2.3. Применение цап
- •Параллельные, последовательные, последовательно-параллельные и интегрирующие аналого-цифровые преобразователи.
- •Интерфейсы, параметры, применение аналого-цифровых преобразователей.
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Датчики ускорения (акселерометры).
- •Датчики давления.
- •Датчики влажности (гигрометры).
- •Датчики магнитного поля.
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 16 (4 час) Конструкции интегральных микросхем и микропроцессоров
- •Классификация интегральных микросхем по конструктивно-технологическим признакам.
- •Классификация интегральных схем
- •Структуры интегральных схем конструкции активных элементов полупроводниковых микросхем по биполярной технологии Транзисторы типа n–p–n.
- •Транзисторы типа p–n–p.
- •Многоэмиттерные транзисторы (мэт).
- •Многоколлекторные транзисторы (мкт).
- •Составные транзисторы.
- •Интегральные диоды и стабилитроны.
- •Диод Шотки и транзистор с диодом Шотки.
- •Конструкции активных элементов полупроводниковых микросхем на основе полевых транзисторов
- •Конструкция мдп–транзисторов в микросхемах с алюминиевой металлизацией.
- •Мноп–транзисторы.
- •Моап–транзисторы
- •Конструкции мдп–транзисторов с поликремневыми затворами.
- •Конструкции д–мдп–транзисторов.
- •Конструкции V–мдп–транзисторов.
- •Конструкции мдп–транзисторов на диэлектрической подложке.
- •Конструктивно–технологические варианты исполнения кмдп–бис
- •Интегральные резисторы.
- •Интегральные конденсаторы.
- •Методы Изоляции элементов друг от друга в микросхемах
- •Структуры ис на полупроводниках aiiibv.
- •Тема 18 запоминающие устройства
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 21 Структурная организация микроконтроллера
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 20 (4 час)
- •1. Типы микропроцессорных систем
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 21 (4 час) Структурная организация микроконтроллера
- •Общие сведения. Блок схема микроконтроллера
- •Архитектура и команды микроконтроллера.
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Раздел 2. Схемотехнические решения
- •Тема 21 Структурная организация микроконтроллера
Раздел 2. Схемотехнические решения
Тема 11 (4 час)
Аналоговые компараторы и таймеры
Аналоговый интегральный компаратор.
Применение компараторов.
Параметры компараторов.
Аналоговые таймеры.
Аналоговый интегральный компаратор.
1.1. Общие сведения о компараторах
Компаратор — это устройство сравнения. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения величин двух аналоговых сигналов. Если обозначить входной анализируемый сигнал V1N, а опорный сигнал (или уровень сравнения) VREF, то выходной сигнал компаратора Vout — (представляющий собой логический сигнал, содержащий 1 бит информации) будет определяться по правилу
Выходной сигнал компаратора в большинстве случаев подается на входы логических устройств и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор — это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, и по сути дела является одноразрядным аналого-цифровым преобразователем.
Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator —сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.
Рис. 1. Аналоговый компаратор на операционном усилителе |
Рис. 2. Проходная характеристика неинвертирующего компаратора |
Неопределенность состояния выхода компаратора при разности входных сигналов |V1N — VREF| ~ 0 нет необходимости уточнять, так как реальный компаратор всегда имеет либо конечный коэффициент усиления (Рис. 3а), либо петлю гистерезиса (Рис. 36).
a |
б |
Рис. 3. Характеристики компараторов (при VREF = 0):
а — с конечным коэффициентом усиления, б — с гистерезисом (VG — ширина петли гистерезиса)
Чтобы выходной сигнал компаратора изменился на конечную величину|V1OUT— V0OUT| при бесконечно малом изменении входного сигнала, компаратор должен был бы иметь бесконечно большой коэффициент усиления и работать при полном отсутствии шумов.
К такой характеристике можно приблизится двумя способами: либо использовать усилитель с очень большим коэффициентом усиления, либо ввести положительную обратную связь. В первом случае при |VIN — VREF| ~ 0 = 0 характеристика компаратора будет иметь вид Рис. 4а. Это приводит к двум неприятным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении VIN выходной сигнал также будет изменяться замедленно (Рис. 4б-2), что может вызвать нечеткое срабатывание последующих логических схем. Еще хуже то, что при таком медленном изменении VIN около VREF может появиться так называемый «дребезг», при котором выход компаратора многократно с большой частотой меняет свое состояние под действием помех или шумов (Рис. 4б-3). Для устранения этого явления обычно вводят положительную обратную связь, которая обеспечивает переходной характеристике компаратора гистерезис (Рис. 416). Наличие гистерезиса хотя и вызывает некоторую задержку в переключении компаратора (Рис. 46-4), но существенно уменьшает или даже полностью устраняет «дребезг» VOUT .
Рис. 4. Временные диаграммы gереключения компараторов:
а — входные напряжения, б — выходные напряжения компараторов с
бесконечным усилением (/), с конечным усилением(2), при наличии внутреннего
или входного шума (3), с гистерезисом (4)
В качестве компаратора может быть использован и обычный операционный усилитель (ОУ), как это показано на Рис. 5. Усилитель включен по схеме инвертирующего сумматора, однако вместо резистора в цепи обратной связи включены параллельно стабилитрон VD1 и диод VD2.
Пусть R1 = R2. Если (VIN — VRE) > 0, то диод VD2 открыт и выходное напряжение схемы равно падению напряжения на открытом диоде и не превышает 0.5...0.7 В. При (VIN — VRE) > 0KREF) < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации Vcv Это напряжение должно соответствовать единичному логическому уровню цифровых интегральных микросхем, входы которых подключены к выходу компаратора. Таким образом, выход ОУ принимает два состояния, причем в обоих усилитель работает в линейном режиме. Многие типы ОУ не допускают сколько-нибудь существенное входное дифференциальное напряжение. ОУ, включенный по схеме, приведенной на Рис. 5, работает в режиме компаратора практически с нулевыми дифференциальными и синфазными входными напряжениями.
Рис. 5. ОУ в режиме компаратора
Недостатком данной схемы является относительно низкое быстродействие, обусловленное необходимостью частотной коррекции, так как ОУ работает в линейном режиме со 100% отрицательной обратной связью. Поэтому в компараторах на обычных ОУ трудно получить время переключения менее 1 мкс.