1. Компаратор
Компараторы сигналов на основе ОУ (не охвачен обратной связью)
Компараторы сигналов применяются для сравнения значений двух сигналов, причем часто один из сигналов является опорным Uоп или задающим порог переключения компаратора. На выходе компаратора сигнал может иметь только два значения (обычно U+max или U-max). Достаточно часто эти два значения считают уровнями логических сигналов, т.е. как логический 0 и логическая 1. Поэтому компараторы уже не являются чисто аналоговыми схемами, а с их помощью производится переход от аналоговых сигналов к дискретным сигналам. Основные схемы компараторов сигналов приведены на рисунке 1.18.
Схема компаратора, приведенная на рисунке 1.18,а, только поясняет принцип его работы, а на практике применяется схема, приведенная на рисунке 1.18,б. По сути данная схема компаратора представляет собой просто разомкнутый ОУ. Амплитудная характеристика компаратора приведена на рисунке 1.18,в.
Диоды VD1 и VD2 необходимы для защиты входа ОУ от перенапряжений, а резисторы R1 и R2 защищают источники сигналов от шунтирования их открытыми диодами. Отметим, что входные сигналы могут иметь любые полярности и, кроме того, можно менять местами сигналы, подаваемые на входы ОУ. При этом будет соответственно меняться амплитудная характеристика компаратора. Данная схема компаратора называется компаратором по схеме сравнения напряжений.
Иногда в этой схеме принимают Uоп =0, т.е. заземляют вход ОУ, на который подается опорный сигнал. Полученную схему часто называют нуль-органом. Нуль-орган применяется для выделения переходов входного сигнала через нулевой уровень, например для преобразования входного синусоидального сигнала в прямоугольный.
Вторая схема компаратора, называемая компаратором по схеме сравнения токов, приведена на рисунке 1.18,г. Порог переключения этой схемы Uпер=Uоп·R2/R1 легко определить, используя метод эквипотенциальных точек, т.к. только в момент переключения можно считать потенциал второго входа ОУ равным нулю. Так же, как и в предыдущей схеме, можно менять местами входы ОУ, на которые подаются сигналы, однако опорный и входной сигнал должны быть разнополярными.
2. Триггер Шмидта
Триггеры Шмидта на основе ОУ (охвачен ОС на неинвертирующем входе)
Основной особенностью триггеров Шмидта, относящихся к классу пороговых схем, является гистерезисный вид их амплитудной характеристики. Схема инвертирующего триггера Шмидта на основе ОУ приведена на рисунке 1.19,а, а его амплитудная характеристика - на рисунке 1.19,б.
В схеме триггера введена глубокая положительная обратная связь (ПОС) с выхода ОУ через резистивный делитель R1,R2 на не инвертирующий вход ОУ.
Пороги переключения схемы легко определить методом эквипотенциальных точек с учетом того, что на выходе ОУ за счет глубокой ПОС может быть только напряжение либо U+max , либо U-max .
U+пер= U+max R1/(R1 + R2), (1.24)
U-пер = U-max R1/(R1 + R2), (1.25)
Как и для большинства схем на основе ОУ основные параметры схемы определяются параметрами внешних компонентов, поэтому значения напряжений переключения и соответственно ширина петли гистерезиса могут быть выбраны в очень широких пределах – от нескольких милливольт до практически величины максимального выходного напряжения ОУ путем выбора номиналов резистивного делителя R1,R2 .
Схема не инвертирующего триггера Шмидта и его амплитудная характеристика приведены на рисунках 1.20, а и б.
Метод эквипотенциальных точек. Этот метод основан на представлении ОУ с точки зрения величины Ku идеальным, т.е. выполняется условие Ku =∞. В этом случае, при условии, что ОУ находится в линейном режиме работы, можно считать равными (эквипотенциальными) напряжения на обоих входах ОУ. Это позволяет значительно упростить анализ работы схемы и многие расчеты.
Пороги переключения в этой схеме также определяются методом эквипотенциальных точек, с учетом того, что в момент переключения потенциал не инвертирующего входа ОУ равен нулю:
U+пер= U+max R1/R2, (1.26)
U-пер = U-max R1/R2, (1.27)
Достаточно часто требуется получить амплитудную характеристику триггера Шмидта смещенной по оси входного сигнала. Для этого через дополнительный резистор R3 (показан на рисунке 1.20,а пунктиром) на вход подключают источник опорного напряжения, в качестве которого обычно используют один из источников питания схемы. Расчет такой схемы по заданным значениям напряжений переключения триггера производят на основе метода эквипотенциальных точек. Сначала задаются величиной одного из резисторов схемы, обычно R1, а затем составляют систему из двух уравнений для заданных значений напряжений переключения, решая которую находят необходимые величины остальных резисторов.
