57. Компараторы напряжения

Компараторы напряжения – это устройства, предназначенные для сравнения двух аналоговых сигналов. Компаратор построен на базе операционного усилителя, на выходе которого включен формирователь импульсов, преобразующий выходное напряжение операционного усилителя в напряжение логического уровня. Компаратор с малым коэффициентом усиления имеет более высокое быстродействие, чем компаратор с большим коэффициентом усиления.

Рисунок 24.1 – Принципиальная схема компаратора на базе операционного усилителя

Рисунок 24.2 – Временные диаграммы компаратора

Напряжение на выходе усилителя: . Пусть для отпирания транзистора требуется . Пусть . Тогда получаем следующее значение для разности напряжений: .

В высокочастотных интегральных АЦП используют компараторы с временем переключения составляющим доли наносекунд. Временем установления компаратора называют время нарастания напряжения на выходе компаратора от нуля до порогового напряжения срабатывания микросхем, включенных на его выходе.

Регенеративный компаратор обладает положительной обратной связью.

Рисунок 24.3 – Функциональная схема триггера Шмитта

Рисунок 24.4 – Петля гистерезиса триггера Шмитта

Компаратор сравнивает значения напряжений U₁ и U_A. Пусть U_вых = "0". Тогда U_A = U₂ – U_R1. . Пусть U_вых = "1". Тогда U_A = U₂ + U_R1. . Внутри петли гистерезиса компаратор не переключается (не чувствителен). Ширина петли гистерезиса зависит от соотношения между R₁ и R₂. При петля гистерезиса шире, чем при .

58. Ацп развертывающего уравновешивания (с пилообразным напряжением)

Рисунок 25.1 – Режим работы АЦП.

Такое ступенчатое напряжение формируется с помощью суммирующего счетчика и ЦАП. Входное напряжение и ступенчатое сравнивают при помощи компаратора. В тот момент, когда U_ступ>U_вх на выходе компаратора будет сформирован перепад напряжения. Этим перепадом в регистр должна быть записана информация с выхода счетчика. Этот код и является выходным кодом преобразователя. Счетчик продолжает работать, пока не закончит свой цикл полностью, после чего весь цикл работы начинается сначала.

Рисунок 25.2 – Схема АЦП развертывающего уравновешивания

Чтобы определить момент окончания цикла работы счетчика используется дешифратор всех нулей. Когда на входе счетчика будут все нули, на выходе дешифратора будет сформирован импульс запуска ОВ. Длительность импульса на выходе ОВ – t_выб . Все время пока осуществляется выборка, счетчик находится в нулевом состоянии, благодаря наличию на входе установки в ноль “1”.

Для оценки времени преобразования рассмотрим пример:

N_вых=10 – число разрядов входного кода,

T_СИ= 1мкс,

пусть t _выб.=5мкс,

T_{цикла преобр.}= t _выб. + t _{преобр.} = t _выб.+ T_СИ ^. 2^N_вых ,

T_{цикла преобр.}=5мкс+1мкс^. 2¹⁰=5мкс+1024мкс=1029мкс.

59. Ацп поразрядного уравновешивания (последовательных приближений)

Рисунок 25.3 – Режим работы 6-разрядного АЦП.

После окончания процесса выборки входной сигнал сравнивается с напряжением формируемым с помощью ЦАП и регистра последовательных приближений (РПП) на первом шаге на выходе ЦАП формируется ступенька напряжения равная половине максимального значения напряжения, которое может преобразовать АЦП и производится сравнением входного напряжения и напряжения на выходе ЦАП. Если U_ЦАП<U_вх , то РПП примет решение увеличить на следующем шаге U_ЦАП. Если U_ЦАП>U_вх , то уменьшить на следующем шаге напряжение. Величина на которую будет изменяться напряжение на втором шаге – U_вх/4. Каждый последующий – изменение напряжения на половину от изменения напряжения на предыдущем шаге. После второго изменения напряжения опять происходит сравнение. Число шагов преобразования равно числу разрядов АЦП.

Вход In предназначен для того чтобы РПП получал информацию о том, какое из напряжений больше. Если U_ЦАП<U_вх на выходе компаратора формируется уровень “0” и РПП на следующем шаге будет увеличивать напряжения. Если U_ЦАП>U_вх – на выходе компаратора “1” и РПП будет уменьшать напряжение.

Выход ЕС – конец преобразования. После завершения цикла работы на этом выходе формируется “1” .

SC – начало преобразования. Чтобы РПП начал работу на вход SC подаем короткий положительный импульс.