2.5.2 Двухпороговые детекторы

Это устройства, у которых при изменении входного сигнала в одну сторону (например, увеличении) выходной изменяется в 2 раза.

Рисунок 2.46 Схема двухпорогового детекторы

Схема содержит 2 компаратора. У компаратораDА1входной сигналподаётся на неинвертирующий вход, а у компаратораDА2 – на инвертирующий. На вторые входы подаются постоянные , снимаемые с резистивного делителя R1-R3, причём у первого компаратора . У неинвертирующего компаратора (DА1) имеет высокий уровень ( )при , а уинвертирующего компаратора (DА2) – при . В выходных цепях открыт тот диод, на входе которого напряжение больше. В результате имеет низкий уровень (логический нуль) если . Такое устройство называется детектором (или компаратором) с окном и используется для индикации нахождения в заданных пределах значения какой-либо величины, выпаженной напряжением (в средствах контроля, сортировки продукции).

2.5.3 Особенности схемотехники компараторов

Основными параметрами компараторов является время переключения или задержки срабатывания: это время между моментом подачи на вход испытательного перепада напряжений и момента достижения 50% (иногда 90%) предельного уровня. Для современных цифровых интегральных микросхем (ИМС) время переключения . Целесообразно, чтобы работающие с ними компараторы имели такое же высокое быстродействие.

Применение обычных операционных усилителей (ОУ) этого не обеспечивает. Типичная скорость нарастания для скорректированного операционного усилителя (ОУ):1В/мкс => переход с уровня -12В до 12 В произойдёт за 24 мкс. При применении операционного усилителя (ОУ) в качестве компаратора его не нужно корректировать => скорость нарастания на порядок выше. Однако гораздо больше скорость срабатывания у специально выпускаемых интегральных схем компараторов. Время задержки их включения: единицы-десятки нс. Их оконечные каскады имеют логический выход.

Меры по повышению быстродействия в интегральных компараторах:

1. Предотвращение насыщения транзисторов. Для этого ограничивают напряжение, отпирающее оконечные транзисторы.

2. Для повышения времени рассасывания не основных носителей из базы строят схемы, обеспечивающие при запирании транзистора VT протекание обратного тока базы.

3. Встраивание диодов Шоттки параллельно переходам К-Б транзистора. Порог отпирания этих диодов равен 0,3 B, что меньше чем коллекторного p-n-перехода. Поэтому коллекторныйp-n-переход не открывается и не инжектирует носители в базу, т.е. не создаёт насыщения базы транзистора. В результате при запирании транзистора не тратится время на рассасывание носителей из базы. Такие транзисторы Шоттки ( это сочетание транзистора c диодом Шоттки) имеет время переключения В быстродействующих компараторах почти все транзисторы - транзисторы Шоттки.

4. Кристалл ИС легируют золотом, что уменьшает время жизни не основных носителей заряда и тем ускоряет выход транзистора из насыщения.

Особо выделяется группа прецизионных интегральных компараторов. Они отличаются высокой точностью сравнения напряжений. Это достигается большим получаемым добавлением промежуточных каскадов. Чтобы уменьшить ошибку из-за малого сопротивления источника входного сигнала транзистор включают как эмиттерный повторитель (ЭП). Для компенсации делают выводы из ИМС для подключения потенциометра ручной балансировки нуля.

Многие компараторы имеют стробирующий вход на один из промежуточных каскадов. Его используют для блокировки выхода путём подачи импульсов на этот вход, что расширяет возможности компараторов. Некоторые типы компараторов выполняют сдвоенными, т.е. в одном корпусе по два с заранее соединёнными выходами оконечных ЭП, что реализует операцию “ ИЛИ“ , так как и на рисунке выше, но не требует добавления диодов. Структура компаратора: входной дифференцирующий усилитель, промежуточный усилитель и выходной каскад (выходной формирователь).