Компаратор со стробированием

Выход компаратора может быть блокирован включением параллельно с ним транзистора При подаче положительного напряжения на базу этого транзистора на выходе схемы устанавливается низкий уровень независимо от входных сигналов компаратора. Если компаратор используется в цифровой системе, его выход может стробироваться с помощью любого логического элемента, имеющего выход с открытым коллектором.

RS-триггер

На следующем рисунке представлена схема компаратора, используемого как триггер с раздельным запуском ( -триггер).

Пороговое напряжение задается на инвертирующем входе делителем напряжения на резисторах Импульс амплитудой, равной напряжению питания, приложенный к входу переключит выход компаратора в состояние высокого уровня. Теперь делитель напряжения на резисторах задает на неинвертирующем входе напряжение боль шее, чем пороговое, поэтому после окончания импульса на S-входе компаратор не вернется в первоначальное состояние. Импульс, приложенный к входу вернет схему в первоначальное состояние.

Схема RS-триггера на компараторе

Одновибраторы

Простой одновибратор (генератор одиночных импульсов) может быть реализован на одном компараторе, как это показано на рисунке.

Простой одновибратор: а — электрическая схема, б — временные диаграммы

Здесь также применен компаратор, имеющий выход с открытым коллектором. Ширина выходного импульса устанавливается выбором значений и чтобы не загружать выход компаратора). Необходимая амплитуда входного запускающего импульса определяется параметрами делителя, состоящего из резисторов

В устойчивом состоянии схемы напряжение на инвертирующем входе составляет Разделительный конденсатор заряжен до напряжения

Выходное напряжение компаратора имеет низкий уровень (0). Напряжения на конденсаторе С₂ и неинвертирующем входе компаратора равны нулю. Запуск производится кратковременным снижением напряжения на запускающем входе б). При этом напряжение на инвертирующем входе компаратора становится меньше нуля, и компаратор переключается в состояние высокого напряжения на выходе. Напряжение на неинвертирующем входе скачком увеличивается почти до и компаратор фиксируется в этом состоянии, поэтому при возврате входного напряжения к первоначальному уровню компаратор не переключается в исходное состояние.

Конденсатор начинает заряжаться от источника через резисторы и В результате напряжение на неинвертирующем входе компаратора уменьшается. Как только оно достигает величины напряжения на инвертирующем входе (равного ), компаратор возвращается в исходное состояние. Конденсатор разряжается от напряжения до нуля через выходной транзистор компаратора и диод поэтому разряд происходит быстро и время релаксации незначительно. Кроме того, диод предотвращает появление большого отрицательного напряжения на неинвертирующем входе.

Усовершенствованный одновибратор: а — схема, б — временные диаграммы

Температурная стабильность может быть достигнута за счет баланса температурных коэффициентов (ТК) и или применения компонентов с низким ТК. Длительность выходного импульса слабо зависит от величины питающего напряжения: она изменяется менее чем на 2% при изменении на 5 В.

Одновибратор имеет ряд преимуществ перед предыдущей схемой.

Во-первых, здесь ширина импульса не зависит от величины напряжения источника питания поскольку и зарядное напряжение, и напряжение переключения составляют фиксированный процент от Кроме того, время релаксации этого одновибратора не превышает 1% от длительности импульса. И, наконец, схема имеет входную блокировку, препятствующую повторному запуску одновибратора до окончания генерации выходного импульса.

В рассматриваемой схеме, как и в предыдущей, используются компараторы с открытым коллектором на выходе. В устойчивом состоянии схемы и при напряжение на инвертирующем входе компаратора равно

а напряжение на его неинвертирующем входе

Для обеспечения устойчивого состояния одновибратора выбором сопротивлений резисторов должно гарантироваться условие

Конденсатор заряжен через резистор до напряжения питания. Емкость этого конденсатора должна быть выбрана небольшой, с тем чтобы он мог быстро полностью разрядиться через выходной транзистор компаратора до восстановления запертого состояния этого транзистора, вызываемого переключением выхода компаратора в состояние высокого уровня (лог. 1). В исходном устойчивом состоянии напряжение на выходе компаратора равно нулю.

При подаче запускающего импульса на вход напряжение становится на время импульса больше, чем На выходе возникает напряжение низкого уровня (лог. 0). Конденсатор быстро разряжается через открытый выходной транзистор компаратора и, как только напряжение станет меньше, чем пороговое напряжение компаратора выход переключится в состояние лог 1. В этом состоянии схемы напряжение

вернется в первоначальное состояние, при котором его выходной транзистор заперт, поэтому конденсатор начнет снова заряжаться напряжением через резистор по экспоненциальному закону. До окончания выходного импульса, схема не будет реагировать на запускающие импульсы.

Длительность выходного импульса определяется временем заряда конденсатора от нуля до порогового напряжения компаратора которое в этом его состоянии определяется формулой

Когда напряжение на конденсаторе превысит величину компаратор переключается в состояние лог. 0 (быстрейшему переключению содействует небольшой гистерезис переходной характеристики, обусловленный резистором ), и восстанавливается первоначальное состояние схемы за исключением того, что напряжение еще долго будет нарастать до установившегося значения Это, однако, не увеличивает время релаксации, поскольку заряд времязадающего конденсатора при генерации выходного импульса в любом случае начинается от нуля, поэтому запускающий импульс может быть подан на вход схемы практически сразу же после окончания выходного импульса.

Стабильной работе схемы при использовании компараторов ИМС LM139 способствует их замечательное свойство: при нулевом выходном токе (т. е. когда конденсатор полностью разряжен) напряжение коллектор—эмиттер открытого выходного транзистора не превышает 1 мВ, а выходная характеристика компаратора в этом состоянии остается линейной при увеличении втекающего тока вплоть до 16 мА.