6.6.4. Імпульсний режим оп

Для використання ОП в аналогових пристроях (підсилювачі, генератори гармонічних коливань та ін.) вхідний сигнал повинен мати такий рівень, щоб використовувати нахилені ділянки кривих передавальної характеристики ОП (див. рис. 11.2, б), коли вихідна напруга пропорційно залежить від вхідної. В імпульсному режимі роботи рівні вхідного сигналу перевищують значення, які відповідають лінійній області передавальної характеристики. При цьому вихідна напруга досягає U⁺_вих.mах або U ^-_вих.mах. Ці рівні вихідної напруги є сталими (сприятлива умова для формування незмінної вершини імпульсу) і майже дорівнюють напругам джерел живлення E та E ОП. Незмінність означених рівнів за величиною зумовлено незмінністю за величиною горизонтальних ділянок кривих передавальної характеристики ОП, які відповідають режиму повністю закритого (режим відсікання) або повністю відкритого (режим насичення) транзистора вихідного каскаду (найчастіше емітерний повторювач) ОП.

Таким чином, ОП, як і поодинокий біполярний транзистор, може працювати як у лінійному, так і в імпульсному режимі.

Властивості та параметри ОП дозволяють ефективно використовувати їх для побудови імпульсних пристроїв, зокрема компараторів. У таких функціональних вузлах порівнюються дві напруги, що надходять до входів (або на один вхід) підсилювача – вхідна, що змінюється, і опорна. Опорна напруга позитивної або негативної полярностей незмінна за величиною. Коли вхідна напруга досягає рівня опорної, на виході ОП відбувається зміна полярності напруги, наприклад, U ^– _вих.mах на U ⁺ _вих.mах.

Компаратори напруги. Компараторне ввімкнення ОП використовують для порівняння напруги джерела сигналів U_д з опорним сигналом U₀. Компараторний режим ОП частіше застосовують без зовнішніх кіл негативного зворотного зв’язку, подаючи порівнювані сигнали на один або обидва входи підсилювача.

Для порівняння різнополярних напруг на вході використовують одновходовий компаратор (рис.6.14,а), в якому опорний сигнал і досліджуваний надходять до інвертувального входу ОП. В інтервалі часу 0 ... t₁ (рис. 11.17, б) виконується нерівність | U_д |<| U₀ |, тому U_вх > 0 і напруга на виході компаратора U_вих = U ^– _вих.mах E ^–_С (напруга на інвертувальному вході і на виході різнополярні). У момент часу t₁ вхідний сигнал досягає порогового значення

U_l = U_вх.пор = U₀ R₁| R₂

після цього перевищує його за абсолютним значенням, яке відповідає негативному потенціалу на інвертувальному вході ОП (U_вх < 0), що супроводжується перемиканням компаратора в інший стан, в якому U ^– _вих.mах E⁺_С. Моменту часу, якщо виконується рівність U_д = U_вх.пор, відповідає нестійкий режим підсилювача компаратора. При цьому нахил передавальної характеристики визначається власним коефіцієнтом підсилення K_U. Тому відсутність в ОП негативного зворотного зв’язку сприяє підвищенню швидкості перемикання компаратора.

У

а

б

двовходовому компараторі (рис. 11.17, в) сигнали, які порівнюють, надходять до обох входів ОП. Тому стан виходу компаратора (полярність вихідної напруги) визначається більшою за рівнем напругою одного з входів, що відображено передавальною характеристикою компаратора (рис.11.17, г). Якщо вхідні напруги однакові, вихідна напруга компаратора дорівню нулю аналогічно роботі інтегрального ОП. Рівень вхідної напруги компаратора обмежується допустимою синфазною напругою ОП.

в

г

Рис. 6.14. Компараторне вмикання ОП: а – порівняння різнополярних напруг; б – зміна напруг на вході і виході; в – двовходовий компаратор; г – зміна напруг

Основним показником ОП, що працюють в імпульсному режимі, є їх швидкодія, яка оцінюється затримкою спрацьовування та часом зростання вихідної напруги. Найбільшу швидкість мають спеціалізовані ОП, що отримали загальну назву “компаратори”, які призначені для імпульсного режиму роботи. Затримка спрацьовування таких мікросхем менше 1 мкс, а час зростання вихідної напруги становить соті частки мікросекунди.