Компаратор для сравнения однополярных сигналов

Сравниваемые напряжения (рис. 7) подаются на оба входа одновременно. При использовании в схеме ОУ согласующий элемент может быть аналогичен согласующему элементу, показанному на рис. 3.

Для нахождения характеристики преобразования компаратора воспользуемся эквивалентной схемой, представленной на рис. 8. Схема приведена без учета синфазных входных сопротивлений.

Используя принцип суперпозиции для напряжений в точках А и Б эквивалентной схемы, можно записать:

. (21)

Из выражения для выходного напряжения компаратора формула для характеристики преобразования имеет вид

. (22)

Учитывая, что обычно , перепишем (22) в виде

. (23)

Из (23) следует, что опорное и измеряемоенапряжения должны быть одного знака, и при идеальных свойствах компаратора (и) логический сигналвырабатывается при условии

. (24)

Составляющая систематической ошибки, вызванная конечностью величин и, определяется вторым слагаемым в (23). Поэтому абсолютная ошибка определится как

. (25)

Тогда относительная величина составляющей систематической ошибки, вызванной конечностью коэффициента усиления и входного сопротивления, равна:

. (26)

Составляющая систематической ошибки, вызванная смещением нулевого уровня, определится аналогично выражениям (19) и (20).

Рассмотренные выше соотношения определяют статические ошибки компараторов. Их динамические ошибки характеризуются параметрами и. Для уменьшения времени установления может быть использована положительная обратная связь, вводимая через конденсаторемкостью 10…100 пф (показано пунктиром на рис.7).

Компаратор для сравнения однополярных напряжений с гистерезисной характеристикой

В рассмотренных компараторах могут быть получены характеристики с гистерезисными свойствами. Введение гистерезиса в работу компаратора несколько снижает точность сравнения, однако делает его невосприимчивым к шумам и помехам. Гистерезис достигается включением более высокого опорного напряжения, когда изменяется от низкого к высокому уровню по сравнению со значением, используемым, когдаизменяется от высокого к низкому уровню.

При этом высокое значение опорного напряжения называется верхним порогом срабатывания (), а низкое – нижним порогом срабатывания (). Это достигается путем введения положительной обратной связи.

Получение гистерезисной характеристики рассмотрим на примере компаратора, в котором сравниваемые напряжения подаются на оба входа (рис. 9, а).

Учитывая, что за счет ,, а переключение компаратора происходит при, используя принцип суперпозиции, можно записать:

. (27)

Отсюда следует, что условие переключения схемы определяется равенством , где

,

. (28)

На рис. 9,б показана идеальная характеристика компаратора для положительной полярности сравниваемых напряжений и.

Допустим, что в исходном состоянии выходное напряжение схемы имеет положительную полярность. В этом случае напряжение неинвертирующего входа, определяющее верхний порог срабатывания, равно:

. (29)

При переходе схемы в другое состояние выходное напряжение становится отрицательным и потенциал неинвертирующего входа, определяющий в данном случае нижний порог срабатывания схемы, становится равным:

. (30)

При этом ширина петли гистерезиса, определяющая помехоустойчивость схемы, равна:

. (31)

Если величина =0, то характеристика компаратора становится симметричной относительно нуля.

Введение положительной обратной связи позволяет получить гистерезисную характеристику и у компаратора для сравнения разнополярных напряжений.

Рассмотрим примеры использования компараторов в детекторах уровня, генераторах прямоугольных импульсов, ждущих мультивибраторах.