metodichki_SAEY / Компаратор

Московский технический университет связи и информатики.

Лабораторная работа

Исследование компаратора.

Выполнил:

Чупеев Антон

ЗРС1101

Москва 2013

Цель работы.

1. Экспериментальное определение спектральных характеристик компаратора.

2. Изучение принципов работы компаратора.

Задание.

1. . Перед преступлением к выполнению следует ознакомиться со следующими понятиями:

- Компаратор.

- Триггер Шмитта.

2.2. Нарисовать структурную схему эксперимента.

2.3. Сделать вывод.

Теоретический материал.

Компаратор - это операционный усилитель без обратной связи с большим коэффициентом усиления, осуществляющего сравнение измеряемого входного напряжения (Uвх) с опорным напряжением (Uоп) (рис.1). Опорное напряжение представляет собой неизменное по величине напряжение положительной или отрицательной полярности. Входное напряжение изменяется во времени. При достижении входным напряжение уровня опорного напряжения происходит изменение полярности напряжения на выходе ОУ, например, с U⁺_{вых max} на U^-_{вых max} . При равенстве U_оп =0 ОУ осуществляет фиксацию момента перехода входного напряжения через нуль. Компаратор часто называют нуль-органом, поскольку его переключение происходит при U_вх – U_оп ≈0.

Рис.1. Схема компаратора на операционном усилителе.

Величина и полярность выходного напряжения компаратора (рис.2) определяется в соответствии с выражением

U_вых = (U⁺- U^-)K₀

где U⁺ - напряжение на неинвертирующем выходе ОУ,

U^- - напряжение на инвертирующем выходе ОУ,

K₀ - коэффициент усилителя ОУ.

Поскольку K → ∞ (10⁴ 10⁶) компараторы осуществляют сравнение входного U_вх и опорного напряжения U_ок с высокой точностью.

Компараторы нашли применение в системах автоматического управления и в измерительной технике, а также для построения различных узлов импульсного и цифрового действия (в частности Аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей).

Рис.2. Передаточная характеристика компаратора на операционном усилителе

Однако, если входной сигнал будет изменяться очень медленно, то при достижении уровня входного сигнала опорному, выход компаратора может многократно с большой частотой менять свое состояние под действием незначительных помех (дребезжания). Для предотвращения этого используется компаратор, в котором ОУ охвачен положительной обратной связью, осуществляемой по инвертирующему входу с помощью резисторов R₁ , R₂ ( рис.3. ). Такой компаратор обладает передаточной характеристикой с гистерезисом (Которая заключается в том, что реакция системы на текущее воздействие зависит от воздействия, действующего на нее ранее.) (рис.4.). Схема известна под названием триггера Шмитта или порогового устройства.

Рис.3. Схема компаратора с положительной обратной связью.

Рис.4. Идеализированная передаточная характеристика триггера Шмитта

Переключение схемы в состояние U^–_{вых max} при достижении U_вх напряжения (порога) срабатывания U_ср , а возращение в исходное состояние U_вых= U⁺_{вых max} - при снижении U_вх до напряжения (порога) отпускания U_отп . Значения пороговых напряжений находят по схеме, положив U_o=0.

U⁺_{вых max} -U_оп

U_ср= U_оп+ —————— R₁

R₁ – R₂

U^–_{вых max}+ Uоп

U_отп= U_оп – ——————— R₁

R₁ –R₂

Важнейшим показателем операционных усилителей, работающих в импульсном режиме, является их быстродействие, которое оценивается задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения. Задержка срабатывания (время задержки выходного импульса) ОУ общего применения составляет единицы микросекунд, а время нарастания выходного напряжения –доли микросекунды.

Лучшим быстродействием обладают специализированные ОУ, предназначенные непосредственно для импульсного режима работы и получившие общее название «компараторы». Задержка срабатывания таких микросхем составляет менее 1мкс, а время нарастания –сотые доли микросекунды.

Методические указания по выполнению лабораторной работы.

1. Загрузить программу схемотехнического моделирования MC 7…10 двойным щелчком по ее пиктограмме. Далее выбрав команду File, потом – Open, открыть схему под названием «compdemo», рис. 1.

Рис. 1

2. В соответствии с индивидуальным вариантом (таблица 1) установить форму задающего сигнала в генераторах V1 и V2 в параметре Value (рис.2). Чтобы открыть окно задания параметров генераторов нужно дважды кликнуть курсором по изображению выбранного типа генератора (рис. 2).

Рис. 2

3. Analysis – Transient и установить значения в соответствии с рис. 3

Рис. 3

4. Зарисовать полученную характеристику, сделать вывод по проделанной работе.

№ Варианта	V1	V2
1	DC 0 AC 1 0 Sin 0 10 1k 0 0 0	DC 0 AC 1 0 Sin 0 10 1k 0 0 90
2	DC 0 AC 1 45 Sin 0 10 10k 0 10 90	DC 0 AC 1 0 Sin 0 10 1k 0 0 90
3	DC 0 AC 1 45 Sin 0 10 10k 0 10 90	DC 0 AC 1 0 Sin 0 10 15k 0 0 90
4	DC 0 AC 1 60 Sin 0 10 5k 0 10 180	DC 0 AC 1 45 Sin 0 10 5k 0 0 90
5	DC 0 AC 1 20 Sin 0 1 20k 0 8k 20	DC 0 AC 1 45 Sin 0 10 5k 0 0 90
6	DC 0 AC 1 20 Sin 0 1 20k 0 0 20	DC 0 AC 5 45 Sin 0 10 5k 0 2k 90
7	DC 0 AC 1 5 Sin 0 1 20k 0 0 15	DC 0 AC 5 30 Sin 0 10 15k 0 0 45

Таблица 1

Отчет должен содержать:

• титульный лист;

• цель работы;

• графики полученных результатов;

• выводы по проделанной работе.