2. Гистерезисные компараторы

Для получения гистерезисного (двухпорогового) компаратора, называ­е­мого триггером Шмитта, в схему сравнения вводят положительную обра­т­ную связь (ПОС) с коэффициентом  = R₂/(R₂ + R_oc) > 1/K_u (рис. 26.5, а). Передаточная характеристика такого устройства имеет гистерезисный хара­ктер (рис. 26.5, б): переключение триггера Шмитта из состояния в состояниепроисходит при напряжении срабатыванияU_ср = +, а возвращение в состояние – при напряжении отпусканияU_отп = .

Гистерезисный компаратор достаточно помехоустойчив; его помехоус­тойчивость определяется значением напряжения гистерезиса (см. рис. 26.5, б)

U_г=U_срU_отп= (+).

Кроме того, благодаря наличию цепи R_ocR₂ПОС в гистерезисном компараторе уменьшается время его переключения, т. е. увеличивается скорость изменения полярности выходного напряжения прямоугольной формы. В рассматриваемом компаратореu_оп= 0, поэтому напряжение срабатывания и отпускания равны по величине, но противоположны по знаку:

U_ср= +;U_отп=.

Приu_оп0 на выходе формируется "несимметричный меандр" с разными длительностями срабатыванияU_сри отпусканияU_отп.

Так, при подаче от генератораXFG1на инвертирующий вход гистерезисного компаратора с источником опорного напряженияЕ1(рис. 26.6) си­ну­со­идального напряженияu_вх(сигнал подан также на каналАосциллографаХSС1, а на каналСподаётся сигналu_вх.н с неинвертирующего входа ОУ, равныйu_вх.н=илиu_вх.н=) приu_оп= 0 (Е₁ = 0) на выходе компарато­ра формируется сигналu_вых(он по­даётся на каналDприбораХSС1) типа ме­андр (рис. 26.7,а), а приu_оп= 1 В"несимметричный меандр" (рис. 26.7, б).

Компаратор переключается при напряжениях

U_ср = u_оп + ( u_оп) ; U_отп = u_оп + ( u_оп).

Для получения несимметричной относительно начала координат передаточной характеристики (гистерезисной петли) компаратора (рис. 26,5,б) необходимо использовать цепь ПОС, коэффициент передачи которойзависит от полярности его входного напряженияu_вх. Так, подключение параллельно резисторуR2диодаVD(см. рис. 26,5,а) приводит к тому, что напряжение срабатыванияU_ср компаратора при положительных выходных напряженияхОУ равно прямому падению напряжения на диоде, а при выходных напря­женияхОУ, когда диод заперт, напряжение отпускания U_отпкомпаратора определяется, как и в схеме ПОС без диода, коэффициентом ПОС = R₂/(R₂ + R_oc).

Если во входном сигнале имеются импульсные помехи, то они могут привести к ложным срабатываниям компаратора. Для имитации импульсных помехв схему (рис. 26.6)посредством переключателяА, последовательно с генераторомXFG1подключим источник прямоугольных импуль­совЕ4(задана амплитуда 0,15 В и частота 250 Гц).

При разомкнутой цепи ПОС (ключ Вразомкнут) на осциллограмме выходного напряжения (рис. 26.8) видны ложные срабатывания компаратора, а при включении в схему резистораRос (посредством замыкания клю­ча В)введения в схему ПОС, составляющие помех во входном напряжении уже не вызывают ложных срабатываний компаратора.они отсут­ству­ют (рис. 26.9).

3. Одновходовый компаратор

Одновходовый компаратор получается при подключении к одному из входов ОУ параллельно двух напряжений: исследуемого u_вх и порогового u_оп при "заземлении" второго входа ОУ (рис. 26.10, а). Пороговое напряжение, при котором происходит переключение компаратора, определяется выражением: u_пор=u_опR₁/R₂.

Так при подаче на вход компаратора (рис. 26.10, а) синусоидального на­пряжения от генератораXFG1и постоянного от генератораЕ1при изме­нении полярности входного сигнала на выходе компаратора происходит, как в двухвходовом компараторе, смена уровней напряжения: с уровняна уровеньили наоборот и формируются прямоугольные импульсы (рис. 26.10, б).

Изменяя в небольших пределах параметры входного сигнала, опорного напряжения и значения сопротивлений резисторов R1иR2, можно качественно оценить их влияние на параметры выходного сигнала компаратора.

На рынке представлен большой ассортимент специализированных интегральных микросхем компараторов отечественных (типа КР1040УД,КР1401СА,521СА1,521СА5и др.) и зарубежных (типаАD841,LM339,ОР275и др.) производителей, время переключения которых составляет от десятых до нескольких десятков наносекунд.