В качестве датчиков давления и усилия применяются в основном пьезодатчики, а в качестве датчиков скорости — тахогенераторы.

Основной недостаток перечисленных датчиков механических величин — низкая надежность и небольшой срок службы. Поэтому в настоящее время их функции выполняют датчики на основе полупроводниковых материалов. К примеру, тахогенераторы, предназначенные для контроля механических вращений, могут быть с успехом заменены оптоэлектронной парой с соответствующим электронным преобразователем.

5.3. Аналоговые компараторы

Компаратор предназначен для сравнения аналоговых сигналов: один из них называют опорным (Uоп), а другой — измеряемым или входным (Uх). В момент равенства сигналов напряжение на выходе компаратора резко изменяется.

Обычно после компаратора включается цифровой элемент, на вход которого следует подавать напряжение только двух уровней: один соответствует логической «1», а другой — логическому «0». Поэтому напряжения на выходе компаратора должны принимать эти значения.

Наличие двух входов и большой коэффициент усиления ИМС ОУ позволяет построить компаратор на ее основе.

На рис. 5.13, а приведена схема компаратора для сравнения однополярных сигналов. Полярность Uвых определяется бîльшим из напряжений Uоп и Uх :

Рис. 5.13. Компаратор для срав- Uвых = К(Uоп – Uх), нения однополярных сигналов (а) и временнûе диаграммы (б)

его работы

221

а величина Uвых за счет большого коэффициента усиления К и отсутствия обратной связи достигает U +нас (U –нас) при весьма незначительной разнице Uоп и Uх .

До момента времени t1 (рис. 5.13, б) Uоп > Uх — полярность напряжения Uвых совпадает с полярностью напряжения Uоп и Uвых = U +нас. Вслед за равенством (в момент времени t1) напряжение Uх начинает превышать Uоп. Теперь полярность Uвых определяется напряжением Uх на инвертирующем входе и противоположна Uх . При весьма незначительном превышении Uх над Uоп , т.е. практически в момент времени t1, напряжение на выходе устанавливается равным U –нас .

В момент времени t2 вновь наступает равенство сигналов, вслед за которым Uх становится меньше Uоп — напряжение на выходе скачком переходит от U –нас к U +нас . Временнàя характеристи-

ка компаратора Uвых = f(t) (см. рис. 5.13, б), данная пунктиром, соответствует идеальному компаратору (считается, что переключе-

ние Uвых происходит мгновенно в момент равенства Uоп и Uх), а начерченная сплошной линией — реальному компаратору: переключение начинается с некоторым запаздыванием относительно t1 и t2 и длится определенное время. Заметим, что если в схеме (см. рис. 5.13, а) Uоп = 0, то компаратор переключается при Uх ≈ 0 и называется детектором нулевого уровня. Соответственно схему рис. 5.13 при Uоп ≠ 0 называют детектором ненулевого уровня.

Для получения на выходе компаратора цифровых уровней (соответствующих логической «1» и логическому «0») в схеме рис. 5.14, а введенограничитель, состоящийиздиодовVD1 иVD2 ирезистораR.

Напряжение на открытом диоде имеет величину порядка 0,7 В. Поэтому напряжение на выходе (рис. 5.14, б) при данных, указан-

Рис. 5.14. Схема компаратора с формирователем логических уровней (а) и временнûе диаграммы (б)

222