2.2. Компаратор с пос (триггер Шмидта)

Компаратор – детектор нуля с положительной обратной связью показан на рис. 11.3.

ПОС обеспечивается делителем напряженияR₁, R₂. Так как напряжение на выходе может принимать значения U_нас, то пороговое напряжение U_пор = U_нас (R₂/(R₁+R₂ )) = U_нас . Обратите внимание, что коэффициент передачи делителя  мал. Величина напряжения U_пор должна незначительно превышать максимальную величину напряжения помехи. Для анализа работы схемы предположим, что U_вх < U_пор. Тогда напряжение на положительном входе операционного усилителя напряжение будет больше чем на отрицательном и выходное напряжение будет равно +U_нас. Пороговое напряжение будет равно U_пор = +U_нас . Если теперь входное напряжение увеличивать, то переключение схемы произойдет при U_вх =U_пор = +U_нас . Напряжение на выходе меняет знак и будет равно - U_нас, а пороговое напряжение станет равным U_пор = -U_нас . Теперь схема переключится при входном напряжении равном U_вх =U_пор = -U_нас . Таким образом, при возрастании входного напряжения схема переключается при U_пор = +U_нас , а при уменьшении напряжения при U_пор = -U_нас . Если размах напряжения помехи меньше 2U_пор, то ложных переключений схемы не произойдет, как показано на рис.11.4.

Работу компаратора удобно рассматривать по передаточной характерисики, поредставленной на рис.11.5. Когда какая-либо схема переходит из одного состояние в другое под воздействием входного сигнала одной величины, а возвращается в прежнее состояние под воздействием другой величины, про схему говорят, что она обладает гистерезисом.

Так как компаратор преобразует входной сигнал синусоидальной или другой формы в выходной прямоугольный сигнал, его называют схемой формирования прямоугольных импульсов. Схемы с триггерным изменением выходного напряжения при прохожденииU_вх через пороговые уровни называются схемами триггера Шмитта.

2.3. Ограничение выходного напряжения

В рассмотренных схемах выходной сигнал изменяется от +U_нас до -U_нас. Обычно выход компаратора подключается к цифровым схемам. Возникает задача согласования выходного сигнала компаратора с уровнями входных сигналов цифровых схем. Ограничить уровни сигналов на выходе компаратора можно с помощью стабилитронов, включенных в обратную связь ОУ как показано на рис.11.6.

ЕслиU_вх < 0, то U_вых стремится к +U_нас, и когда достигнет напряжения пробоя стабилитрона U_ст, стабилитрон проводит ток. при этом U_вых = U_ст (например +5 В). При изменении U_вх изменяется I_ст, а U_ст = const и U_вых будет ограничено на уровне U_ст. Эта схема превосходный источник опорного напряжения. Любая нагрузка, подключенная к выходу ОУ, потребляет ток от ОУ, а не от стабилитрона; при этом на нагрузке будет падать неизменное по величине напряжение.

ЕслиU_вх > 0, то ток стабилитрона изменит направление, стабилитрон будет смещен в прямом направлении и на нем будет падать 0,6 В как и на любом кремниевом диоде. На выходе будет напряжение равное –0,6 В, а не (-U_нас). На рис.11.7 показаны графики напряжений на входе и на выходе схемы.

Для симметричного ограничения сигнала два стабилитрона включаются встречно. Тогда . например, для напряжения U_ст = 4,7 В напряжение на выходе схемы будет ограничиваться на уровне  5,3 В. схема такого компаратора и изменения входного и выходного напряжений во времени показаны на рис 11.8.