Разновидности схем компараторов.

1. Компараторы без положительной обратной связи:

   1. двухвходовые (для сравнения однополярных входных сигналов) – сигналы подаются на разные входы,

   2. одновходовые (для сравнения разнополярных входных сигналов) – оба сигнала подаются на один и тот же вход.

2. Компараторы с положительной обратной связью.

Двухвходовый инвертирующий компаратор

Схема двухвходового компаратора приведена на рис.10.3а.

О пределим величину порогового напряжения U_пор. Компаратор срабатывает, когда U_х= U_вх- = U_вх+=U_оп. Отсюда следует, что U_пор=U_оп. На рис. 10.3б приведена амплитудная характеристика, а на рис.10.3в временные диаграммы работы схемы, когда входной сигнал гармонический.

Двухвходовый неинвертирующий компаратор.

С хема двухвходового компаратора приведена на рис. 10.4а.

Определим величину порогового напряжения U_пор. Компаратор срабатывает, когда U_х= U_вх⁺ = U_вх^- =U_оп. Отсюда следует, что U_пор=U_оп. На рис. 10.4б приведена амплитудная характеристика, а на рис. 10.4в временные диаграммы работы схемы, когда входной сигнал гармонический.

Одновходовый инвертирующий компаратор.

Схема одновходового компаратора приведена на рис. 10.5а.

Определим величину порогового напряжения U_пор. Компаратор срабатывает, когда U_вх- = U_вх+=0.

Д ля узла «а» по первому закону Кирхгофа запишем соотношение для токов: I₁+I₂=I_оу. Каждый из токов запишем по закону Ома и

Учитывая, что U^_вх = U⁺_вх=0, получим

Так как напряжения U_пор и U_оп имеют разные знаки, то компаратор называют инвертирующим.

На рис. 10.5б приведена амплитудная характеристика, а на рис. 10.5в временные диаграммы работы схемы, когда входной сигнал гармонический.

О дновходовый неинвертирующий компаратор. Компараторы с положительной обратной связью

Благодаря положительной обратной связи такие компараторы имеют:

1. лучшее быстродействие

2. высокую помехоустойчивость

Их называют триггерами Шмидта.

Инвертирующий компаратор с положительной обратной связью (Триггер Шмита)

С хема инвертирующего компаратора с ПОС приведена на рис.10.6. Резисторы R₁, R₂ – образуют цепь положительной обратной связи. За счет нее часть выходного сигнала поступает на неинвертирующий вход, что приводит в таких компараторах к двум порогам срабатывания, каждый из которых связан с выходным сигналом. Одно из пороговых напряжений называется верхним U_ПВ, а другое нижним U_ПН. Они равны следующим величинам

U_пв =Е_п⁺R₁/(R₁+R₂), U_пн= Е_п⁺R₁/(R₁+R₂).

Считаем, что U_оп=0.

Схема работает следующим образом.

1. Пусть , следовательно U⁺_вх=Е⁺_пR₁/(R₁+R₂), компаратор срабатывает когда

2. П усть , следовательно U⁺_вх =Е^-_п R₁/(R₁+R₂), компаратор срабатывает когда

.

Амплитудная характеристика компаратора приведена на рис.10.7.Она имеет гистерезисный характер. Напряжение равное разности U_пв-U_пн= U_гист называется напряжением гистерезиса.

Быстродействие компараторов

Быстродействие переключения компараторов зависит от скорости нарастания входных сигналов, т.е. от времени пребывания входного сигнала в зоне неопределенности, а потому переключение компаратора происходит с задержкой.

В компараторе с положительной обратной связью переключающий сигнал состоит из двух составляющих:

1. входного (исследуемого) сигнала;

2. сигнала, поступающего с выхода по цепи ПОС.

Сигнал на выходе компаратора усилен в K_оу раз, во столько же раз увеличивается его скорость изменения. За счет этого переключение компаратора с ПОС происходит значительно быстрее, чем без нее.