3. Исследование компараторов-накопителей

и выходных устройств

Прежде, чем приступить к исследованию компараторов рассмотрим особенность применения компараторов с открытым коллектором в пакете Electronics Workbench, особенность использования устройств с большим количеством операционных усилителей в одном корпусе и особенность использования компараторов при низком напряжении питания.

Макет компаратора с открытым коллектором в пакете Electronics Workbench создан неправильно. Это особенно наглядно проявляется при работе двух компараторов на общую нагрузку. Компараторы шунтируют друг друга и выходной переменный сигнал близок к нулю. Для устранения этого недостатка необходимо установить развязку между компараторами в виде двух диодов подключаемых к выходам компараторов (рис. 23.3, диоды VD₅, VD₆).

В реальных устройствах в одном корпусе могут быть смонтированы два, четыре и более операционных усилителей. Клеммы питания у них объединены, поэтому при подключении напряжения питание подается на все операционные усилители. В пакете Electronics Workbench версии 5.12 не предусмотрено использование нескольких операционных усилителей смонтированных в одном корпусе. Поэтому на каждый операционный усилитель надо подавать питание.

Многие реальные компараторы типа LM работают при напряжении питания Е3В. В пакете Electronics Workbench эти же компараторы могут работать только при Е6В. Поэтому после выбора типа компаратора надо проверить, работоспособен ли он в пакете Electronics Workbench при данном напряжении питания. Для этого следует собрать простейший инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, например 10, и проверить, что на выходе усилителя получается двухполярный синусоидальный сигнал при синусоидальном входном сигнале и однополярном питании. Если усилитель не работает, то следует взять другой тип микросхемы LM или использовать источник питания с большим напряжением.

Другой особенностью микросхем LM только в пакете WorkBench является высокий уровень логического нуля и низкий уровень логической единицы. Например, U_к0=1.2В, U_к1=3.5В при Е=5В. Это приводит к ограничению возможности использования компараторов в качестве переключающих устройств в этом пакете.

В качестве имитатора сигнала в данной лабораторной работе используется сочетание источника постоянного напряжения U₀ и источника переменного сигнала - генератора. Использование двух источников позволяет простейшим образом отключать переменный сигнал (переключение в генераторе «V» в «MV») при сохранении напряжения U₀, то есть имитировать наличие и отсутствие нарушения, без нарушения работы схемы в режиме «покоя».

3.1. Исследование компаратора накопителя, собранного по схеме рис.23.1,а

Вначале необходимо собрать схему, согласно рис. 22.1а, установить расчетное значение сопротивления R₄.

В режиме «норма», то есть при отсутствии переменного сигнала с генератора (переключатель установлен в положение «MV») измерить осциллографом (вольтметром) напряжение на выходе имитатора входного сигнала, на двух входах компаратора и его выходе; проверить, что светодиод VD₂ не горит (излучающие стрелки имеют белый цвет). Если VD₂ горит, то необходимо проверить правильность расчета сопротивления R₄. Сравнить расчетные и экспериментальные значения напряжений.

Включить режим «тревога», то есть подать переменный сигнал с генератора (с генератора подать сигнал амплитудой 1.7В частотой 1Гц); измерить постоянное и переменное напряжение имитатора, напряжение на входах и выходе компаратора; проверить, что светодиод VD₂ горит (излучающие стрелки имеют черный цвет). Сравнить расчетные (заданные, предполагаемые) и экспериментальные значения напряжений на входе и выходе компаратора и накопителя, сделать выводы. Определить время срабатывания компаратора.