13. Интегратор и дифференциатор. Схемы. Применение.

И нтегратор: реализует операцию

,

где =R₁C_о.с - постоянная времени.R

R2 необходимо для разряда конденсатора, т.е.

Uвых =0, когда Uвх =0. R1*C<<R2*C

Может служить фильтром НЧ первого порядка

И спользуется в генераторах пилообразного и треугольного напряжения, интегрирующих АЦТ, а также в качестве звена фильтра низких частот 1-го порядка.

Дифференциатор: выполняет операцию

. U_вых = -I_осR_ос

I_ос = C·dU_с/dt U_с = U_вх U_вых = -R _осC·dU_вх/dt

Для интегратора и дифференциатора на инвертирующий вход подаются прямоугольные импульсы с выхода симметричного мультивибратора. На рисунке: 1 приведен электрический аналог и на рисунке, 2 временные диаграммы, поясняющие принцип дифференцирования и интегрирования в электрических и электронных цепях.

Используется для выделения переднего и заднего фронтов сигнала, в том числе генераторов развязки, а так же в качестве звена ФВЧ первого порядка. Эти схемы обеспечивают линейные нарастание и спад выходных сигналов при прямоугольных сигналах на входе, т.к. заряд и разряд конденсатора осуществляется постоянным током (т.к. U_вх=0). В генераторе разверток.

13. Компараторы (устройства сравнения). Схемы. Недостатки.

Компаратор (без гистерезиса)– устройство сравнения двух сигналов. Компаратор изменяет скачком уровень выходного сигнала, когда непрерывно изменяющийся во времени выходной сигнал становится выше или ниже определенного уровня.

К омпараторы бывают цифровые и аналоговые (сравнивает напряжения)

Диоды служат для защиты входов ОУ от перегрузки напряжения. При U = 100В диоды не открываются.

Часто на одном входе компаратора фиксированное U_вх. Компаратор сравнивает входные напряжения и усиливает их разность с

К_и = 10⁴ -10⁵. Т.е. при малейшем превышении одного сигнала над другим на выходе получаем max сигнал положительной или отрицательной полярности. Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при очень малой величине разности напряжений , поэтому она пригодна для сравнения двух напряжений с высокой точностью.

Р абота компаратора при сравнении двух напряжений поясняется диаграммой:

С целью увеличения быстродействия в специа-лизированные компараторы (СА) вводят дополнительные форсирующие Re цепочки, которые могут приводить к возникновению нелинейности при работе ОУ, что несущественно для компаратора. Т.е. ОУ может работать как компаратор.

Недостаток компаратора: недостаточно чёткое срабатывание при медленно изменяющихся и защищённых входных сигналах.

Для решения этой задачи используется триггер Шмитта (компаратор напряжений с гистерезисом) – компаратор на ОУ с положительной ОС.

13. Триггер Шмидта (компаратор с гистерезисом). Схемы. Недостаток.

Компаратор – устройство сравнения двух сигналов. Компаратор изменяет скачком уровень выходного сигнала, когда непрерывно изменяющийся во времени выходной сигнал становится выше или ниже определенного уровня.

Недостаток компаратора: недостаточно чёткое срабатывание при медленно изменяющихся и защищённых входных сигналах.

Для решения этой задачи используется триггер Шмитта.

Напряжение на инвертирующем входе больше, чем на инвертации, что поддерживает на выходе высокий положительный уровень. Т.к. U_вх станет больше +2В, происходит опрокидывание триггера и напряжение на выходе будет -12В.

На инвертирующем входе U=-2B .

Для того, чтобы вернуть триггер в прежнее состояние необходимо подать на вход отрицательное напряжение, превышающее по модулю 2В.

Триггер Шмитта функционально является компаратором, уровни включения и выключения которого не совпадают, как у обычного компаратора, а различаются на величину называемую гистерезисом переключения.

В схеме триггера Шмита гистерезис переключения достигается тем, что компаратор охватывается положительной обратной связью через делитель напряжения R27, R28. Если на инвертирующий вход подать большое отрицательное напряжение U_вх, то выходное напряжение компаратора составит U_вых = U_{вых.мах}. На неинвертирующем входе потенциал будет составлять U_+мах=U_{вых.мах}·R28/(R28+R27). При повышении входного напряжения U_вх величина выходного напряжения сначала не меняется. Но как только U_вх достигнет значения U_+мах выходное напряжение начинает падать, в вместе с ним снижается и потенциал U_+мах на неинвертирующем входе. Благодаря действию положительной обратной связи U_вых скачком падает до величины U_вых.min, а потенциал U₊ принимает значение U_+min= U_вых.min·R28/(R28+R27). Разность напряжений между входами будет достаточно большой отрицательной величиной, и достигнутое состояние – стабильным. Теперь выходное напряжение изменится опять до значения U_{вых.мах} только тогда, когда входное напряжения достигнет значения U_+min.

Из выше сказанного следует, что величина гистерезиса переключения определяется по формуле: .