37. Аналоговые компараторы. Классификация. Основные параметры. Область применения. Однопороговые и двухпороговые компораторы.

Аналоговые компараторы предназначены для сравнения двух аналоговых сигналов между собой или одного входного аналогового сигнала с заданным эталонным уровнем.

Компараторы представляют собой специализированные ОУ с дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления и быстродействием без обратной связи. Обычно они изготовляются в виде интегральных схем. На входы компаратора поступают аналоговые сигналы, а с выхода снимаются напряжения, близкие к +U_n или -U_n , т.е. снимается “0” или “1”.

Основные параметры компараторов можно разделить на статические и динамические. К статическим относятся:

• пороговая чувствительность – минимальный разностный сигнал, который можно обнаружить компаратором и зафиксировать на выходе как логический сигнал;

• напряжение смещения U_СМ - определяет смещение передаточной характеристики компаратора относительно заданного положения;

• входные токи I_ВХ(+) и I_ВХ(-) - токи, протекающие через входные шины компаратора;

• разность входных токов ∆I_ВХ = I_ВХ(-) - I_ВХ(+) - ток, протекающий через закороченные входы;

• напряжение гистерезиса U_Г - разность входных напряжений, вызывающих срабатывание компаратора при увеличении или уменьшении входного напряжения;

• коэффициент ослабления синфазного сигнала К_ОСС - отношение синфазного сигнала U_СИН к дифференциальному сигналу ∆U_ВХ , вызывающему срабатывание компаратора

;

• входное сопротивление R_ВХ;

• выходные логические уровни – значение напряжения U¹_ВЫХ и U⁰_ВЫХ;

• выходной ток I_ВЫХ - ток в выходной шине компаратора.

Гистерезис компаратора проявляется в том, что переход из состояния U⁰_ВЫХ в состояние U¹_ВЫХ происходит при входном напряжении U_ВХ1, а возвращение из U¹_ВЫХ в U⁰_ВЫХ - при напряжении U_ВХ2. Наличие гистерезиса, как правило, связано с использованием в компараторе положительной обратной связи.

Основным динамическим параметром, определяющем его быстродействие, является время задержки выходного сигнала относительно входного. На рис. 85 показаны переходные характеристики компаратора при различных значениях уровня входного сигнала ∆U_ВХ =2…20мВ. Из приведенного графика следует, что при изменении входного напряжения время задержки t_З также изменяется.

Классификация компараторов.

Интегральные схемы компараторов можно разделить по совокупности параметров на три группы:

• общего применения (t_З < 300 нс, К_У < 100 дБ);

• быстродействующие (t_З < 30 нс);

• прецизионные (К_У > 100 дБ, U_СМ< 3 мВ, ∆I_ВХ < 10 нА).

Кроме этого, компараторы можно разделить на стробируемые и нестробируемые, а также с памятью и без памяти.

Компараторы общего применения имеют средние характеристики. Однако они, как правило, потребляют меньшую мощность, могут работать при низком напряжении питания и в одном корпусе располагаются до четырех компараторов. Прецизионные компараторы отличаются повышенным коэффициентом усиления, меньшим пороговым напряжением смещения, малым входным током.

В отличие от операционных усилителей, в компараторах практически никогда не применяют отрицательную обратную связь, так как она снижает стабильность их работы, однако для устранения «дребезга» выходного напряжения иногда вводится положительная обратная связь.

Компараторы бывают однопороговые и двухпороговые. Ниже представлена схема однопорогового компаратора и его передаточная характеристика (рис.86), а также приведена схема двухпорогового компаратора, представляющая собой триггер Шмитта (рис.87).

Рис. 86. Однопороговый компаратор(а) и его передаточная

характеристика(б)

Компаратор (рис. 87) охватывается положительной обратной связью через делитель напряжения R₁, R₂.

Рис. 87. Двухпороговый компаратор(а) и его передаточная характеристика(б)

Меняя соотношение делителя R₁R₂, можно изменять напряжение срабатывания :

.

Обычно U_вых +U_n или -U_n

При R₂=0 компаратор становится однопороговым.

Передаточную характеристику можно перемещать влево и вправо подачей дополнительного напряжения U_см на инверсный вход компаратора (рис. 88):

;

.

В качестве компараторов используются микросхемы серий К521, К554, К597, К1401. Микросхема К521СА3 является прецизионным компаратором со стробированием и балансировкой. Микросхема К521СА1 представляет собой два автономных компаратора с одним общим выходом, она может использоваться для сравнения двух аналоговых сигналов. Микросхема К1401СА1 относится к многоканальным. Здесь в одном корпусе располагаются четыре компаратора.