8. Выводы по литературному обзору.

В литературном обзоре были рассмотрены основные способы и схемотехнические решения компаратора. Были рассмотрены схемы аналоговых, аналоговых интегральных компараторов, схемы реализации двухпорогового компаратора на одном ОУ и на двух ОУ.

Компараторы находят широкое применение: являются составной частью устройств автома­тического контроля, АЦ-преобразования, стабилизации источни­ков питания (в качестве усилителей ошибки), сдвига уровня логических сигналов. Перечень применений компараторов на этом не исчерпывается.

В заключение, перечислим некоторые особенности компараторов по сравнению с ОУ.

1. Несмотря на то, что компараторы очень похожи на операционные усилители, в них почти никогда не используют отрицательную обратную связь, так как в этом случае весьма вероятно (а при наличии внутреннего гистерезиса - гарантировано) самовозбуждение компараторов.

2. В связи с тем, что в схеме нет отрицательной обратной связи, напряжения на входах компаратора неодинаковы.

3. Из-за отсутствия отрицательной обратной связи входное сопротивление компаратора относительно низко и может меняться при изменении входных сигналов.

4. Выходное сопротивление компараторов значительно и различно для разной полярности выходного напряжения.

2. Двухпороговый компаратор.

Двухпороговый компаратор (или компаратор "с окном") фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона. Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть операции логического умножения (Рисунок7а). Как показано на Рисунок7б, на выходе логического элемента единичный уровень сигнала будет иметь место тогда, когда выполняется условие U₁<U_вх< U₂, так как в этом случае на выходах обоих компараторов будут единичные логические уровни. Такой компаратор выпускается в виде ИМС А711 (отечественный аналог - 521СА1).

Рисунок 7-Схема двухпорогового компаратора (а) и диаграмма его работы (б)

Компаратор с окном может быть построен по схеме, показанной на Рисунок8.

Рисунок 8 - Компаратор с окном

Примечание. Для компаратора с двумя источниками питания в случае, когда U_ВТОиU_НТО отрицательны, землей может служить источник-U.

U_BX>U_ВТО ,U_BX<U_НТО - высокое выходное напряжение;

U_ВТО>U_BX>U_НТО- низкое выходное напряжение;

U_ВТО=U_ОП [( R₂+ R₃)/(R₁ + R₂ + R₃)],

U_НТО = U_ОП[R₃/(R₁ +R₂+R₃)].

Высокое значение опорного напряжения называется напряжением верхней точки опрокидыва­ния (верхний порог срабатывания) U_ВТО, а низкое — напряже­нием нижней точки опрокидывания U_НТО(нижний порог сра­батывания).

Данный компаратор выдает выходной сигнал, лишь, если входной сигнал имеет зна­чение в промежутке между напряжениями верхней и нижней точек опрокидывания или, иначе, если входной сигнал превышает напряжение нижней точки опрокидывания и не достигает напряжения верхней точки опрокидывания. Компаратор с окном может быть использован для проверки верхней и нижней границ изменения напряжения электронных приборов.

Например, если предполагается, что значение выходного сигнала прибора, подлежащего испытанию, находится в пределах между 4,8 и 5,2 В, то у ком­паратора устанавливается U_ВТО = 5,2 В, а U_НТО = 4,8 В.

Если выходной сигнал превышает 5,2 В, то выходное напряжение ОУ—У₁будет иметь высокий уровень; если выходной, сигнал имеет значение, мень­шее 4,8 В, то выходное напряжение OУ — У₂ становится высоким. Если вы­ходной сигнал испытуемого прибора находится в пределах 4,8 и 5,8 В, то выходной сигнал обоих ОУ (У₁ и У₂) будет иметь низкий уровень. ДиодыДобразуют вентиль ИЛИ по отношению к выходам У₁ и У₂. Таким образом, если у одного из двух усилителей выходное напряжение имеет высокое значение, то и выходной сигнал схемы также высок.[2]

Пример 1. Построить компаратор с окном по схеме Рисунок8, используя компаратор типа LM3I1. Напряжение U_ВТО= 6 В, U_НТО= 5 В, U_ОП = + U =12В;нет необходимости в стробированнн; R_Н= 2 кОм.

Условия работы компаратора:

U_BX>U_ВТО ,U_BX<U_НТО ^— высокий уровень выходного сигнала,

U_ВТО>U_BX>U_НТО^— низкий уровень выходного сигнала.

U_ВТО=U_ОП [( R₂+ R₃)/(R₁ + R₂ + R₃)],

U_НТО = U_ОП[R₃/(R₁ +R₂+R₃)].

Замечание: Вместо потенциала земли на схему подается -- U (компараторы с двумя источниками питания), если U_ВТО или U_НТОне положительно. Решение: Так как стробирование не требуется, то вход стробирующего сигнала у LM311 присоединяется к выводу 5. При R_Н = 2 кОм схема LM31I может обеспечить требуемый выходной ток с запасом. Поэтому остается толь­ко вычислить значения R₁,R₂ иR₃и выполнить соответствующие соединения.

Пусть ток делителя I_ДЕЛ = 0,5 мА. Тогда

R₁ = (U_ОП - U_ВТО)/ I_ДЕЛ=(12 В-6 В)/0,5 мА=12 кОм,

R₂ = (U_ВТО– U_НТО)/ I_ДЕЛ=(6 В-5В)/0,5 мА=2 кОм,

R₃ =U_НТО/ I_ДЕЛ5В/0,5 мА=10 кОм.