L_11 (1075847), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Время восстановления (tвост.) отсчитывается смомента, когда напряжение перегрузки и импульсное напряжениесравняются.Разница между амплитудами перепада напряжения и сигналаперегрузки называется напряжением восстановления.Обычно время восстановления приводится для напряжениявосстановления в 5 мВ.Время восстановления компараторов содержит две составляющие:9время задержки (tз.), в течение которого выходное напряжениекомпаратора остаётся неизменным;•время нарастания (tн) до порогового напряжения(Uпор)срабатывания логической схемы.•мВ U вхtUвх.неинв.100105Uвх.восст.
= 5 мВUвы хUвх.инв.1UUпорtU0tз tнt восст.а).Рис.11.10 а.─ переходные характеристики, б ─ диаграммы, поясняющие работукомпаратора10Uвх1UвхUвх1Uвх 3UопUсраб t0t1ТUвх2Uвх2Uвых.+Uвых. мак-Uвых.м инt1 t2t3t0Рис.1.10. бЭксплуатационные параметры компараторов отличаются отпараметров ОУ только названиями уровней выходного напряжения.Быстродействующие и высокоточные компараторы выполняются на ОУв интегральном исполнении.11Точность работы компаратора характеризуется напряжением, накоторое необходимо превысить опорное напряжение, чтобы выходноенапряжение достигло порога срабатывания логической схемы.4. Разновидности компараторов.
Передаточные характеристики.Однопороговые компараторы.Регенераторные компараторы.Двухпороговые компараторы.4.1. Однопороговые компараторы.Реакция компаратора на превышение входных сигналов заданногоуровня называется амплитудной дискриминацией или детектированиемуровня.Однопороговым компаратором сравнения называются такие схемысравнения, для которых коэффициент усиления всегда остаётсяположительным.В компараторе (рис.11.11а) цепь ОС формирует на выходе усилителясигнал, совместимый с входными уровнями ТТЛ-схем: напряжение порогасрабатывания (переключения) Uпор = Еоп.Если напряжение смещения нуля скомпенсировано, то при Uвх = Uпорнапряжение на выходе Uвых ≈ 0; стабилитрон и диод закрыты и, такимобразом, цепь ОС разомкнута.Еслинапряжение на входе изменится на несколько десятковмикровольт в сторону уменьшения или увеличения, то изменение выходногосигнала будет составлять единицы вольт, благодаря большому коэффициентуусиления ОУ.
Это изменение прекратится в тот момент, когда откроется диодили стабилитрон и коэффициент по цепи ОС станет равен единице.Если Uвх станет больше Uпор , то Uвых = ─ Uд.Если Uвх станет меньше Uпор , то Uвых = Uст.Недостаток однопороговых компараторов: при очень медленныхизменениях или малых амплитудах выходного сигнала время переключенияоднопорогового компаратора зависит от скорости изменения входного12сигнала, частоты единичного усиления и коэффициента усиления усилителяпо напряжению.VD1Uв ыхЕоп + UстVD2UвхR1Uп ор Uв хUвыхЕоп - UдПередаточнаяхарактеристикаUвхЕопа).б).рис.11.11. Схема однопорогового компаратора (а) и его передаточная характеристика(б)Для уменьшения времени сравнения таких сигналов используют схемыкомпараторов с положительной ОС ─ регенераторные компараторы.4.2.
Регенераторные компараторы.Особенностью таких компараторов (рис.11.12а) является наличиегистерезиса передаточной характеристики.Uв ыхUстUвхR1R2UвыхUв хU н =U от пUв=UсрR3Регенераторныйкомпаратора).-UстПередаточнаяхарактеристикаб).13Рис.11.12..R2.+2 R3R2U н = −U ст.R + R32Напряжение верхнего порога переключения: U в =U ст RНапряжение нижнего порога переключения:НапряжениеUг= 2U стгистерезисапередаточнойхарактеристики:R2.R + R3 .2Если напряжение на входе близко к нулю, или имеет отрицательноезначение, то выходное напряжение будет положительным, а напряжение нанеинвертирующем входе определяет верхний порог переключенияUв=U стR2.R + R32Если напряжение на входе достигает величины Uв = Uср, ток в цепистабилитрона становится равным нулю, а затем меняет направление ивыходное напряжение ОУ переключается.
После этого на неинвертирующемвходе ОУ устанавливается напряжение нижнего порога срабатывания(напряжение отпускания Uотп):U н = −U стR2.R + R32Чтобы теперь переключить компаратор в обратное состояние,входное напряжение должно измениться от Uн до Uв, то есть на величину,равную 2 Uв, которое и определяет напряжение гистерезиса.Чтобы петля гистерезиса была симметричной относительно входного напряжения,минимальное и максимальное значения выходного напряжения должны быть равны поабсолютному значению: если по какой то причине произойдёт изменение одного из уровней, тоэто вызовет смещение гистерезиса и, следовательно, изменение расчётной точки компаратора, чтоприводит к увеличению погрешности сравнения.
Для ослабления этого недостатка в современныхсхемах подобных компараторов вводится ключ для управления выходным напряжением(например, на полевом транзисторе).4.3. Двухпороговые компараторы.Компаратор, состояние выхода которого изменяется два раза при увеличении входногосигнала в некотором диапазоне, называется двухпороговым.На рис.11.13а представлена одна из наиболее распространённых схем двухпороговогокомпаратора. Диодный мост включен в цепь ОС усилителя.14Изменение выходного напряжения происходит, как только входной ток I1 превысит илистанет меньше тока I2 , отдаваемого в мост цепью смещения.
При изменении выходногонапряжения переключаются диоды, и изменяется значение коэффициента передачи по цепи ОС.Точность уровней дискретизации и минимальная ширина окна ограничиваются десяткамимВ из-за разброса падений напряжений на открытых диодах.Для повышения точности сравнения можно использовать сдвоенные двухвходовыекомпараторы.Напряжение верхнего порога переключения: U в+UпUвхR2=R1 ( +−U п U д) − Е опR2I2+UпR1Uвы хUвыхR1UвUнЕопR2-UпU вх-UпI1а).б).Рис.11.13.Напряжение нижнего порога переключения:Uн=R1 ( −+U п U д) − Е опR2Интегральные компараторыИнтегральные компараторы отличаются от схем сравнения,выполненных на ОУ общего применения, тем, что их выходной сигналсогласован по уровню с напряжениями, которые используются в цифровойтехнике для отображения сигналов логических уровней – логического нуля илогической единицы. Компараторы на ОУ общего применения, имеядостаточно высокую точность сравнения входных напряжений, не всостоянии обеспечить нужного быстродействия, которое, как было сказановыше, принято характеризовать «временем восстановления» (переключения,15см.
стр. 8: стандартная методика измерения времени восстановления(рис.11.10а)). Таким образом, время восстановления определяется каквременной интервал между моментом равенства напряжений на входахкомпаратора и моментом, когда его выходное напряжение достигнетпорогового уровня (Uпор), которое определяется уровнем срабатываниялогических схем. Используя в компараторах обычные ОУ без ОС,независимо от их быстродействия, трудно получить tвост < 1 мкс (при этомосновной его составляющей будет время задержки): Нормальным режимомработы транзисторов в ОУ является активный режим.
В режиме сравнениядвух сигналов напряжение на входе ОУ, работающего без ОС, равноU[[]>>вхОУUвыхОУKu],где Ku – коэффициент прямой передачи напряжения совхода на выход ОУ без ОС. В этом случае транзисторы в ОУ переходят врежим насыщения (режим перегрузки), и потребуется определённое время,чтобы избыточные заряды в базах транзисторов рассосались. Быстродействиесхемы сравнения снижается. Поэтому при разработке интегральныхкомпараторов (ИКП) применяют специальные схемотехнические решения,направленные на недопустимость перехода транзисторов в режимнасыщения.
Поэтому, современные компараторы выполняются поспециализированным схемам в интегральном исполнении (см. стр. 14) и, вэтом случае, время восстановления у них менее 100 нс.Выводы.1. Компараторы на ОУ общего применения используются приразработке высокоточных схем сравнения, которые работают с медленноизменяющимися сигналами.2. Интегральные компараторы применятся в тех случаях, когданеобходимо обеспечить высокое быстродействие и, в зависимости отконкретных требований, используют высокоточные или высокоскоростныекомпараторы.Контрольные вопросы к теме «Компараторы».16Uвх1R1Uвх2Uвх3R2R3UопUвхUвх1R4 Uв хUвыхUвх3Uопt0Uвх2t1t2t3ТабРис.11.15..
Однопороговое устройство сравнения: а ─ схема компаратора на ОУ; б─ диаграммы входных напряжений.1. Назовите устройство сравнения, для которых коэффициент усилениявсегда остаётся положительным.2. Напишитеусловиесрабатываниясхемысравнения.Входноесопротивление ОУ равно ∞,3. На инвертирующем входе ОУ (рис.11.15 а) действуют напряжения Uвх1,Uвх2, Uвх3 (рис.11.15б). К неинвертирующему входу подключен источник опорногонапряжения Uоп . Чему равно напряжение между входами ОУ в момент егопереключения?4. Отметьте на диаграмме входных напряжений моменты срабатываниясхемы сравнения.
Нарисуйте форму выходного напряжения при указанной формевходных сигналов.5. Какие выходные напряжения могут формироваться на выходе схемысравнения..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
