Компаратор на транзисторах: Компаратор на транзисторах схема — Морской флот

Содержание

Компаратор на транзисторах схема — Морской флот

Для сравнения двух напряжений не обязательно обращаться к операционному усилителю. С подобной задачей вполне может справиться простая и дешевая схема компаратора на транзисторе, которая представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема компаратора на транзисторе.

Транзистор p-n-p типа сравнивает опорное напряжение на эмиттере с частью контролируемого напряжения, поданной на базу через резистивный делитель R1R2.

Когда напряжение на базе падает ниже опорного, транзистор открывается и выход компаратора (коллектор транзистора) переходит в состояние с высоким потенциалом. Такая схема может использоваться, например, для контроля напряжения батареи питания.

Как работает компаратор напряжения

Во многих описаниях компаратор сравнивается с обычными рычажными весами, как на базаре: на одну чашу кладется эталон – гири, а на другую продавец начинает подкладывать товар, например, картошку. Как только вес товара становится равным весу гирь, точнее чуть больше, чашка с гирями устремляется вверх. Взвешивание закончено.

То же самое происходит и с компаратором, только в этом случае роль гирь выполняет опорное напряжение, а в качестве картошки используется входной сигнал. Как только на выходе компаратора появляется логическая единица, то считается, что сравнение напряжений произошло. Вот это и есть то самое «чуть больше», которое в справочниках называется «пороговая чувствительность компаратора».

Проверка компаратора напряжения

Начинающие радиолюбители – электронщики часто спрашивают, как проверить ту или иную деталь. Для проверки компаратора какой-то сложной схемы собирать не надо. Достаточно на выход компаратора подключить вольтметр, а на входы подать регулируемые напряжения, и определить, работает компаратор или нет. И уж, конечно, будет совсем хорошо, если еще не забыть подать на компаратор напряжение питания!

Однако, при этом не следует забывать, что многие компараторы имеют выходной транзистор, у которого выводы коллектора и эммитера просто «висят в воздухе», о чем было рассказано в статье «Аналоговые компараторы». Поэтому, эти выводы надо соответствующим образом подключить. Как это сделать показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема подключения компаратора

На инверсный вход компаратора подано опорное напряжение, полученное с делителя R2, R3 из напряжения питания +5В. В результате на инверсном входе получается 2,5В. Предположим, что движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении, т.е. напряжение на нем 0В. Такое же напряжение и на прямом входе компаратора.

Если теперь вращением движка переменного резистора R1 постепенно увеличивать напряжение на прямом входе компаратора, то при достижении 2,5В на выходе компаратора появится логическая 1, которая откроет выходной транзистор, зажжется светодиод HL1.

Если теперь движок R1 вращать в сторону уменьшения напряжения, то в определенный момент светодиод HL1, несомненно, погаснет. Это говорит об исправной работе компаратора.

Эксперимент можно несколько усложнить: измерить вольтметром напряжение на прямом входе компаратора, и зафиксировать при каком напряжении светодиод засветится, а при каком погаснет. Разница этих напряжений и будет гистерезисом компаратора. Кстати, некоторые компараторы имеют специальный вывод (pin) для регулировки величины гистерезиса.

Для проведения такого опыта понадобится цифровой вольтметр, способный «поймать» милливольты, многооборотный подстроечный резистор и изрядное терпение исполнителя. Если терпения для проведения такого эксперимента недостаточно, можно проделать следующий, куда более простой: поменять местами прямой и инверсный входы, и, вращая переменный резистор, понаблюдать, как ведет себя светодиод, т.е. выход компаратора.

На рисунке 1 показана просто структурная схема, поэтому номера выводов не указаны. При проверке реального компаратора придется разобраться с его цоколевкой (распиновкой). Далее будут рассмотрены некоторые практические схемы и приведено краткое описание их работы.

Часто в одном корпусе располагается несколько компараторов, два или четыре, что позволяет создавать различные устройства, не устанавливая на плате лишних микросхем. Компараторы могут быть независимы друг от друга, но в некоторых случаях имеют внутренние соединения. В качестве такой микросхемы рассмотрим сдвоенный компаратор MAX933.

Компаратор MAX933

В одном корпусе микросхемы «проживают» сразу два компаратора. Кроме собственно компараторов внутри микросхемы имеется встроенный источник опорного напряжения 1.182V. На рисунке он показан в виде стабилитрона, который уже подключен внутри микросхемы: к верхнему компаратору на инверсный вход, а к нижнему на прямой. Это позволяет легко создать многоуровневый компаратор по принципу «Мало», «Норма», «Много» (undervoltage/overvoltage detectors). Такие компараторы называются оконными, поскольку положение «норма» находится в «окне» между «мало» и «много».

Исследование компаратора программой Multisim

На рисунке 2 показано измерение опорного напряжения, произведенного с помощью программы – симулятора Multisim. Измерение проводится мультиметром XMM2, который показывает 1.182V, что полностью соответствует значению, указанному в Data Sheet компаратора. Вывод 5 HYST,- регулировка гистерезиса, в данном случае не используется.

С помощью переключателя S1 можно задавать уровень входного напряжения, причем, сразу на обоих компараторах: замкнутый переключатель подает на входы низкий уровень (меньше, чем опорное напряжение) как показано на рисунке 3, разомкнутому состоянию соответствует высокий уровень, – рисунок 4. Состояние выходов компараторов показываются мультиметрами XMM1, XMM2.

Комментарии к рисункам совсем излишни, – чтобы понять логику работы компараторов достаточно внимательно рассмотреть показания мультиметров и положение переключателя S1. Следует только добавить, что такую схему можно рекомендовать для проверки реального «железного» компаратора.

Схема проверки напряжения

Схема такого компаратора, показанного в Data Sheet, приведена на рисунке 5.

Для выходных сигналов пониженного напряжения (OUTA) и перенапряжения (OUTB) активным уровнем сигнала является низкий, о чем говорит подчеркивание сигналов сверху. Иногда для этих целей используется знак « – » или « / » перед названием сигнала. Эти сигналы можно назвать аварийными.

Сигнал POWER GOOD получается на выходе логического элемента И, когда оба сигнала аварии имеют уровень логической единицы. Активным уровнем сигнала POWER GOOD является высокий уровень.

Если хотя бы один из аварийных сигналов имеет низкий уровень, то сигнал POWER GOOD исчезнет,- станет тоже низким. Это лишний раз дает возможность убедиться, что логическая схема И для низких уровней является логическим ИЛИ.

Рисунок 5. Схема компаратора

Контролируемое входное напряжение подается через делитель R1…R3, величина резисторов которого рассчитывается с учетом диапазона контролируемых напряжений. Методика расчета приведена, даже с примером, в Data Sheet.

Для уменьшения дребезга во время переключения величина гистерезиса задается с помощью делителя R4, R5. Эти резисторы рассчитываются по формулам, также приведенным в Data Sheet. Для указанных на схеме значений, величина гистерезиса составляет 50mV.

Схема управления резервным питанием

Подобные схемы применяются, например, в системах сигнализации. Алгоритм работы этих схем достаточно прост. При пропадании сетевого напряжения охранная система переключается на работу от аккумуляторов, а при восстановлении сети вновь работает от блока питания, при этом осуществляется зарядка аккумуляторной батареи. Для осуществления такого алгоритма надо оценить, как минимум два фактора: наличие сетевого напряжения и состояние аккумулятора.

Функциональная схема управления показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Схема управления резервным питанием на одной микросхеме

Выпрямленное напряжение +9VDC через диод подается на стабилизатор напряжения, от которого питается охранное устройство. Делитель R1, R2 является в данном случае датчиком сетевого напряжения, за которым следит нижний по рисунку компаратор с выходом OUTA. Когда сетевое напряжение есть, и находится в пределах разумного, на выходе нижнего компаратора логическая единица, которая открывает полевой транзистор Q1, через который заряжается аккумулятор. Этот же сигнал управляет индикатором работы от сети.

В случае пропадания или понижения сетевого напряжения, на выходе компаратора появляется логический ноль, полевой транзистор закрывается, прекращается заряд аккумулятора, индикатор работы от сети гаснет или приобретает другой цвет. Возможно также еще и появление звукового сигнала.

Заряженный аккумулятор через коммутирующий диод подключается к стабилизатору, и работа устройства продолжается в автономном режиме. Но чтобы уберечь аккумулятор от полного разряда, за его состоянием следит другой компаратор,- верхний по схеме.

Пока аккумулятор еще не разряжен напряжение на инверсном входе компаратора B выше опорного, поэтому на выходе компаратора низкий уровень, что соответствует нормальному заряду батарей. По мере разряда напряжение на делителе R3, R4 падает, и когда станет ниже опорного, на выходе компаратора установится высокий уровень, что укажет на разряд аккумулятора. Чаще всего такое состояние индицируется назойливым писком прибора.

Схема выдержки времени

Показана на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема выдержки времени на компараторе

Работает схема следующим образом. При нажатии на кнопку MOMENTARY SWITCH конденсатор C заряжается до напряжения источника питания. Это приводит к тому, что напряжение на входе IN+ становится выше, чем опорное напряжение на входе IN-. Поэтому на выходе OUT устанавливается высокий уровень.

После отпускания кнопки конденсатор начинает разряжаться через резистор R , и когда напряжение на нем, а, следовательно, на входе IN+ упадет ниже опорного напряжения на входе IN-, на выходе компаратора OUT установится низкий уровень. При повторном нажатии на кнопку все повторяется еще раз.

Опорное напряжение на входе IN- устанавливается с помощью делителя из трех резисторов и при указанных на схеме номиналах составляет 100мВ. Этим же делителем устанавливается и гистерезис компаратора (HYST) в пределах 50мВ. Таким образом, конденсатор C разряжается до напряжения 100 – 50 = 50 мВ.

Ток потребления самого устройства невелик, не более 35 микроампер, в то время, как выходной ток может достигать 40 мА.

Выдержка времени рассчитывается по формуле R * C * 4.6 сек. В качестве примера можно привести расчет с такими данными: 2MΩ * 10µF * 4.6 = 92 сек. Если сопротивление указано в мегаомах, емкость в микрофарадах, то результат получается в секундах. Но это только расчетный результат. Фактическое время будет зависеть от напряжения источника питания и от качества конденсатора, от его тока утечки.

Несколько простых схем на компараторах

Основой схем, которые будут рассмотрены далее, является градиентное реле, – схема, реагирующая не на присутствие какого-либо сигнала, а на скорость его изменения. Одним из таких датчиков является фотореле, схема которого показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Схема фотореле на компараторе

Входной сигнал получается с делителя, образованного резистором R1 и фотодиодом VD3. Общая точка этого делителя через диоды VD1 и VD2 подключена к прямому и инвертирующему входу компаратора DA1. Таким образом, получается, что на прямом и инверсном входе одно и то же напряжение, т.е. разницы между напряжениями на входах нет. При таком состоянии на входах чувствительность компаратора близка к максимальной.

Чтобы изменить состояние компаратора потребуется разница напряжений на входах в единицы милливольт. Это примерно, как столкнуть мизинцем в пропасть, висящий на краю камень. А пока на выходе компаратора присутствует логический ноль.

Если вдруг изменилась освещенность, напряжение на фотодиоде тоже изменилось, предположим, что в сторону увеличения. Казалось бы, что вместе с этим изменится и напряжение на обоих входах компаратора, причем сразу. Поэтому, желаемой разницы напряжений на входах не получится, а, следовательно, и не изменится состояние выхода компаратора.

Все бы это было так, если не обращать внимания на конденсатор C1 и резистор R3. Благодаря этой RC цепочке, напряжение на инверсном входе компаратора возрастет с некоторой задержкой относительно прямого входа. На время задержки напряжение на прямом входе будет больше, чем на инверсном. В результате на выходе компаратора появится логическая единица. Эта единица будет удерживаться недолго, как раз на время задержки, обусловленной RC цепочкой.

Подобное фотореле используется в тех случаях, когда освещенность меняется достаточно быстро. Например, в охранных устройствах или датчиках готовой продукции на конвейерах, – устройство будет реагировать на прерывание светового потока. Еще один вариант, – это как дополнение к системе видеонаблюдения. Если направить фотодатчик на экран монитора, то он будет фиксировать изменение яркости и включать, например, звуковой сигнал, привлекая внимание оператора.

Рассмотренное фотореле очень просто превратить в датчик изменения температуры, например в пожарной сигнализации. Для этого достаточно заменить фотодиод на терморезистор. При этом номинал резистора R1 должен быть равен номиналу терморезистора (обычно указывается для температуры 25C°). Схема этого датчика показана на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема датчика измерения температуры на компараторе

Принцип и смысл работы совершенно такой же, как у описанного выше фотодатчика. Но в этой конструкции показано и простейшее выходное устройство, – это тиристор VS1 и реле K1. При срабатывании компаратора открывается тиристор VS1, которое включает реле K1.

Поскольку тиристор в данном случае работает в цепи постоянного тока, то даже при окончании управляющего импульса от компаратора тиристор останется открытым, а реле K1 включенным. Для отключения реле придется нажать кнопку SB1 либо просто обесточить всю схему.

Вместо терморезистора можно применить магниторезистор, например СМ-1, реагирующий, на магнитное поле. Тогда получится магниточувствительное градиентное реле. Магниторезисторы в прошлом XX веке применялись в клавиатурах некоторых ЭВМ.

Если применить другие датчики, то на базе градиентного реле можно легко изготовить совсем другие устройства, реагирующие на изменение электрического поля, на звуковые колебания. С помощью пьезодатчиков легко создать датчики удара, и сейсмических колебаний.

Достаточно просто с помощью компараторов получается преобразование «аналогового» сигнала в «цифровой». Подобная схема показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Схема преобразования «аналогового» сигнала в «цифровой» с использованием компаратора

На рисунке 11 показана такая же схема, только полярность выходных импульсов у нее обратная по отношению к предыдущей. Это достигается просто другим включением входов.

Обе схемы преобразуют амплитуду входного сигнала в ширину выходного импульса. Такое преобразование достаточно часто используется в различных электронных схемах. Прежде всего, в измерительных приборах, импульсных блоках питания, цифровых усилителях.

Частотный диапазон устройств находится в пределе 5…200КГц, амплитуда входного сигнала в диапазоне 2…2,5В. При использовании германиевого диода преобразование амплитуды в ширину импульса начинается с уровня 80…90мВ, в то время как для кремниевого диода это значение составляет 250…270мВ.

Рабочая полоса частот устройства определяется номиналами конденсаторов C1, C2. Собранное из исправных деталей устройство не требует наладки и установки порога срабатывания.

Чтобы управлять компонентами электронных схем, используют разные приспособления, которые могут осуществлять настройку и разделять сигналы. Для быстрого сравнения нескольких различных импульсов принято использовать специальный компаратор с однополярным питанием.

Основные технические характеристики

Компаратором называется устройство, сравнивающее несколько напряжений и силу электрического тока, выдающее окончательный силовой сигнал, указывающее на наибольшее значение параметров и одновременно делающее точный расчет их соотношения. У изделия существует несколько аналоговых входов и один цифровой выход. Чтобы визуально отобразить сигнал, в устройстве применяется световой индикатор.

Несколько десятилетий назад применялся лишь интегрированный компаратор электрического напряжения, который принято называть высокоскоростным. Ему необходимо некоторое дифференциальное напряжение в обозначенном диапазоне, которое намного меньше, чем напряжение питающей сети. Подобные устройства не пропускают остальные внешние сигналы, находящиеся за диапазоном питающей сети.

Типы компараторов

Специалисты разделяют компараторы на такие типы:

аналоговые изделия;
компараторы на операционном усилителе.

Аналоговый компаратор

В данное время довольно часто применяется аналоговый компаратор, который оснащен специальным транзисторным входом. Входящий потенциал сигнала в устройстве имеет значение не меньше 0,4 вольта и никогда не увеличивается. Изделие часто делают очень быстрого реагирования, из-за чего входящий сигнал будет меньше указанного диапазона, например, 0,3 вольта. Зачастую подобный диапазон может ограничиваться лишь определенным входным напряжением на транзисторе.

Компаратор на операционном усилителе

Кроме простого устройства, еще изготавливают видеоспектральный компаратор на операционном усилителе. Такое изделие обладает довольно точной балансировкой разницы входного напряжения и большим сопротивлением сигнала на выходе. Из-за такого свойства, компаратор на операционном усилителе можно применять в низко проводимых электрических цепях с маленьким напряжением.

Другими словами, операционный усилитель частоты способен работать совместно с открытым контуром и используется как изделие небольшой производительности. В процессе работы, не инвертирующий вход имеет более высокое значение напряжения, нежели инвертирующий вход. Большое усиление сигнала, который выходит из усилителя, провоцирует выход маленького напряжения на входе устройства.

Если не инвертирующий вход спадает меньше инвертирующего, то сигнал на выходе способен насытиться при отрицательном уровне напряжения, но он будет проводить электрические импульсы. Значение напряжения на выходе операционного усилителя может ограничиваться лишь напряжением питающей сети. Вся электрическая цепь усилителя работает только в линейном режиме при отрицательном значении обратной связи. Этому способствует специальный хорошо сбалансированный источник питания. Практически вся аппаратура, которая работает вместе с компаратором, оборудована функцией фиксации полученной информации. Подобные электронные принципы не способны работать в схемах, в которых применяются плохо проводящие радиоэлементы и разомкнутые контуры.

Недостатки устройства на операционном усилителе

У компаратора с операционным усилителем есть такие недостатки:

Подобные усилители способны работать только в линейном режиме с отрицательным значением обратной связи. Однако операционные усилители довольно долго восстанавливаются.
Практически все усилители оборудованы специальным конденсатором для внутренней компенсации, который способен ограничить скорость увеличения напряжения на выходе для сигналов с большой частотой. Другими словами, подобная схема может задержать электрический импульс.
Устройство не обладает внутренним гистерезисом.

Обладая такими недостатками, компаратор для управления разными цепями применяется без операционного усилителя. Единственным исключением можно считать только генератор. Это устройство необходимо для различных процессов с ограничительным значением напряжения на выходе, которое способно осуществлять взаимодействие с цифровой логикой. Именно поэтому они применяются в разной термической аппаратуре. А также его используют, чтобы сравнивать электрические сигналы и сопротивления таких приборов, как стабилизатор или таймер.

Как работает компаратор

Чтобы наглядно показать принцип работы быстрого компаратора с гистерезисом, необходимо рассмотреть устройство с несколькими выходами.

Применяя аналоговый сигнал в первом входе, который принято называть не инвертируемым, и выходе, считающимся инвертируемым, изделие использует пару одинаковых сигналов разной полярности. Когда значение аналогового входа больше, чем у его выхода, то такой выход будет положительной полярности. Это должно включить подготовленный коллектор транзистора в его цепи, который и необходимо было запустить. Однако когда вход имеет отрицательную полярность, то электрический сигнал будет очень маленького значения, поэтому коллектор транзистора будет оставаться закрытым.

Почти всегда фазовый компаратор способен воздействовать на входы в схемах логических элементов, и поэтому работает по уровню напряжения питающей сети. Другими словами, это устройство способно преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой формат. Подобный принцип работы помогает не уточнять значение нужного выходного сигнала, потому что устройство постоянно обладает захватом петли гистерезиса и конечным коэффициентом усиления.

Назначение и применение компаратора

Подобное изделие нашло применение в простых схемах персональных компьютеров, в которых необходимо быстро сравнивать сигналы напряжения входа. А также это может быть устройство для зарядки телефона или другого гаджета, электронные весы, датчик напряжения, микроконтроллер, таймер и подобные изделия. Иногда его используют в разных интегральных микросхемах, которые обязаны контролировать импульсы на входе, обеспечивать связь от источника импульса до места его назначения.

Наилучшим примером можно считать регулятор Шиммера, который способен работать в многоканальном режиме. Таким образом, он может сравнить большое количество электрических сигналов. А также этот компаратор используется для восстановления цифрового сигнала, который может искажать связь в зависимости от значения напряжения и расстояния до источника сигналов. Это устройство принято считать аналогом обычного компаратора, который обладает широкими функциональными возможностями и способен обеспечить измерение большого количества входящих электрических сигналов.

Сейчас выпускается специальный компаратор шероховатости. Подобное изделие может быстро определить качество поверхности, которая до этого момента была механически обработана. Использование такого устройства обосновано необходимостью определения допусков поверхности, которая подверглась обработке.

Читать онлайн «Самоучитель по радиоэлектронике» автора Николаенко Михаил Николаевич — RuLit

Выше уже описывалось одно из преимуществ этой концепции — возможность параллельного соединения нескольких идентичных схем. Выходы элементов с открытым коллектором соединяются, на этом основано построение логических устройств с тремя состояниями.

Рис. 2.7. Схемы с открытым коллектором

Другой классический пример применения таких элементов — это согласование по уровню двух схем, работающих при разных напряжениях питания. В любом случае на выходе каскада с открытым коллектором должен быть включен резистор, соединенный с источником напряжения +U_CC или — U_CC (для транзисторов типа n-p-n или p-n-р соответственно). Он фактически выполняет функцию нагрузочного резистора в цепи коллектора. При параллельном включении двух или более каскадов достаточно будет одного общего резистора (рис. 2.7в). Его номинал определяется в зависимости от токов, которые должны протекать по коллекторным цепям транзисторов.

2.1.9. Двухтактный каскад

Двухтактный каскад — это каскад на двух транзисторах, обычно используемый на выходе быстродействующих цифровых устройств. Кроме того, он входит в состав многих управляющих схем на МОП транзисторах. Двухтактный каскад включают также на выходе большинства генераторов синусоидального напряжения, работающих на низкоомную нагрузку (обычно 50 Ом). Его применение обеспечивает улучшение согласования генератора с нагрузкой. Базовая схема проста (рис. 2.8а): у двух комплементарных транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором, соединены эмиттеры и базы. Транзистор

n-p-n типа присоединен к положительному полюсу источника питания, а транзистор p-n-р типа — к отрицательному. Транзисторы открываются поочередно, и напряжение на выходе практически повторяет по форме входной сигнал.

Двухтактный каскад обладает одним недостатком: он не может полностью воспроизвести сигнал, который в отрицательный полупериод опускается до нуля. В таком случае перепад напряжения на выходе оказывается меньше, чем на входе, из-за конечного остаточного напряжения на открытом транзисторе. Этот недостаток не играет никакой роли, когда каскад используется для управления схемой на МОП транзисторах, но важен для выходных каскадов. С целью устранения описанной проблемы необходимо обеспечить симметричное питание двухтактного каскада, то есть применить дополнительный источник отрицательного напряжения (рис. 2.8б).

Рис. 2.8. Двухтактный каскад

2.1.10. Компаратор на транзисторе

Рис. 2.9. Компаратор на транзисторе

Транзистор p-n-р типа сравнивает опорное напряжение на эмиттере с частью контролируемого напряжения, поданной на базу через резистивный делитель R1R2. Когда напряжение на базе падает ниже опорного, транзистор открывается и выход компаратора (коллектор транзистора) переходит в состояние с высоким потенциалом. Такая схема может использоваться, например, для контроля напряжения батареи питания.

2.1.11. Гистерезис в электронике

Термин «гистерезис» происходит от греческого слова «запаздывание» и означает появление задержки в развитии одного физического явления по отношению к другому. Гистерезис играет большую роль в технике и, в частности, в электронике. Он проявляется каждый раз, когда выполняется операция сравнения двух величин с некоторой точностью.

Суть данного явления можно пояснить на примере работы термостата независимо от наличия или отсутствия электронного регулятора. Рассмотрим термостат, настроенный на поддержание температуры 20 °C с помощью электрического нагревателя. Если бы управляющая нагревателем биметаллическая пластина, деформирующаяся при изменении температуры, не обладала гистерезисом, нагреватель включался бы и выключался очень часто, что приведет к быстрому износу контактов. В действительности регулятор включается при 19 °C, а выключается примерно при 21 °C. При этом механическая инерционность биметаллической пластины и тепловая инерционность нагревателя порождают явление гистерезиса, переключение режимов происходит с небольшой частотой, а температура в термостате колеблется в некотором интервале вблизи заданного значения (рис. 2.10а).

Рис. 2.10. Схема реализации гистерезиса

В электронике все процессы развиваются гораздо быстрее, и нередко приходится искусственно создавать задержку для снижения частоты переключения. В качестве примера на рис. 2.10б приведена схема компаратора на базе операционного усилителя.

Устройство сравнивает регулируемое напряжение

Uвх с опорным Uoп, которое задается с помощью батарейки. Результат сравнения выводится на светодиодный индикатор. Чтобы усилить проявление гистерезиса и снизить частоту мигания индикатора, используют резистор, через который часть выходного сигнала передается на вход операционного усилителя. При этом снижается коэффициент усиления каскада и задерживается включение и выключение индикатора.

2.2. Операционные усилители

2.2.1. Присоединение неиспользуемых входов

Иногда один из операционных усилителей (ОУ) микросхемы, в корпусе которой размещаются два или четыре ОУ, не применяется. Подчас это делается преднамеренно, как, например, при использовании микросхемы LM324 ((счетверенный ОУ), которая дешевле, чем сдвоенный аналог LM358. В этом случае возникают проблемы паразитных колебаний и избыточного потребления тока. Для их разрешения неиспользуемые входы следует соединить по схеме повторителя напряжения, то есть вход

+ (плюс) с общей точкой, а вход — (минус) с выходом (рис 2.11).

Рис. 2.11. Присоединение неиспользуемых входов ОУ

2.2.2. Уровень выходного сигнала

Операционный усилитель может с одинаковым успехом использоваться как в аналоговых приложениях (в усилителях и генераторах), так и в цифровых. В его характеристиках среди прочих указывают максимальный уровень выходного сигнала по отношению к напряжению питания. Известная микросхема LM324, например, имеет типичный уровень сигнала 1,5 В. Таким образом, при питании 5 В напряжение на ее выходе никогда не превысит 3,5 В. Это может мешать запуску логической схемы, порог переключения которой не адаптирован к такому уровню, или обеспечению питания нагрузки, требующей более высокого напряжения. В этом случае включение реле на 5 В становится ненадежным. Светодиод никогда полностью не погаснет, а будет гореть с меньшей интенсивностью. В подобных случаях на выходе операционного усилителя рекомендуется поставить буферный каскад на транзисторе.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

2.2.3. Объединение выходов операционных усилителей

Иногда при использовании ОУ в качестве компараторов напряжения возникает необходимость объединения их выходов. Разумеется, такую операцию нельзя проводить с моделями, для которых подобный вид соединения не предусмотрен (например, LM324). Микросхема LM389 имеет на выходе каскад на n-p-n транзисторе с открытым коллектором и допускает такое соединение. Типичное применение такой схемы — отслеживание аналоговой величины (например, напряжения батареи) и выдача сигнала в случае ее выхода за пределы заданного диапазона (рис. 2.12). Оба усилителя включены по схеме компаратора, один для верхнего порога, другой — для нижнего.

Схема компаратора на транзисторе

Общие сведения

Компаратор – это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть U_вх – анализируемый сигнал и U_оп – опорный сигнал сравнения, а выходной U_вых – дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации:

(1)

Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор – это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.

Неопределенность состояния выхода компаратора при нулевой разности входных сигналов нет необходимости уточнять, так как реальный компаратор всегда имеет либо конечный коэффициент усиления, либо петлю гистерезиса (рис. 1).

Рис. 1. Характеристики компараторов

Рис. 2. Процессы переключения компараторов

Чтобы выходной сигнал компаратора изменился на конечную величину |U 1 _вых – U 0 _вых| при бесконечно малом изменении входного сигнала, компаратор должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления (эпюра 1 на рис. 2) при полном отсутствии шумов во входном сигнале. Такую характеристику можно имитировать двумя способами – или просто использовать усилитель с очень большим коэффициентом усиления, или ввести положительную обратную связь.

Рассмотрим первый путь. Как бы велико усиление не было, при U_вх близком к нулю характеристика будет иметь вид рис. 1а. Это приведет к двум неприятным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении U_вх выходной сигнал также будет изменяться замедленно, что плохо отразится на работе последующих логических схем (эпюра 2 на рис. 2). Еще хуже то, что при таком медленном изменении Uвх около нуля выход компаратора может многократно с большой частотой менять свое состояние под действием помех (так называемый «дребезг», эпюра 3). Это приведет к ложным срабатываниям в логических элементах и к огромным динамическим потерям в силовых ключах. Для устранения этого явления обычно вводят положительную обратную связь, которая обеспечивает переходной характеристике компаратора гистерезис (рис. 1б). Наличие гистерезиса хотя и вызывает некоторую задержку в переключении компаратора (эпюра 4 на рис. 2), но существенно уменьшает или даже устраняет дребезг U_вых.

В качестве компаратора может быть использован операционный усилитель (ОУ) так, как это показано на рис. 3. Усилитель включен по схеме инвертирующего сумматора, однако, вместо резистора в цепи обратной связи включены параллельно стабилитрон VD₁ и диод VD₂.

Рис. 3. Схема компаратора на ОУ

Пусть R₁ = R₂. Если U_вх – U_оп > 0, то диод VD₂ открыт и выходное напряжение схемы небольшое отрицательное, равное падению напряжения на открытом диоде. При U_вх – U_оп m А710 (отечественный аналог – 521СА2), разработанного Р. Видларом (R.J.Widlar) в США в 1965 г., приведена на рис. 4.

Рис. 4. Схема компаратора m А710

Она представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT₁, VT₂, нагруженный на каскады ОЭ на VT₅ и VT₆. Каскад на VT₅ через транзистор VТ₄ управляет коллекторным режимом входного каскада и через транзистор в диодном включении VТ₇ фиксирует потенциал базы транзистора VT₈, делая его независимым от изменений положительного напряжения питания. Каскад на VT₆ представляет собой второй каскад усиления напряжения.

Эмиттерные выводы транзисторов VT₅ и VT₆ присоединены к стабилитрону VD₁ с напряжением стабилизации 6,2 В, поэтому потенциалы баз указанных транзисторов соответствуют приблизительно 6,9 В. Следовательно, допустимое напряжение на входах компаратора относительно общей точки может достигать 7 В. На транзисторе VT8 выполнен эмиттерный повторитель, передающий сигнал с коллектора VT₆ на выход. Постоянная составляющая сигнала уменьшается до нулевого уровня стабилитроном VD₂.

Если дифференциальное входное напряжение превышает +5. +10 мВ, то транзистор VT₆ закрыт, а VT₅ близок к насыщению. Выходной сигнал компаратора при этом не может превысить +4 В, так как для более положительных сигналов открывается диод на VT₇, не допуская излишнего роста выходного напряжения и насыщения VТ₅. При обратном знаке входного напряжения VT₆ насыщается, потенциал его коллектора оказывается близок к напряжению стабилизации стабилитронов VD₁ и VD₂, а поэтому потенциал выхода близок к нулю. Транзистор VT₉ – источник тока 3 мА для смещения VT₈ и VD₂. Часть этого тока (до 1,6 мА) может отдаваться в нагрузку, требующую вытекающий ток на входе (один вход логики ТТЛ серии 155 или 133).

В дальнейшем эта схема развивалась и совершенствовалась. Схемы многих компараторов имеют стробирующий вход для синхронизации, а некоторые модификации снабжены на выходе триггерами-защелками, т.е. схемами, фиксирующими состояние выхода компаратора по приходу синхроимпульса. Кроме того, для повышения функциональной гибкости часть ИМС компараторов (например, МАХ917-920) содержит источник опорного напряжения, а у некоторых (например, МАХ910) порог срабатывания устанавливается цифровым кодом от 0 до 2,56 В с дискретностью 10 мВ , для чего на кристалле микросхемы имеются источник опорного напряжения и 8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь.

Выходные каскады компараторов обычно обладают большей гибкостью, чем выходные каскады операционных усилителей. В обычном ОУ используют двухтактный выходной каскад, который обеспечивает размах напряжения в пределах между значениями напряжения питания (например, +/-13 В для ОУ типа 140УД7, работающего от источников +/-15 В). В выходном каскаде компаратора эмиттер, как правило, заземлен, и выходной сигнал снимается с «открытого коллектора». Выходные транзисторы некоторых типов компараторов, например, 521СА3 или LM311 имеют открытые, т.е. неподключенные, и коллектор и эмиттер. Две основные схемы включения компараторов такого типа приведены на рис. 5.

Рис. 5. Схемы включения выходного каскада компаратора 521СА3

На рис. 5а выходной транзистор компаратора включен по схеме с общим эмиттером. При потенциале на верхнем выводе резистора равном +5 В к выходу можно подключать входы ТТL, nМОП- и КМОП-логику с питанием от источника 5 В. Для управления КМОП-логикой с более высоким напряжением питания следует верхний вывод резистора подключить к источнику питания данной цифровой микросхемы.

Если требуется изменение выходного напряжения компаратора в пределах от U + _пит до U – _пит, выходной каскад включается по схеме эмиттерного повторителя (рис. 5б). При этом заметно снижается быстродействие компаратора и происходит инверсия его входов.

Некоторые модели интегральных компараторов (например, AD790, МАХ907) имеют внутреннюю неглубокую положительную обратную связь, обеспечивающую их переходной характеристике гистерезис с шириной петли, соизмеримой с напряжением смещения нуля.

На рис. 6а приведена схема включения компаратора с открытым коллектором на выходе, переходная характеристика которой имеет гистерезис (рис. 1б). Пороговые напряжения этой схемы определяются по формулам

Из-за несимметрии выхода компаратора петля гистерезиса оказывается несимметричной относительно опорного напряжения.

Рис. 6. Компаратор с положительной обратной связью

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

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.
В связи с тем, что в схеме нет отрицательной обратной связи, напряжения на входах компаратора неодинаковы.
Из-за отсутствия отрицательной обратной связи входное сопротивление компаратора относительно низко и может меняться при изменении входных сигналов.
Выходное сопротивление компараторов значительно и различно для разной полярности выходного напряжения.

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 (рис. 7а). Как показано на рис. 7б, на выходе логического элемента единичный уровень сигнала будет иметь место тогда, когда выполняется условие U₁ m А711 (отечественный аналог – 521СА1).

Рис. 7. Схема двухпорогового компаратора (а) и диаграмма его работы (б)

Параметры компараторов

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.

Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.

Основным динамическим параметром компаратора является время переключения t_п. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения U_вх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения U_вх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения U_д при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора t_п можно разбить на две составляющие: время задержки t_з и время нарастания до порога срабатывания логической схемы t_н. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

Рис. 8. Переходная характеристика компаратора m А710 при различных превышениях скачка входного напряжения U_д над опорным: 1 – на 2 мВ; 2 – на 5 мВ; 3 – на 10 мВ; 4 – на 20 мВ

Рис. 1. Схема компаратора на транзисторе.

Компара́тор аналоговых сигналов (от лат. comparare «сравнивать») — сравнивающее устройство [1] : электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая сигнал высокого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе («+») больше, чем на инвертирующем (инверсном) входе («−»), и сигнал низкого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе меньше, чем на инверсном входе. Значение выходного сигнала компаратора при равенстве входных напряжений, в общем случае не определено. Обычно в логических схемах сигналу высокого уровня приписывается значение логической 1, а низкому — логического 0.

Через компараторы осуществляется связь между непрерывными сигналами, например, напряжения и логическими переменными цифровых устройств.

Применяются в различных электронных устройствах, АЦП и ЦАП, устройствах сигнализации, допускового контроля и др.

Одно из напряжений (сигналов), подаваемое на один из входов компаратора обычно называют опорным или пороговым напряжением. Пороговое напряжение делит весь диапазон входных напряжений, подаваемых на другой вход компаратора на два поддиапазона. Состояние выхода компаратора, высокое или низкое, указывает, в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение. Компаратор с одним входным пороговым напряжением принято называть однопороговым компаратором, существуют компараторы с двумя или несколькими пороговыми напряжениями, которые, соответственно делят диапазон входного напряжения на число поддиапазонов на 1 большее числа порогов.

Сравниваемый сигнал может подаваться как на инвертирующий, так и на неинвертирующий вход компаратора. Соответственно, в зависимости от этого компаратор называют инвертирующим или неинвертирующим.

Содержание

Математическое описание компаратора [ править | править код ]

В аналитическом виде идеальный однопороговый неинвертирующий компаратор задаётся следующей системой неравенств:

U_end>>»> U o u t = < U 0 , if U i n U r e f не определено , if U i n = U r e f U 1 , if U i n >U r e f <displaystyle U_=<eginU_<0>,&<mbox>U_ U_end>> U_end>>»/> где U r e f <displaystyle U_> — напряжение порога сравнения, U o u t <displaystyle U_> — выходное напряжение компаратора, U i n <displaystyle U_> — входное напряжение на сигнальном входе компараторе.

Третьему, неопределённому значению, в случае бинарного состояния выхода можно:

присвоить U 0 <displaystyle U_<0>>или U 1 <displaystyle U_<1>>,
присвоить U 0 <displaystyle U_<0>>или U 1 <displaystyle U_<1>>случайным образом динамически,
учитывать предыдущее состояние выхода и считать равенство недостаточным для переключения,
учитывать первую производную по времени выходного сигнала и её равенство нулю считать недостаточным для переключения.

В случае использования многозначной логики, например, троичной для учёта третьего состояния (равенство) применить соответствующую троичную функцию из чёткой троичной логики с чётким третьим значением.

Схемотехника компараторов [ править | править код ]

Схемотехнически простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель с высоким коэффициентом усиления (в идеале — бесконечным). Обычно в качестве компараторов напряжения в современной электронике применяют микросхемы операционных усилителей (ОУ). Но существуют и выпускаются специализированные для применения в качестве компараторов микросхемы.

Микросхема компаратора отличается от обычного линейного (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон дифференциальных входных напряжений (между инвертирующим и неинвертирующим входами), вплоть до значений питающих напряжений, а также полный диапазон синфазных напряжений.
Выходной каскад компаратора обычно конструируют совместимым по логическим уровням и токам с распространённым типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны исполнения выходного каскада компаратора на одиночном транзисторе с открытым коллектором, что обеспечивает одновременную совместимость с ТТЛ и КМОП логическими микросхемами.
Микросхемы компараторов не рассчитаны для работы с отрицательной обратной связью как ОУ и при их применении отрицательная обратная связь не используется. И наоборот, для формирования гистерезисной передаточной характеристики компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.
При проектировании микросхем компараторов уделяется особое внимание быстрому восстановлению входного каскада после перегрузки и смены знака разности входных напряжений. В быстродействующих компараторах для повышения быстродействия схемотехнически не допускают захода биполярных транзисторов в выходном каскаде в режим насыщения.

Компараторы охваченные положительной обратной связью имеют гистерезис и по сути являются двухпороговыми компараторами, часто такой компаратор называют триггером Шмитта.

При равенстве входных напряжений реальные компараторы и ОУ, включенные по схеме компараторов дают хаотически изменяющийся выходной сигнал из-за собственных шумов и шумов входных сигналов. Обычная мера подавления такого хаотического переключения — введение положительной обратной связи для получения гистерезисной передаточной характеристики.

При программном моделировании компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при одинаковых напряжениях на обоих входах компаратора. В этой точке компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. Проблему можно решить множеством разных способов, описанных в подразделе «программный компаратор».

Программное моделирование компаратора [ править | править код ]

В программах в качестве первого приближения можно использовать простейшую модель асимметричного компаратора, в котором третье значение с равными величинами сравниваемых входных переменных постоянно приписывается к «0» или к «1», в примере, приведенном ниже, третье значение постоянно приписывается к «0»:

В более сложных моделях симметричных компараторов третье значение можно, в рамках двоичной логики:

приписать к «0» или к «1» постоянно,
приписывать к «0» или к «1» случайным образом динамически,
учитывать предыдущее значение и считать равенство недостаточным для переключения,
учитывать первую производную и её равенство нулю считать недостаточным для переключения,

или выйти за рамки двоичной логики и:

для учёта третьего значения (равенство) применить соответствующую троичную функцию из чёткой троичной логики с чётким третьим значением.

Существующая проблема третьего состояния при программном моделировании, когда два числа, представленные кодовыми словами, могут быть в точности равны, на практике не имеет места: два напряжения не могут в точности совпадать, так как, во-первых, аналоговое напряжение величина неквантуемая, а во-вторых, существует шум, напряжение смещения входов компаратора, и иные возмущения, разрешающие неоднозначность даже в случае равенства входных напряжений аналогового компаратора.

Компараторы с двумя и более напряжениями сравнения [ править | править код ]

Строятся на двух и более обычных компараторах.

Двухпороговый (троичный) компаратор [ править | править код ]

Двухпороговый (троичный) компаратор имеет два напряжения сравнения и состоит из двух обычных компараторов. Два напряжения сравнения делят весь диапазон входных напряжений на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения в чёткой троичной логике. Двухбитный троичный (2B BCT) логический сигнал (трит) на выходе троичного компаратора указывает, в каком из трёх поддиапазонов находится входное напряжение. Логическая часть троичного компаратора выполняет унарную троичную логическую функцию — «повторитель» (F107₃ = F8₁₀). Двухбитный троичный трит (2B BCT) может быть преобразован в трёхбитный трит (3B BCT) или в трёхуровневый трит (3LCT). [ источник не указан 591 день ]

В аналитическом виде двухпороговый (троичный) компаратор задаётся следующими системами неравенств:

U_\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>end>>»> < U r e f 2 >U r e f 1 U o u t 1 = < 0 , if U i n U r e f 1 u n d e f i n e d , if U i n = U r e f 1 1 , if U i n >U r e f 1 U o u t 2 = < 0 , if U i n U r e f 2 u n d e f i n e d , if U i n = U r e f 2 1 , if U i n >U r e f 2 <displaystyle <eginU_>U_\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>end>> U_\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>end>>»/>

где:
U_ref1 и U_ref2 — напряжения нижнего и верхнего порогов сравнения,
U_out1 и U_out2 — выходные напряжения компараторов, а
U_in — входное напряжение на компараторах.

Двухпороговый (троичный) компаратор является простейшим одноразрядным троичным АЦП.

Троичный компаратор является переходником из нечёткой (fuzzy) троичной логики в чёткую троичную логику для решения задач нечёткой троичной логики средствами чёткой троичной логики.

Тумблеры и переключатели на 3 положения без фиксации (ON)-OFF-(ON) [2] [3] являются механоэлектрическими троичными (двухпороговыми) компараторами, в которых входной величиной является механическое отклонение рычага от среднего положения.

Двухпороговый (троичный) компаратор выпускается в виде отдельной микросхемы MA711H (К521СА1).

Троичный компаратор низкого качества с двоичными компараторами на цифровых логических элементах 2И-НЕ применён в троичном индикаторе напряжения источника питания с преобразованием трёх диапазонов входного напряжения в один трёхбитный одноединичный трит (3B BCT) [4] . Для построения прецизионного триггера Шмитта в этой схеме не хватает двоичного RS-триггера, который можно выполнить на двух дополнительных логических элементах 2И-НЕ (например, использовать два из четырёх логических элементов 2И-НЕ микросхемы К155ЛА3).-1> напряжений сравнения, где n — количество битов выходного кода. Разность соседних уровней сравнения в таких многовходовых компараторах обычно постоянна.

Примеры интегральных микросхем компараторов [ править | править код ]

Пример широко известных компараторов: LM311 (российский аналог — КР554СА3), LM339 (российский аналог — К1401СА1). Эта микросхема часто встречается, в частности, на системных платах ЭВМ, а также в системах управления ШИМ контроллеров в блоках преобразования напряжения (например, в компьютерных блоках питания с системой питания ATX) [5] [6] .

Параметры компараторов [ править | править код ]

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные. Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ. Основным динамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения Uд при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

Компараторы. Устройство и работа. Виды и применение. Особенности

Компараторы — название произошло от принципа работы – сравнения. Так функционируют приборы, производящие измерения способом сравнивания с эталоном: весы с одинаковыми плечами, электрические потенциометры.

По своей принципиальной работе компараторы делятся на механические, электрические и оптические. Приборы с механической конструкцией применяются для проверки конечных мер длины. Компараторы для таких целей впервые применены во Франции в 1792 году, об этом имеется информация в энциклопедиях. Такой компаратор на механической основе работал для поверки эталонного метра во время появления метрической системы Франции. Точность таких замеров компаратора рычагами доходила до 0,0005 мм. Это большая точность для того периода времени.

Наша задача рассмотреть компараторы, применяющиеся в современное время в электротехнике для напряжения.

Принцип работы и виды интегральных компараторов

Компараторы с двумя входами и одним выходом. Причем один из входов является прямым, а другой инверсным. На эти входы поступает напряжение, которые устройство сравнивает. В зависимости от этого сравнения на своем выходе устройство устанавливает либо логический ноль, когда напряжение на инверсном входе выше, чем на прямом, либо логическую 1, когда напряжение входа прямого выше, чем на инверсном.

На схеме видно стандартное обозначение компаратора. Компаратор сам по себе достаточно универсален и находит широкое применение в радиолюбительской деятельности. На основе компаратора можно собрать таймер, мультивибратор и даже драйвер для светодиодов.

При выборе компаратора следует обратить внимание на следующие параметры:

Диапазон напряжения питания.
Диапазон входных напряжений.
Максимальный ток на выходе компаратора.
Тип выхода.

Не все компараторы могут установить плюс питания на выходе.

Данная схема построена на переменном резисторе 20 кОм, двух постоянных резисторов 10 кОм, которые образуют собой делитель напряжения на постоянных резисторах. Они подключены к инвертирующему входу. К нему же подключен делитель напряжения на переменном резисторе.

Выход компаратора представляет собой коллектор внутреннего транзистора, эмиттер которого подключен к земле. Этот транзистор либо подключает выход к земле, либо отключает его, поэтому плюса питания на выходе быть не может. Поэтому мы подтягиваем выход компаратора через резистор номиналом 1 кОм к плюсу питания.

Когда на неинвертирующем входе напряжение выше, чем на инвертирующем, транзистор закрывается. Добавленный нами резистор подтягивает к его к плюсу питания, вследствие чего светодиод загорается. Когда на неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем, то транзистор открывается и притягивает выход компаратора к земле, вследствие чего светодиод перестает светиться.

Если же на двух входах напряжение примерно одинаковое, то выход компаратора логично переключается из одного состояния в другое и обратно под воздействием внутренних и внешних помех. Для борьбы с помехами и четкого переключения компаратора из одного состояния в другое собираются схемы с гистерезисом.

Обозначения выводов выглядят следующим образом:

Первая ножка – это выход первого компаратора, вторая ножка – инвертирующий вход первого компаратора, третья – неинвертирующий вход первого компаратора, четвертая – земля, восьмая ножка – напряжение питания. Второй компаратор не используется. Выход подключен желтым проводом к подтягивающему резистору и к светодиоду, зеленый провод подключен к делителю напряжения на постоянных резисторах, белый провод подключен к средней ножке переменного резистора, который является делителем напряжения.

При измерении напряжения питания на делителе напряжения на постоянных резисторах 10 кОм. При включении схемы загорается красный светодиод. Включаем мультиметр для измерения постоянного напряжения диапазона до 20 В, подключим его ко второй ножке микросхемы. Показания напряжения 2,4 В. Это постоянные резисторы, делитель напряжения не будет изменять само напряжение. Так как переменный резистор установлен на неинвертирующем входе, то переключаемся на него. Показания 0,87 В. На неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем. Следовательно светодиод не горит.

При превышении напряжения выше 2,4 В светодиод начинает светиться. При воздействии внешних помех происходит хаотичное переключение выхода компаратора. Здесь может пригодиться схема гистерезиса.

Компараторы применяются в интегральном исполнении в качестве составных деталей микросхем. Интегральные таймеры имеют в составе два входных компаратора. Этим определяется особенность работы прибора. Микроконтроллеры производят со встроенными компараторами. Независимо от конструкции и схемы принцип действия прибора не отличается.

Новые компараторы похожи на операционные усилители, у них высокий усиливающий коэффициент, не имеют обратной связи, входы такого же типа.

Работа компаратора напряжения

В различных описаниях работы устройства приводятся примеры сравнения с рычажными весами. На одну сторону весов ложится гиря – эталон, на другую товар. Когда вес товара станет равным массе гири, или больше, то гири поднимаются вверх, на этом взвешивание окончено.

С работой компаратора напряжения происходит похожий процесс. Вместо гирь выступает опорное напряжение, вместо товара – сигнал входа. При возникновении логической единицы на выходе устройства происходит сравнение напряжений. Это называют «пороговой чувствительностью» компаратора.

Для тестирования устройства не нужно сложной схемы. Необходимо включить вольтметр на выход устройства, а на входы подключить напряжение, которое регулируется. При изменении входного напряжения на вольтметре будет видна работа компаратора.

Характеристики компараторов

При применении приборов нужно учесть характеристики, делящиеся на динамические и статические. Статические – это параметры установившегося режима. Это пороговая чувствительность. Она является наименьшей разностью сигналов входа. При ней возникает логический сигнал на выходе.

Некоторые компараторы оснащены выводами для смещающего напряжения, осуществляющего смещение характеристики передачи от идеального положения. Важным параметром является гистерезис, то есть разница напряжений входа. Он обусловлен обратной связью положительного значения, предназначенного для устранения «дребезга» сигнала выхода при переключении компаратора.

Устройство

Схема прибора довольно сложная, большая и не слишком понятная. Рассмотрим простую функциональную схему по рисунку.

Показан дифференциальный каскад входа, схема уровневого смещения, логика выхода. Дифференциальный каскад производит основное усиление сигнала разности. Устройством смещения осуществляется оптимальное состояние выхода. Это дает возможность выбрать тип логики для работы. Такая настройка производится подстроченным резистором на выводах «балансировки».

Компаратор с памятью и стробированием

Современные инновационные компараторы оснащены стробирующим входом. Это значит, что сравнение сигналов входа осуществляется только при подаче импульса. Это дает возможность сравнить сигналы входа в необходимый момент.

Простая схема структуры устройства со стробированием:

Устройства по рисунку с парафазным выходом, подобно триггеру – прямой верхний выход, нижний (кружок) – инверсный. С – стробирующий вход. На рисунке а) стробирование сигналов входа осуществляется по высокому уровню входа С. На обозначении входа С изображают знак инверсии маленьким кружком.

Рисунке б) стробирующий вход с чертой /. Это значит, что стробирование проходит по восходящему импульсу. Стробирующий сигнал – разрешение сравнения. Итог сравнения появляется на выходе при действии импульса стробирования. На некоторых устройствах есть память (с триггером). Они сохраняют результат до следующего импульса.

Время импульса стробирования (фронта) должно хватать для того, чтобы сигнал входа успевал проходить через дифференциальный каскад до срабатывания ячейки памяти. Использование стробирования повышает защиту от помех, так как помеха изменяет состояние устройства за время импульса.

Классификация

Компараторы делятся на три группы: общего применения, прецизионные и быстродействующие. В практической деятельности чаще применяются устройства общего применения.

Такие устройства имеют особенности и свойства, привлекающие к себе внимание. Они потребляют небольшую мощность, могут работать при малом напряжении питания. В одном корпусе можно разместить 4 устройства. Эта группа иногда дает возможность производить полезные устройства.

Это простой преобразователь сигнала в унитарный цифровой код, который можно преобразовать в двоичный, цифровым преобразованием. На схеме имеется 4 компаратора. Напряжение опорное подается на инвертирующие входы по делителю резистивного типа. При одинаковых резисторах на инвертирующих входах устройства напряжение будет равно n * Uоп / 4, n – номер устройства. Напряжение входа подается на неинвертирующие входы, которые соединены вместе.

В итоге сравнения напряжения входа с опорным, на компараторных выходах образуется цифровой унитарный код напряжения входа.

Лекция 11. КОММУТАТОРЫ, КОМПАРАТОРЫ НА БИПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. План

1 1 Лекция 11. КОММУТАТОРЫ, КОМПАРАТОРЫ НА БИПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. План 1. Введение.. Аналоговые коммутаторы на биполярных и полевых транзисторах 3. Компараторы: определение, структура, принцип действия. 4. Разновидности компараторов. Передаточные характеристики. 5. Интегральные компараторы 6. Выводы. 1. Введение. В устройствах цифровой электроники обычно используются сигналы двух уровней высокого и низкого. Такие сигналы называют цифровыми. При работе с цифровыми сигналами нет необходимости задумываться об особенностях электрических процессов в электронной схеме, которая обрабатывает сигнал. Электронные схемы, которые обрабатывают цифровой сигнал, называют электронными ключами. В информативной электронике используются также ключи, которые имеют другое назначение, а именно соединять или разъединять источник входного сигнала, содержащего информацию аналогового и приёмник этого сигнала. Сигналы, не являющиеся цифровыми, называются аналоговыми, а схемы, реализующие эту функцию, называются аналоговыми ключами, которые правильнее было бы называть аналоговыми коммутаторами. Дело в том, что этот вид ключей предназначен для подключения или отключения источника входного аналогового сигнала от приёмника этого сигнала. Для коммутации аналоговых сигналов используются коммутаторы последовательного, параллельного, последовательно-параллельного типов.

2 . Коммутаторы на биполярных и полевых транзисторах. Коммутаторы на биполярных транзисторах. На рис.11.1 показана простейшая схема параллельного аналогового коммутатора на биполярном транзисторе. Рассмотрим его работу. I б >I б1 I к U вы I б1 б I б I к U кэ 0 U кэ U ост U упр Рис Рис входное напряжение, поступление которого в нагрузку зависит от источника управляющего сигнала (U упр ). Напряжение может быть как положительной, так и отрицательной полярности. Если коммутатор находится в состоянии «включено», то его выходное напряжение должно быть равно входному. Если же коммутатор находится в состоянии «выключено», то его выходное напряжение должно быть равно нулю. На рис.11. представлены выходные характеристики транзистора в активном режиме (эмиттерный переход находится под прямым напряжением, а коллекторный под обратным). Состоянием транзистора «дирижирует» источник напряжения U упр. Когда от источника управляющего напряжения на вход транзистора подаётся запирающий сигнал, транзистор закрывается. При этом выходное напряжение равно входному. Когда транзистор открывается, его сопротивление становится очень малым и фактически он закорачивает цепь и напряжение на выходе становится равным нулю.

3 3 Одним из недостатков аналогового коммутатора, выполненного на биполярном транзисторе, который используется в прямом включении, является то, что его выходные характеристики не проходят через начало координат (рис.11.). При этом точка перехода коллекторного тока через нуль соответствует какому-то остаточному напряжению на участке коллектор-эмиттер. Назовём это напряжение остаточным (в литературе его часто называют напряжением смещения). Величина напряжения U кэ = U ост мв. Чтобы ослабить этот недостаток, то есть уменьшить остаточное напряжение, транзистор ставят в инверсный режим (рис.11.3). Базовый ток при этом не меняем. I э I б >I б1 б I б I э U эк U вы I б1 U инв 0 U эк U упр Рис I к Рис Как видно из ВАХ транзистора (рис.11.4) в инверсном включении остаточное напряжение значительно уменьшилось (U эк = U инв 1 5 мв). Чтобы транзисторная цепь была низкоомной, необходимо базовый ток поддерживать в пределах нескольких миллиампер. При этом токи коллектора и эмиттера не должны превышать этих значений. Остаточное напряжение при токе коллектора и токе эмиттера, равных нулю, будет очень малым. Коммутаторы на полевых транзисторах.

4 4 В лекции 4 подробно рассмативались ВАХ полевых транзисторов и для МОП-транзисторов, и для транзисторов с управляющим p-n-переходом. Для анализа аналогового коммутатора на полевом транзисторе воспользуемся его стоковой ВАХ (рис.11.6). VT н U вы мa I с А Б U упр 0 10 Рис О U си Рис U В В пределах отрезка «ОА» полевой транзистор можно рассматривать как омическое сопротивление, которое можно изменять в широких пределах с помощью управляющего напряжения на затворе. На рис.11.5 показана схема последовательного коммутатора на полевом канальном транзисторе (на транзисторе с управляющим p-n-переходом). Рассмотрим работу этого коммутатора. Если уровень управляющего напряжения на затворе будет меньше, чем возможное входное напряжение, то транзистор будет заперт, и напряжение на выходе коммутатора станет равным нулю. Чтобы транзистор был полностью открыт, необходимо поддерживать напряжение на затворе, равном нулю. Но потенциал истока не остаётся постоянным, поэтому и уровень управляющего напряжения меняется. Недостаток этот можно устранить включением в цепь затвора полупроводникового диода. При этом. если управляющее напряжение будет больше максимально возможного

5 5 входного напряжения, диод закроется, и на затворе установится напряжение, равное нулю. Напряжение на выходе станет равным входному. А если управляющее напряжение будет большим, но отрицательным, то диод откроется, передав на затвор отрицательное напряжение. Транзистор закроется. Внимание. Попробуйте составить такую схему, опираясь на схему, которую только что рассмотрели. Не забудьте, при этом, создать цепь для протекания тока открытого диода на время, пока полевой транзистор закрыт. Эта цепь свяжет цепь входного сигнала с источником управляющего сигнала, но бояться этого не надо: транзистор закрыт, работа коммутатора не нарушится. Предупреждение. Не ставьте в цепь входного сигнала разделительный конденсатор, который, зарядившись до уровня управляющего напряжения, нарушит режим коммутатора. Избавиться от всех перечисленных недостатков можно, если в качестве коммутатора использовать МОП-транзистор, но ещё лучше КМОП-схему. На рис 11.7 дана схема последовательного коммутатора на МОПтранзисторе. Чтобы p-n-переходы между подложкой-истоком и подложкойстоком не пришли в прямосмещённое состояние, на подложку заводится напряжение «+Е п». U упр +Е п VT 1 U упр н U вых VT н U вы Рис U упр Рис.11.8.

6 6 Чтобы МОП-транзистор в схеме (рис.11.7) привести в открытое состояние, управляющее напряжение должно быть больше максимального входного напряжения. А чтобы увеличить диапазон входных напряжений как положительной, так и отрицательной полярности лучше использовать КМОП-схему (рис.11.8). КМОП-схема представляет собой два МОП-транзистора с каналами разной проводимости, и объединённых в одно целое (рис.11.8). Транзистор VT 1 это транзистор с n-каналом, VT с p каналом. На затворы обоих транзисторов поступает управляющее напряжение. Так как в КМОП-схеме используются транзисторы с каналами разной проводимости, то важно, чтобы на затворы поступали напряжения разной полярности и достаточно большой величины (хотя бы в раза больше опорного). При малых значениях входного сигнала оба транзистора будут открыты. Если положительное входное напряжение сильно возрастёт, то режимы транзисторов изменятся: уменьшение напряжения на затворе VT 1 и увеличение его внутреннего сопротивления будет сопровождаться увеличением напряжения на затворе транзистора VT и уменьшением его внутреннего сопротивления. Чтобы выключить коммутатор, надо изменить полярность управляющего напряжения. В переходных процессах при смене полярности управляющего напряжения возникает импульс помехи. Дело в том, что через проходную ёмкость «затвор-канал» на выход коммутатора передаётся импульс напряжения это импульс помехи. Чтобы помеха не нарушила работу коммутатора управляющее напряжение не должно быть слишком большим. 3. Компараторы: определение, структура, принцип действия. Устройство сравнения аналоговых сигналов (компаратор) выполняет функцию сравнения либо двух (или более) входных сигналов между собой, либо сравнение одного входного сигнала с опорным сигналом (эталонным), которое называют порогом срабатывания устройства сравнения; в этом случае на выходе устройства сравнения формируются только два уровня выходного сигнала высокий и низкий, которые могут отличаться как по величине, так и по знаку..

7 7 Если в качестве схемы сравнения используется обычный ОУ, то на выходе формируется напряжения противоположной полярности при практически равных абсолютных значениях. Если в качестве схемы сравнения используются специализированные интегральные схемы, то на выходе формируются напряжения одной полярности. При этом выходные сигналы компаратора согласованы по величине и полярности с сигналами, которые используются в цифровой технике. Вывод. Входной сигнал компаратора носит аналоговый характер, а выходной цифровой. По этой причине компараторы часто используются как аналого-цифровые преобразователи, так как они выполняют роль элементов связи между аналоговыми и цифровыми устройствами Компараторы относятся к специализированным ОУ, в которых нормальным режимом является нелинейный режим работы каскадов. На рис.11.9 представлена структурная схема компаратора. Первый каскад компаратора (ДУ) определяет все основные входные параметры (входные сопротивления, входные токи, их температурные дрейфы и др.), поэтому, этот каскад за малый промежуток времени, при минимальной потребляемой мощности, должен обеспечивать максимальный сигнал для переключения промежуточного каскада. Д У П ром еж у — т оч ны й у с илит ель Ф орм иро вател ь уровня U Рис.11.9.Структурная схема компаратора Однако, в полупроводниковых компараторах, предназначенных для точного сравнения (δ 10-3 ) быстро меняющихся сигналов большой амплитуды, ДУ работает в нелинейном режиме только в течение времени переключения выходного напряжения. Следовательно, требования,

8 8 предъявляемые к ДУ, получаются противоречивыми, поэтому, использование схемотехнических и технологических средств, позволяет добиться устранения насыщения транзисторов ДУ. Приёмниками выходных сигналов компараторов обычно являются логические схемы, поэтому выходные напряжения каждого компаратора напряжения согласуются с ТТЛ, ТТЛШ и КМОП-логическими схемами. В зависимости от того, какой уровень напряжения (входной или опорный) будет больше, на выходе компаратора устанавливается напряжение логического нуля или единицы. Современные компараторы схемотехнически различаются по конструкции формирователя уровня (ФУ): ФУ может быть эмиттерным повторителем, одновходовым или дифференциальным усилителем, логическим элементом. Но, в любом случае, независимо от конструкции, ФУ должен быть усилителем мощности, который сформирует на выходе компаратора соответствующие логические уровни напряжений: или U 0, или U 1. В компараторах напряжения один динамический параметр время переключения выходного напряжения (иначе время восстановления). Быстродействие компаратора принято характеризовать «временем восстановления» (переключения) это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение достигает порога срабатывания логической схемы. Существует стандартная методика измерения времени восстановления (рис.11.10а): на неинвертирующий вход ОУ подаётся напряжение перегрузки, равное 100 мв, а на инвертирующий вход перепад напряжения той же полярности (импульсное напряжение), но большей амплитуды (105 мв). Время восстановления (t вост. ) отсчитывается с момента, когда напряжение перегрузки и импульсное напряжение сравняются. Разница между амплитудами перепада напряжения и сигнала перегрузки называется напряжением восстановления. Обычно время восстановления приводится для напряжения восстановления в 5 мв. Время восстановления компараторов содержит две составляющие:

9 9 время задержки (t з. ), в течение которого выходное напряжение компаратора остаётся неизменным; время нарастания (t н ) до порогового напряжения(u пор ) срабатывания логической схемы. мв t U 1 U вых.неинв..инв..восст. = 5 мв U пор t U 0 t з t н t а). Рис а. переходные характеристики, б диаграммы, поясняющие работу компаратора

10 U оп 0 t 1 Т U сраб U вых. +U вых. мак -U вых.мин 0 t 1 t t 3 t Рис б Эксплуатационные параметры компараторов отличаются от параметров ОУ только названиями уровней выходного напряжения. Быстродействующие и высокоточные компараторы выполняются на ОУ в интегральном исполнении.

11 11 Точность работы компаратора характеризуется напряжением, на которое необходимо превысить опорное напряжение, чтобы выходное напряжение достигло порога срабатывания логической схемы. 4. Разновидности компараторов. Передаточные характеристики. Однопороговые компараторы. Регенераторные компараторы. Двухпороговые компараторы Однопороговые компараторы. Реакция компаратора на превышение входных сигналов заданного уровня называется амплитудной дискриминацией или детектированием уровня. Однопороговым компаратором сравнения называются такие схемы сравнения, для которых коэффициент усиления всегда остаётся положительным. В компараторе (рис.11.11а) цепь ОС формирует на выходе усилителя сигнал, совместимый с входными уровнями ТТЛ-схем: напряжение порога срабатывания (переключения) U пор = Е оп. Если напряжение смещения нуля скомпенсировано, то при = U пор напряжение на выходе U вых 0; стабилитрон и диод закрыты и, таким образом, цепь ОС разомкнута. Если напряжение на входе изменится на несколько десятков микровольт в сторону уменьшения или увеличения, то изменение выходного сигнала будет составлять единицы вольт, благодаря большому коэффициенту усиления ОУ. Это изменение прекратится в тот момент, когда откроется диод или стабилитрон и коэффициент по цепи ОС станет равен единице. Если станет больше U пор, то U вых = U д. Если станет меньше U пор, то U вых = U ст. Недостаток однопороговых компараторов: при очень медленных изменениях или малых амплитудах выходного сигнала время переключения однопорогового компаратора зависит от скорости изменения входного

12 1 сигнала, частоты единичного усиления и коэффициента усиления усилителя по напряжению. VD 1 U вых VD Е оп + U ст U пор U в х 1 U в Е оп — U д Передаточная Е а). б). рис Схема однопорогового компаратора (а) и его передаточная характеристика (б) Для уменьшения времени сравнения таких сигналов используют схемы компараторов с положительной ОС регенераторные компараторы. 4.. Регенераторные компараторы. Особенностью таких компараторов (рис.11.1а) является наличие гистерезиса передаточной характеристики. U в ых U ст 1 U вы U в х 3 U н =U от п U в =U ср Регенераторный а). -U ст Передаточная б).

13 13 U г Рис в + 3 U н = U ст + 3 Напряжение верхнего порога переключения: U = U ст. Напряжение нижнего порога переключения:. Напряжение гистерезиса передаточной характеристики: = U ст Если напряжение на входе близко к нулю, или имеет отрицательное значение, то выходное напряжение будет положительным, а напряжение на неинвертирующем входе определяет верхний порог переключения U в = U ст. + 3 Если напряжение на входе достигает величины U в = U ср, ток в цепи стабилитрона становится равным нулю, а затем меняет направление и выходное напряжение ОУ переключается. После этого на неинвертирующем входе ОУ устанавливается напряжение нижнего порога срабатывания (напряжение отпускания U отп ): U н = U ст. + 3 Чтобы теперь переключить компаратор в обратное состояние, входное напряжение должно измениться от U н до U в, то есть на величину, равную U в, которое и определяет напряжение гистерезиса. Чтобы петля гистерезиса была симметричной относительно входного напряжения, минимальное и максимальное значения выходного напряжения должны быть равны по абсолютному значению: если по какой то причине произойдёт изменение одного из уровней, то это вызовет смещение гистерезиса и, следовательно, изменение расчётной точки компаратора, что приводит к увеличению погрешности сравнения. Для ослабления этого недостатка в современных схемах подобных компараторов вводится ключ для управления выходным напряжением (например, на полевом транзисторе) Двухпороговые компараторы. Компаратор, состояние выхода которого изменяется два раза при увеличении входного сигнала в некотором диапазоне, называется двухпороговым. На рис.11.13а представлена одна из наиболее распространённых схем двухпорогового компаратора. Диодный мост включен в цепь ОС усилителя.

14 14 Изменение выходного напряжения происходит, как только входной ток I 1 превысит или станет меньше тока I, отдаваемого в мост цепью смещения. При изменении выходного напряжения переключаются диоды, и изменяется значение коэффициента передачи по цепи ОС. Точность уровней дискретизации и минимальная ширина окна ограничиваются десятками мв из-за разброса падений напряжений на открытых диодах. Для повышения точности сравнения можно использовать сдвоенные двухвходовые компараторы. Напряжение верхнего порога переключения: U в = 1 ( U + п U д) Еоп +U п I +U п U вы х 1 U вы 1 U в Е оп U н I 1 -U п -U а). Рис б). Напряжение нижнего порога переключения: U н Интегральные компараторы = 1 ( U п + U д) Еоп Интегральные компараторы отличаются от схем сравнения, выполненных на ОУ общего применения, тем, что их выходной сигнал согласован по уровню с напряжениями, которые используются в цифровой технике для отображения сигналов логических уровней логического нуля и логической единицы. Компараторы на ОУ общего применения, имея достаточно высокую точность сравнения входных напряжений, не в состоянии обеспечить нужного быстродействия, которое, как было сказано выше, принято характеризовать «временем восстановления» (переключения,

15 15 см. стр. 8: стандартная методика измерения времени восстановления (рис.11.10а)). Таким образом, время восстановления определяется как временной интервал между моментом равенства напряжений на входах компаратора и моментом, когда его выходное напряжение достигнет порогового уровня (U пор ), которое определяется уровнем срабатывания логических схем. Используя в компараторах обычные ОУ без ОС, независимо от их быстродействия, трудно получить t вост < 1 мкс (при этом основной его составляющей будет время задержки): Нормальным режимом работы транзисторов в ОУ является активный режим. В режиме сравнения двух сигналов напряжение на входе ОУ, работающего без ОС, равно вхоу [ ] [ U ] выхоу, U >> где K u коэффициент прямой передачи напряжения со K u входа на выход ОУ без ОС. В этом случае транзисторы в ОУ переходят в режим насыщения (режим перегрузки), и потребуется определённое время, чтобы избыточные заряды в базах транзисторов рассосались. Быстродействие схемы сравнения снижается. Поэтому при разработке интегральных компараторов (ИКП) применяют специальные схемотехнические решения, направленные на недопустимость перехода транзисторов в режим насыщения. Поэтому, современные компараторы выполняются по специализированным схемам в интегральном исполнении (см. стр. 14) и, в этом случае, время восстановления у них менее 100 нс. Выводы. 1. Компараторы на ОУ общего применения используются при разработке высокоточных схем сравнения, которые работают с медленно изменяющимися сигналами.. Интегральные компараторы применятся в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокое быстродействие и, в зависимости от конкретных требований, используют высокоточные или высокоскоростные компараторы. Контрольные вопросы к теме «Компараторы».

16 Uоп 3 4 U вы 1 U оп 0 Т t 1 t t 3 t а б Рис Однопороговое устройство сравнения: а схема компаратора на ОУ; б диаграммы входных напряжений. 1. Назовите устройство сравнения, для которых коэффициент усиления всегда остаётся положительным.. Напишите условие срабатывания схемы сравнения. Входное сопротивление ОУ равно, 3. На инвертирующем входе ОУ (рис а) действуют напряжения 1,, 3 (рис.11.15б). К неинвертирующему входу подключен источник опорного напряжения U оп. Чему равно напряжение между входами ОУ в момент его переключения? 4. Отметьте на диаграмме входных напряжений моменты срабатывания схемы сравнения. Нарисуйте форму выходного напряжения при указанной форме входных сигналов. 5. Какие выходные напряжения могут формироваться на выходе схемы сравнения.

Двухпороговые компараторы на логических элементах

В некоторых случаях возникает необходимость контроля напряжения в некотором заданном интервале пороговых значений. Для этих целей обычно применяют два ОУ с логическим элементом (рис. 1). Ранее уже публиковались варианты с использованием одного ОУ [1,2].

Рис. 1.

Иногда при разработке электронных устройств некоторые логические элементы оказываются незадействованными. Автор предлагает несколько вариантов реализации двухпороговых компараторов на логических элементах КМОП без использования ОУ для тех случаев, когда значения уровней меньше порога переключения микросхем, что исключает непосредственную подачу сигнала на вход логического элемента.

Первый вариант представлен на рис. 2. Значения контролируемых порогов устанавливают резисторами R3, R4. Если входное напряжение больше верхнего порога, то на входе элементов DD1.1 и DD1.2 будет низкий уровень. Поскольку элемент DD1.1 включён как инвертор, а элемент DD1.2 как повторитель, светиться будет только светодиод HL1. Аналогично, если входное напряжение меньше нижнего порога, светиться будет только светодиод HL2. В случае, когда контролируемое напряжение попадёт в интервал между порогами, светодиоды HL1 и HL2 погаснут и загорится светодиод HL3.

Рис. 2.

Для приведения входного напряжения к логическому уровню использован усилитель на транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером. Резистор R2 необходимо подобрать так, чтобы, во-первых, значение напряжения на нижних по схеме выводах переменных резисторов было не менее 1 В, а на верхних — не более чем напряжение питания минус 1 В. А, во-вторых, это условие должно соблюдаться при любом значении входного напряжения между контролируемыми порогами. Диоды VD1, VD2 и резистор R6 выполняют функцию ИЛИ и могут быть заменены соответствующим логическим элементом. Сопротивление резистора R5 определяется напряжением питания и необходимой яркостью свечения светодиодов. Транзистор VT1 служит для термостабилизации порогов переключения. Транзисторы необходимо подобрать так, чтобы вольт-амперные характеристики эмиттерных переходов были как можно ближе. В случае исключения транзистора VT1 контролируемые пороги напряжения будут существенно меняться при изменении окружающей температуры.

Входное сопротивление устройства определяется резистором R1, минимальный контролируемый уровень соответствует напряжению открывания p-n перехода транзистора VТ2 и приблизительно равен 0,6 В. Интервал допустимого напряжения питания равен соответствующему значению для микросхемы DD1. Разность между порогами может быть не более чем 10 % от напряжения питания. Точность сравнения — 5…50 мВ и зависит от напряжения питания и коэффициента передачи по току транзистора VT2.

Повышение минимального напряжения питания до 7 В позволяет несколько упростить устройство (рис. 3). Здесь функцию логического ИЛИ выполняют светодиоды HL1 и HL2.

Рис. 3.

Рис. 4.

Когда необходимо, чтобы светодиод светил только при нахождении входного уровня в заданном интервале, компаратор можно существенно упростить (рис. 4).

В устройстве, схема которого представлена на рис. 5, устранён недостаток, связанный с ограничением разности между порогами, однако входное сопротивление снижено и определяется параллельным включением резисторов R1 и R2, а подборку коллекторных резисторов R4 и R5 необходимо выполнить для каждого каскада.

Рис. 5.

В случае, если необходимо контролировать переменное напряжение или переменную составляющую постоянного напряжения, можно воспользоваться компаратором, схема которого показана на рис. 6. По сравнению с рис. 2 добавлены разделительный C1 и фильтрующий C2 конденсаторы, а также защитный диод VD1. Минимальные ёмкости конденсаторов определяются частотой сигнала. На схеме они приведены для частоты 1 кГц. Конденсатор C2 необходимо подобрать так, чтобы уровень пульсаций не приводил к паразитному переключению логических элементов. Входное сопротивление также определяется резистором R1.

Рис. 6.

Рис. 7.

Рис. 8.

Для увеличения входного сопротивления устройство необходимо дополнить буферным каскадом на ОУ (рис. 7) или истоковым повторителем (рис. 8). В первом случае входное сопротивление равно сопротивлению резистора R2 и может быть единицы мегом. Резисторами R1 и R2 необходимо установить среднюю точку, чтобы добиться симметричного ограничения вершин синусоиды. Во втором случае входное сопротивление — сотни мегом. Ёмкость конденсаторов C1-C3 указана для частоты входного сигнала 1 кГц.

Во всех вариантах можно применять биполярные транзисторы и диоды — маломощные кремниевые, конденсаторы — керамические или плёночные, ОУ DA1 можно использовать любой без частотной коррекции с подходящим напряжением питания. Полевой транзистор КП303А можно заменить любым маломощным с управляющим p-n переходом и каналом n-типа.

Примечание: В качестве биполярных, транзисторов с близкими параметрами и хорошим тепловым контактом желательно применить транзисторные сборки, содержащие два транзистора — КР159НТ1В, ВС847BDW, а также четыре (КС1НТ251) или пять (КР198НТ1Б) транзисторов структуры n-p-n.

Между затвором транзистора VT1 (рис. 8) и общим проводом необходимо включить резистор сопротивлением несколько десятков килоом.

Литература

1. Двухпороговый компаратор. — Радио, 1985, №7, с. 58.

2. Гричко В. Двухпороговый компаратор. — Радио, 2003, № 4, с. 32.

Автор: А. Староверов, г. Вологда

Тригер Шмитта на транзисторах

При V1 закрыт . . ,поделенное делителем “R2-R3” , действует на базу V2 и открывает его. В исходном состоянии V2 открыт.

R2 в цепи базы рассчитывается из условия обеспечения необходимой степени насыщения транзистора V2. , протекая через , создает на нем падение напряжения . При .

В результате V1 будет надежно закрыт падением напряжения на . На выходе в исходном состоянии будем иметь

При расчете схемы падение напряжения на эмиттерном сопротивлении составляет 0.2 — 0.3 от напряжения питания, т.е. в исходном состоянии на выходе будем иметь относительно низкий уровень напряжения. В исходном состоянии схема будет находиться до тех пор, пока входной сигнал не превысит порог срабатывания.

Рис.11.12. Амплитудная характеристика триггера шмитта

Рассмотрим процесс увеличения входного напряжения. С его ростом состояние схемы не будет меняться до тех пор, пока . Как только входное напряжение достигает такого уровня, что , транзистор V1 выйдет из режима отсечки , он начнет приоткрываться.

V2 начинает выходить из режима насыщения , начинает возрастать , а ток на коллекторе V2 — уменьшаться. Уменьшится и падение напряжения на , создаваемое , следовательно его работа на закрытие уменьшится.

Таким образом замкнулась цепь положительной обратной связи через падение напряжения на . В результате схема лавинообразно переходит из состояния 1 в состояние 2 , когда V1 открыт до насыщения , а V2 — закрыт.

В новом состоянии через будет теперь протекать ток . Чтобы создаваемое им падение напряжение на не препятствовало открыванию транзистора V1 ., это падение напряжения должно быть меньше, чем создаваемое ранее..

Практически может быть в несколько раз больше, чем . Падение от также будет действовать на закрывание V1 , но в меньшей степени. Если теперь уменьшить входное напряжение , то возврат схемы в исходное состояние произойдет при таком входном напряжении , при котором не станет меньше нуля. Это напряжение будет порогом отпускания.

Рис.8.13. Амплитудная характеристика триггера шмитта

Таким образом триггер шмитта на транзисторах имеет релейную характеристику с гистерезисом. Ширина петли определяется разностью падений напряжения на эмиттерном сопротивлении, создаваемых токами первого и второго коллекторов. .

Если на базу V1 от напряжения питания подать смещение R’ , то вся характеристика сместится влево. При необходимости смещение можно выбрать таким образом , чтобы характеристика располагалась симметрично относительно оси ординат. Тогда пороги срабатывания и отпускания будут одинаковы по величине и противоположны по знаку. триггер шмитта на транзисторах называют еще триггером с эмиттерной связью, так как через эмиттер реализуется положительная обратная связь между транзисторными ключами.

Компаратор

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения. В ОУ, охваченном обратной связью, это требование некритично, так как дифференциальное входное напряжение измеряется милливольтами и микровольтами.

Выходной каскад компаратора выполняется совместимым по уровням и токам с конкретным типом логических схем (ТТЛ, ЭСЛи т. п.). Возможны выходные каскады на одиночном транзисторе с открытым коллектором (совместимость с ТТЛ и КМОП логикой).

При подаче эталонного напряжения на инвертирующий вход, входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).

При подаче эталонного напряжения на неинвертирующий вход, входной сигнал подаётся на инвертирующий вход и компаратор является инвертирующим (инвертором).

Может кто-нибудь объяснить, как работает этот транзисторный компаратор?

Схема представляет собой компаратор и может быть очень полезна более или менее, как показано.

Я использовал схему, по существу, такую же, как и в производственном оборудовании, чтобы удовлетворить требование, которое было трудно удовлетворить легко и дешево другими способами.

Есть несколько способов взглянуть на схему. Схема не заботится о том, как вы на нее смотрите — но та или иная визуализация может помочь вашему пониманию.

Это известно как «длиннохвостая пара», но в данном случае «хвост» не очень длинный в том смысле, который имелся в виду изначально. В идеальном варианте этой схемы ножка Re является источником постоянного тока, всегда потребляющего ток Ie.

Вызов левого транзистора Q1 и правого транзистора Q2

Вызов базовых напряжений Vi1 и Vi2 ИЛИ Vil и Vir

Напряжение коллектора вызовов Vcl / Vcr или Vc1 / Vc2

Напряжение передатчика вызова Ve (разделяется Q1 и A2)

На данный момент предположим, что комбинация Ie, Re и Vee образуют идеальный источник постоянного тока для тока Ie — это предположение может быть пересмотрено позже, если желательно — но упрощает отслеживание работы на начальном этапе, и во многих реальных случаях предположение таково. «достаточно хорошо.

RC1 = RC2 в большинстве случаев. Фактически возникает особый и полезный случай, когда RC1 существенно отличается от RC2, НО для базового дифференциального усилителя предположим, что они равны. Если «почти равный» с различиями из-за производственных допусков, он ВСЕ ЕЩЕ работает, но с неидеальностями. Предположим, что пока что идентичны.

В идеале Q1 и Q2 совпадают по характеристикам, но для многих целей они могут быть просто двумя, одного типа. Предположим, что для начала подобраны транзисторы. Это также может быть пересмотрено, и это НЕ существенно.

В большинстве случаев Ie и Rc расположены так, что транзисторы не насыщаются, когда оба имеют примерно одинаковый ток — даже это не сложно и быстро, НО начнем с этого.

Операция:

(1) Версия 1:

Представьте, что Vb1 = Vb1 и> Re, так что ток Ie делится на 2 поровну (при согласовании транзисторов) и Ie / 2 течет в каждом транзисторе.

Vc1 = Vc2, поскольку резисторы и токи равны.

Теперь немного увеличьте Vb1. Q1 потребляет на больше тока, скажем, через dIe.Но поскольку общий ток постоянен, Q2 должен уменьшить ток на dIe. Vc1 упадет на dIe x Rc1, а Vc2 вырастет на равную величину.

На практике внутреннее сопротивление эмиттера Q1 падает с увеличением тока (Re ~ = 26 / Ima), и этот эффект увеличивает коэффициент усиления Q1 по току, уменьшает коэффициент усиления Q2 и увеличивает разность напряжений, НО это не нужно принимать во внимание. аккаунт напрямую, чтобы понять работу (хотя следующий абзац тесно связан).

Если действие транзистора было линейным с Ie ~ + Ic, пропорциональным Vbe, то медленно увеличивающееся базовое напряжение на Q1 увеличивало бы Iq1 и уменьшало Iq2 линейно. Однако Ic экспоненциально возрастает с увеличением Vbe, не углубляясь в модели транзисторов, в которых говорится о стандартной модели.

Из Википедия — Биполярный переходной транзистор

По сути, это можно свести к утверждению, что Ic пропорционален Vbe (как указано выше) плюс константа, основанная на других «факторах», которые здесь не имеют отношения.(Одна из «констант» — это температура, которая имеет большое значение в реальном мире, но здесь ее можно игнорировать.)

Результатом этого является то, что при небольшом увеличении Vb1 по сравнению с Vb2, Ic1 изменяется экспоненциально, уменьшая ток, протекающий через Q2, и, таким образом, заставляет Vc1 допировать, а Vc2 повышаться.

Включите изменения типичных напряжений и токов в приведенное выше уравнение, и вы сможете построить график усиления и размаха напряжения.

Для значительного увеличения Vb1, скажем, на десятые доли вольта. Легко установить, что Q1 насыщается, поскольку Ib_Q1 x beta_q1> Ie.На этом этапе Q1 принимает на себя весь ток, Q1 постоянно включается, Q2 выключается, а Vc2 повышается до Vcc. Может быть получен удивительно эффективный компаратор.

Если Re / Ie не является источником тока, то увеличение Vb1 увеличивает I_Q1, поэтому V_RE возрастает из-за увеличения тока. Это уменьшает Vbe Q2, поскольку Vb2 является постоянным, а Ve выросло — поэтому текущая доля колеблется в сторону Q1, и Reinternal Q1 падает, а Reinternal Q2 возрастает (что является частью другого подхода к экспоненциальному соотношению VBe / Ic), и дифференциальное действие все еще происходит.

Можно (легко) сказать и больше, но этого достаточно для нового времени.

(2) Версия 2.

Q1 — эмиттерный повторитель.
RC1 не имеет особого значения, за исключением того, что помогает поддерживать соответствие характеристик транзистора.
Когда Vb1 = Vb2, то падение напряжения «вниз от Q1b до Q1e соответствует шагу вверх от Q2e до Q2b.
Поскольку Q1 является эмиттерным повторителем, он будет управлять Ve с Ve = Vb1 — Vbe1.
Увеличение Vb1 увеличивает Ve на ту же величину (если Vbea остается постоянным ( что является достаточно хорошим приближением для малых нарастаний Vb1)).
Ve уменьшение Vbe2 на ту же величину, поэтому уменьшает Ic2 по мере увеличения Ic1 из-за экспоненциального эффекта увеличения Ic1 на усиление. И …

Версия 3. Это еще один взгляд на версию 2 (а 1 2 3 в реальности, конечно, все одинаковы)

Q2 — усилитель с общей базой, база которого находится на уровне Vb2, а входное напряжение = Ve.
Изменения Ve, вызванные изменениями в работе эмиттерного повторителя Q1, усиливаются в режиме общей базы. (Фактически, это то же самое, что и режим обычного эмиттера, но вы стоите в другом месте, чтобы смотреть как бы).
Если немного поиграть с приведенным выше уравнением транзистора и подставить константу Больцмана (k выше), то получится поразительный для многих результат: усиление Q2 = 38,4 x (Vcc-Vc2)
, то есть усиление составляет 38,4 x падение на резисторе коллектора. Поскольку мы изменяем Ve, скажем, на 0,1 В, тогда, если начальное значение V_RC2 = скажем, 5 В постоянного тока, тогда Vc2 изменится на 38,4 x 5 В x изменение входа 0,1 В = 19,2 В.
ЕСЛИ напряжение питания 10 В, скажем, изменение 19 В не может произойти, и Q2 выключится, а Q1 полностью включится с изменением Vb1 намного меньше 0,1 В.

Этот результат в реальном мире настолько противоречит здравому смыслу и тому, что большинство людей думают, что они знают о транзисторах, что надевание костюмов пламени сейчас может быть хорошей идеей :-).

Работает:

Я хотел измерить скорость ротора велотренажера, который использовал трехфазный генератор переменного тока в качестве нагрузки — используя только формы колебаний генератора. Это сэкономило клиенту расходы на тростниковый датчик или датчик Холла, а также проводку и подключение. Небольшой, но стоящий, ЕСЛИ бы это можно было сделать очень дешево.Я использовал подключения к 2 фазным обмоткам. (Использование только одного оказалось нежизнеспособным). Я использовал 2 транзистора BC337 с 1M (AFAIR — около 14 лет назад) на каждую базу и, возможно, 1k в качестве Re и RC =? (1к, 10к?) Cct при необходимости можно откопать.
Я подавал до 200 В переменного тока от 2 фаз генератора переменного тока (двухфазный велотренажер) с резистивной нагрузкой ШИМ 20 кГц. Частоту генератора я забыл, но, вероятно, сотни Гц в зависимости от скорости вращения педалей пользователя. Достаточно сказать, что переменное напряжение и частота, переменная нагрузка, ШИМ 20 кГц, насыщение слоев при увеличении скорости, изменение формы сигнала синусоидальной на трапециевидную и многое другое сделали ввод «немного беспорядочным».Из этого с минимальной фильтрацией «длиннохвостая пара» извлекла прекрасно чистый сигнал, пропорциональный скорости вращения ротора. Транзисторы не были согласованы, а базы не имели резисторов для заземления — 2 x 1 МОм действовали как источники тока, а каждый транзистор, в свою очередь, получал меньше или больше привода.

Это был крайний случай, но схема пригодится в другом месте. Различные неидеальности, о которых я упоминал выше, обычно проявляются в основном как входное напряжение смещения — одна база будет иметь более высокое напряжение, чем другая, когда система «сбалансирована».Если это терпимо, а это часто бывает, результат может быть отличным.

Пара с длинным хвостом гораздо ближе к операционному усилителю, чем почти все остальное, что можно легко и дешево сделать без микросхем.
Почти волшебство :-).

«Гиперфизика» Работа транзистора

Как рассчитать ток коллектора транзистора

Помогите понять компаратор напряжения BJT

Чтобы понять схему, подумайте об источниках тока как о резисторах.Процессы, которые делают микросхемы, очень хороши в создании источников тока внутри них (даже лучше, чем они делают резисторы), и использование источников тока, а не резисторов, уменьшит требуемый запас между входными напряжениями и V +, но для целей понимания резисторов будет работать нормально. Точные значения не имеют особого значения. Также обратите внимание, что для целей следующего обсуждения транзисторы будут рассматриваться как имеющие падение база-эмиттер ровно 0,7 В. На самом деле, Vbe может быть разным, хотя на одном и том же чипе в одинаковых условиях поведение должно быть одинаковым.

Каждый из транзисторов PNP будет пытаться втянуть ток в свой эмиттер, посылая около 2% из базы и 98% из коллектора, чтобы подтянуть эмиттер и коллектор к напряжениям, различающимся 0,7 В. Для Q1 и Q4 это приведет к тому, что эмиттеры будут на 0,7 В выше входов; около 2% тока, который должны потреблять эмиттеры, будут уходить на входы, а остальное будет заземлено.

Предположим, что на входе + 1,0 вольт, а на входе — 1,1 вольт.Тогда база Q2 должна быть около 1,7 вольт, а база Q3 — 1,8 вольт. Q2 потребляет достаточный ток через свой эмиттер, чтобы снизить его примерно до 2,4 В (на 0,7 В выше его базы). Поскольку между эмиттером и базой Q3 будет только 0,6 В, ему не придется ничего протягивать через эмиттер.

Таким образом, почти весь ток, подаваемый расположенным вверху источником тока 100 мкА, пойдет на эмиттер левого транзистора, и около 98% этого тока пройдет на его коллектор.Цепь Q5 / Q6 называется токовым зеркалом; Q5 поглотит весь ток, который он предлагает, а Q6 захочет поглотить либо столько тока, сколько течет в Q5, либо столько тока, сколько необходимо для заземления его коллектора. В этом случае Q3 почти ничего не будет проходить, поэтому Q6 потянет свой коллектор на землю. На базе Q7 ничего не будет, так что его коллекционер ничего не сожрет. Таким образом, будет доступно около 100 мкА для подачи на основание Q8, включая его.

Предположим, что входные напряжения были переключены.Тогда у Q2 не будет ничего между эмиттером и базой, а у Q3 будет 0,7 вольта. В этом сценарии ток не течет в левую часть цепи токового зеркала, поэтому правая сторона не желает ничего поглощать. Таким образом, большая часть 100 мкА из верхнего центра течет в основание Q7. Это включает его и заставляет поглощать ток от правого источника, не оставляя ничего для Q8.

Компараторы

Компаратор — это устройство, которое используется для определения, когда произвольно изменяющийся сигнал достигает некоторого порогового или опорного уровня.Компараторы находят применение во многих электронных системах: например, они могут использоваться для определения того, когда линейное нарастание достигает определенного уровня напряжения, или для индикации того, имеет ли импульс амплитуда больше определенного значения. При условии, что предусмотрено подходящее ограничение выхода, выходы компаратора могут использоваться для управления логическими схемами.

Триггер Шмитта — важная схема переключения, которая широко используется в цифровых системах. Его стабильное состояние определяется амплитудой входного напряжения.Для данной схемы два конечных значения входных напряжений, называемые верхней точкой срабатывания (UTP) и нижней точкой срабатывания (LTP), заставляют схему переключаться из одного стабильного состояния в другое. Таким образом, схема может использоваться для различения двух уровней постоянного напряжения: в этом качестве она известна как компаратор.

Диодный компаратор

Нелинейные схемы для выполнения операции ограничения также могут использоваться для выполнения операции сравнения. Основное различие между ними заключается в том, что в компараторе нет никакого интереса в воспроизведении какой-либо части формы сигнала.Например, выход компаратора может состоять из резкого отклонения от уровня покоя источника, которое происходит в то время, когда сигнал достигает опорного уровня, но в остальном не зависит от сигнала. Или выход компаратора может быть резким импульсом, который возникает, когда сигнал и задание равны.

Если мы предположим, что на вход подается линейный сигнал, как показано на рисунке 1 (a), выход, рисунок 1 (b) является постоянным V _R вольт, пока сигнал линейного изменения не уменьшится до значения, равного V _R вольт, пока сигнал линейного изменения уменьшает значение, равное V _R вольт, после чего диод проводит ток, и входной сигнал появляется на выходе.

Рисунок 1: Компараторы

В схеме важен ограничитель, чтобы часть формы волны, проходящей через диод, не искажалась. Точное время t ₁, когда диод начал проводить, имело второстепенное значение. Теперь эта схема будет рассматриваться как компаратор напряжения (поскольку она сравнивает изменяющееся напряжение сигнала с опорным напряжением и, следовательно, с названием компаратора напряжения), и основное внимание уделяется времени, в которое напряжение входного сигнала достигает опорного уровня V _R.Форма выходного сигнала имеет второстепенное значение. Диод, используемый для этой цели, называется токоизмерительным диодом. Аналогичным образом, при увеличении линейного изменения на входе схема на Рисунке 1 (c) будет продолжать работать как компаратор. Его ответ будет таким же, как показано на рисунке 2 (b). Тогда диод этой схемы называется отключающим диодом. Две другие схемы, показанные на Рисунке 1 (a) и (b), будут действовать как компараторы с уменьшающейся рампой. Их ответ показан на Рисунке 2 (c) и (d).

Рисунок 2

Транзисторный компаратор

Базовая схема дифференциального усилителя с биполярным транзистором, показанная на рисунке 3, действует как схема компаратора напряжения, где V _o (t) — входной сигнал, который нужно сравнивать с опорным напряжением V. Для получения хороших результатов необходимо, чтобы транзисторы Q ₁ и Q ₂, а также резисторы RC ₁ и RC ₂ хорошо согласованы. Схема будет предлагать отличный CMRR (определяемый как отношение изменения входного синфазного напряжения и эквивалентного дифференциального входного напряжения), высокий коэффициент усиления по напряжению и оптимальную стабильность выходного сигнала в зависимости от устройства, когда (i) R _E велико (> r _{). e} из Q ₁, Q ₂) и (ii) выходы взяты дифференцированно.Первое требование обычно выполняется за счет использования источника постоянного тока (I _E) на общем пути эмиттера Q ₁ и Q ₂.

Рисунок 3: Компаратор, использующий дифференциальный усилитель

Компараторы напряжения, соответствующие подходу дифференциального усилителя, могут быть легко сконструированы для обеспечения CMRR 40-60 дБ. Это помогает увеличить диапазон, в котором два входных напряжения равны.

Компаратор напряжения IC

Цепи типа

компаратора используются там, где требуется определить, равно ли неизвестное аналоговое напряжение известному опорному напряжению или превышает его.Кроме того, сравнение может использоваться для преобразования синусоидальной волны и импульсов запуска в прямоугольные волны и тем самым служит для генератора импульсов.

В компараторе используется операционный усилитель, выход которого может быть возвращен на неинвертирующий (положительный) вход, чтобы обеспечить «мгновенное действие» при переключении выхода. Когда на операционный усилитель подается опорное напряжение на одном входе и напряжение запуска или сравнения на другом входе, выход усилителя будет находиться в состоянии отсечки или насыщения.Если на усилитель подается напряжение ± 15 В (Vcc), на выходе будет либо плюс, либо минус 15 В, в зависимости от полярности напряжения триггера по сравнению с опорным напряжением.

На рисунке 4 показан инвертирующий компаратор напряжения. На неинвертирующий вход подается опорное напряжение, а на инвертирующий вход подается сигнальное напряжение, которое сравнивается с опорным. Поскольку вход подключен к инвертирующей клемме, напряжение сигнала приведет к выходному импульсу противоположной полярности.Входное напряжение должно быть больше опорного напряжения, прежде чем компаратор изменит свое состояние. Верхнего положительного предела не существует, пока входной резистор ограничивает ток до 200 мкА или менее (в зависимости от параметров используемого операционного усилителя).

Рисунок 4: Генератор инвертирующих импульсов с использованием компаратора IC

Выход усилителя может быть настроен на быстрое изменение состояния (мгновенное действие), если имеется положительная обратная связь, как на рисунке 5. Вход усилителя на инвертирующем выводе и, следовательно, компаратор инвертирующего типа.Кроме того, здесь цепь обратной связи обеспечивает опорное напряжение. Опорное напряжение, развиваемое на R ₂, определяется следующим образом:

V _ref = (R ₂ / (R ₁ + R ₂)) V _из

, где V _out может быть положительным или отрицательным. Полярность входного сигнала, необходимая для переключения, зависит от состояния покоя выхода.

Рисунок 5: Генератор импульсов инвертирующего компаратора напряжения с обратной связью

LEAP # 412

Исследование и тестирование конструкции компаратора с дискретными компонентами.

Банкноты

Компараторы используются для сравнения двух напряжений с двоичным выходом (высоким или низким).

В наши дни операционные усилители часто используются в качестве компараторов общего назначения. Существуют также специализированные микросхемы компараторов, такие как LM311. (из семейства LM111 — одного из первых семейств компараторных микросхем). ИС компаратора обычно предназначены для более требовательных приложений и могут включать:

Комплексные ссылки
Высокоскоростной (быстрая задержка распространения, время нарастания и спада)
Маломощный

Внутренние устройства ИС компаратора относительно сложны; Большая часть сложности связана с температурной стабильностью и регулировкой баланса.Однако в их основе основная концепция компаратора — это дифференциальный усилитель, но с выходом, который может переключаться между двумя состояниями.

Для этого проекта я возвращаюсь к основам и пытаюсь реализовать компаратор на дискретных транзисторах.

Вдохновение для дизайна

Было на удивление трудно найти примеры схем компаратора BJT. Кажется, что область очень быстро перешла к микросхемам операционных усилителей и компараторов.

Самыми полезными ссылками, которые я нашел, были:

Электронные принципы, которая представляет упрощенную схему компаратора IC в разделе 22-13, p853
Искусство электроники 2.22 Регулятор температуры, p105 — схема, которая включает в себя компаратор BJT в цепи управления

Дизайн

Q1-4 содержат дифференциальный усилитель с токовым зеркалом для обеспечения активной нагрузки. Q5, Q6 токовое зеркало ограничивает эмиттерный ток дифференциальной пары.

В демонстрационном режиме (который можно отключить с помощью перемычек) R1 и R2 — потенциометры 100 кОм. которые эффективно создают мост Уитстона для сравнения напряжений на дворниках.

Выход отводится на коллекторе Q4. В некоторых схемах компаратора это может просто управлять базой выходного каскада NPN с открытым коллектором — однако это обычно будет иметь линейную область, а не четкое включение / выключение.

В этой конструкции я задействовал коллектор Q4 для управления PNP (Q7) на стороне высокого давления, в свою очередь, переключая выходной каскад NPN (Q8), который представляет собой выходной каскад с открытым коллектором. Светодиод и токоограничивающий резистор являются «нагрузкой», обеспечивая визуальный индикатор переключения.

Сначала я собрал это и тестировал на макете ..

Конструкция Protoboard

Это хорошая демонстрационная схема, поэтому я сделал ее более постоянной на прототипе. С установленными перемычками потенциометры 100 кОм устанавливают входное и опорное напряжение для компаратора.

Разъемы контактов обеспечивают прорыв:

Vi — для измерения входного напряжения или подачи входного напряжения, если перемычка Vi снята
Vr — для измерения опорного напряжения или подачи опорного напряжения, если перемычка Vr снята
Vo — выход компаратора
Питание и заземление

Тестирование

Вот график осциллографа, который фиксирует некоторые ручные манипуляции с электродами входного и опорного напряжения.

Ch2 (Желтый) — входное напряжение Vi
Ch3 (Синий) — опорное напряжение Vr
Ch4 (Red) — выходное напряжение компаратора Vo

Источники и ссылки

Принцип работы схемы компаратора операционного усилителя

и его применение

Обычно в электронике компаратор используется для сравнения двух напряжений или токов, подаваемых на два входа компаратора. Это означает, что он берет два входных напряжения, затем сравнивает их и выдает дифференциальное выходное напряжение высокого или низкого уровня.Компаратор используется для определения момента, когда произвольно изменяющийся входной сигнал достигает опорного уровня или определенного порогового уровня. Компаратор может быть разработан с использованием различных компонентов, таких как диоды, транзисторы, операционные усилители. Компараторы используются во многих электронных приложениях для управления логическими схемами.

Comparator Symbol

Операционный усилитель в качестве компаратора

Если мы внимательно посмотрим на символ компаратора, мы узнаем его как символ операционного усилителя (операционного усилителя), так что то, что отличает этот компаратор от операционного усилителя; Операционный усилитель предназначен для приема аналоговых сигналов и вывода аналогового сигнала, тогда как компаратор выдает только выходной сигнал в виде цифрового сигнала; хотя в качестве компараторов можно использовать обычный операционный усилитель (операционные усилители, такие как LM324, LM358 и LM741, не могут использоваться непосредственно в схемах компаратора напряжения.

Операционные усилители

часто могут использоваться в качестве компараторов напряжения, если к выходу усилителя добавлен диод или транзистор), но реальный компаратор разработан так, чтобы иметь более быстрое время переключения по сравнению с многоцелевыми операционными усилителями. Таким образом, можно сказать, что компаратор — это модифицированная версия операционных усилителей, специально разработанная для работы с цифровым выходом.

Сравнение выходной схемы операционного усилителя и компаратора

Основная рабочая схема компаратора

Схема компаратора работает, просто принимая два аналоговых входных сигнала, сравнивая их и затем вырабатывая логический выход с высоким «1» или низким «0».

Схема неинвертирующего компаратора

При подаче аналогового сигнала на вход + компаратора, называемый «неинвертирующим», и — вход, называемый «инвертирующим», схема компаратора будет сравнивать эти два аналоговых сигнала, если аналоговый вход на неинвертирующем входе больше, чем аналоговый вход при инвертировании, тогда выход будет качаться до высокого логического уровня, и это включит транзистор с открытым коллектором Q8 на эквивалентной схеме LM339 выше. Когда аналоговый вход на неинвертирующем входе меньше аналогового входа на инвертирующем входе, тогда на выходе компаратора будет низкий логический уровень.

Это выключит транзистор Q8. Как мы видели на изображении эквивалентной схемы LM339 выше, LM339 использует на выходе транзистор с открытым коллектором Q8, поэтому мы должны использовать «подтягивающий» резистор, который подключен к выводу коллектора Q8 с помощью Vcc, чтобы заставить этот транзистор Q8 работать. Согласно таблице данных LM339, максимальный ток, который может протекать через этот транзистор Q8 (выходной ток стока), составляет около 18 мА. V- можно рассчитать следующим образом.

V- = R2.Vcc / (R1 + R2)

Неинвертирующий вход компаратора подключен к потенциометру 10 K, который также формирует схему делителя напряжения, где мы можем регулировать начало напряжения V + с Vcc до 0 вольт. Во-первых, когда V + равно Vcc, выход компаратора перейдет в высокий логический уровень (Vout = Vcc), потому что V + больше, чем V-.

Это выключит транзистор Q8 и погаснет светодиод. Когда напряжение V + падает ниже V- вольт, выход компаратора переходит в низкий логический уровень (Vout = GND), что включает транзистор Q8 и загорается светодиод.

Путем замены аналогового входа; делитель напряжения R1 и R2, подключенный к неинвертирующему входу (V +), и потенциометр, подключенный к инвертирующему входу (V-), мы получим противоположный выходной результат.

Схема инвертирующего компаратора

Опять же, используя принцип делителя напряжения, напряжение на неинвертирующем входе (V +) составляет около V- вольт, поэтому, если мы начинаем инвертирующее входное напряжение (V-) с Vcc вольт, V + будет ниже. чем V-, транзистор Q8 будет включен, а выход компаратора перейдет в низкий логический уровень.Когда мы регулируем V- ниже V +. Когда транзистор Q8 выключен, выход компаратора перейдет в высокий логический уровень, потому что теперь V + больше, чем V-, и светодиод погаснет.

Применение компаратора в схемах практической электроники

Система мониторинга влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием Arduino

Система мониторинга влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием проекта Arduino предназначена для разработки системы автоматического полива, которая может управлять переключением (включение / выключение) двигателя насоса в зависимости от влажности почвы.

Система контроля влажности

Датчик влажности определяет влажность почвы, и соответствующий сигнал подается на плату Arduino. Компаратор сравнивает сигналы уровня влажности с заранее заданным опорным сигналом. Затем он отправит сигнал на микроконтроллер. На основе сигнала, полученного от датчика, и сигнала компаратора, будет работать водяной насос. ЖК-дисплей используется для отображения состояния влажности почвы и водяного насоса.

Цепь датчика сердцебиения

Системная реализация микросхемы пульсометра

Датчик сердцебиения HRM-2511E имеет 4 операционных усилителя.Четвертый операционный усилитель используется как компаратор напряжения. Аналоговый сигнал PPG подается на положительный вход, а отрицательный вход привязан к опорному напряжению (VR). Величину VR можно установить в пределах от 0 до Vcc с помощью потенциометра P2 (показано выше). Каждый раз, когда импульсная волна PPG превышает пороговое напряжение VR, выходной сигнал компаратора становится высоким. Таким образом, это устройство обеспечивает выходной цифровой импульс, который синхронизируется с тактом. Ширина импульса также определяется пороговым напряжением VR.

Цепь дымовой сигнализации

Схема дымовой сигнализации

Фотодиоды излучают свет, который определяется фототранзисторами Q1 и Q2. Верхняя область герметична, поэтому рабочая точка транзистора Q1 не меняется. Эта рабочая точка используется в качестве эталона для компаратора. Когда дым попадает в нижнюю область, рабочая точка фототранзистора Q2 изменяется, что приводит к изменению напряжения Vin от базового (без дыма) значения Vin (no_smoke). -Транзистор уменьшается из-за попадания дыма в область, ток базы уменьшается, а напряжение Vin увеличивается от базового (без дыма) значения Vin (no_smoke).Когда напряжение Vin пересекает Vref, выход компаратора переключается с VL на VH, вызывая аварийный сигнал.

Я надеюсь, что, прочитав эту статью, вы получили некоторые основы работы с компаратором. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о проектах в области электроники и электротехники за последний год, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос: знаете ли вы какие-либо приложения для встроенных систем, в которых операционный усилитель используется в качестве схемы компаратора?

Лаборатория III: Компаратор напряжения и драйверы реле с использованием BJT

Этот эксперимент преследует следующие цели:

Ознакомиться с использованием операционного усилителя в качестве компаратора напряжения.
Ознакомьтесь с расчетами схем BJT-транзисторов.
Получите опыт в интерпретации таблицы данных производителя.
Узнайте, как проверить транзистор BJT с помощью мультиметра.
Узнайте, как построить компаратор операционных усилителей на плате.
Узнайте, как построить драйверы реле NPN и PNP на монтажной плате.

Практическое занятие № 1: Простой компаратор операционных усилителей

Приобретите интегральную схему операционного усилителя и изучите ее техническое описание.

Каталожный номер полученной ИС: LM358P

Максимальное напряжение источника питания

— Однополярное питание: 3 В. К 32В.

— Раздельные источники питания: ± 1,5 В. К 16В.

Дифференциальное входное напряжение: 32 В.

Ток источника питания: 1 мА.

Выходной ток источника: -30 мА.

Выходной ток потребления: 20 мА.

Выходной ток короткого замыкания: ± 40 мА.

Укажите номер соединения выводов ИС операционного усилителя на условном обозначении для использования в качестве компаратора напряжения.
Определите стоимость вертела.
+ V _с = 6,01 В.
-V _с = 6,01 В.
Выберите стандартные значения резисторов R ₁ и R ₂, чтобы обеспечить ток, протекающий через каждый светодиод, около 10- 15 мА.
Стандартный резистор R ₁ = 820 ± 5%
Стандартный резистор R ₂ = 820 ± 5%
Постройте схему, показанную на Рисунке 1, на монтажной плате.Подайте на цепь напряжение питания.
Используйте вольтметр для измерения уровней входного напряжения (V ₁ и V ₂), а также уровня выходного напряжения (V _из).
Используя таблицу 1, отрегулируйте положение стеклоочистителя для каждого потенциометра, чтобы установить заданные уровни входного напряжения и заполнить соответствующие выходные уровни.
Для каждой настройки входа запишите выходное напряжение компаратора и укажите уровень логического выхода с помощью «1», если выход близок к положительному напряжению питания (+ V _s), и с «0», если выход близок к отрицательное напряжение питания (-В _с).Кроме того, наблюдайте за логическим состоянием выхода по светодиодному индикатору состояния, т.е. логика выхода — «0» или «1», если светодиод «D ₁» или «D ₂» включен. , соответственно.

Таблица 1

V1 на неинвертирующей (+) клемме	-VS / 2	0 В.	+ Вс / 2	-VS / 2	0 В.	+ Вс / 2
V2 на инвертирующей (-) клемме	-VS / 4	-VS / 4	-VS / 4	+ Вс / 4	+ Вс / 4	+ Вс / 4
Измеренное значение Vout	-5.08 В.	4.65 В.	4.65 В.	-5,07 В.	-5,07 В.	4.65 В.
Логический выход (0 или 1) путем определения значения Vout	0	1	1	0	0	1
Какой светодиод горит? (D1 или D2)	D1	D2	D2	D1	D1	D2
Логический выход (0 или 1) путем определения состояния светодиодного индикатора	0	1	1	0	0	1

Когда V ₁ больше, чем V ₂, результат будет положительным, тогда загорится D ₂ (зеленый свет).Но когда V ₂ больше, чем V ₁, результат будет отрицательным, тогда загорится D ₁ (красный свет).

Практическое задание № 2 : Драйвер реле с использованием транзистора NPN

Получите реле и найдите его техническое описание.

Каталожный номер полученного реле: HRS4-S-DC5V

Номинальное напряжение катушки: 5 В.

Сопротивление катушки: 55 Ом

Рабочее напряжение: 3,5 В.

С помощью омметра измерьте сопротивление катушки и запишите результат.
R Катушка _{(измеренная)} = 57 Ом
Рассчитайте минимальный ток, необходимый для подачи питания на катушку реле. (Минимальный рабочий ток)
I _{катушка (мин.)} = 61,4 мА.
Рассчитайте значение тока, протекающего через катушку, для условий номинального напряжения. (Номинальный рабочий ток)
I Катушка _{(номинальная)} = 87.7 мА.
Определите ток коллектора BJT (I _c), который находится между катушкой I _(мин.) и катушкой I _{(номинал)}
_{Icoil (задано)} = 70 мА.

Приобретите транзистор NPN и найдите его техническое описание.

Каталожный номер полученного NPN транзистора: TCD 9013

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер: 30 В.

Максимальный ток коллектора: 500 мА.

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер: 0,1 В.

Напряжение насыщения база-эмиттер: 1,2 В.

Напряжение включения база-эмиттер: 0,8 В.

Коэффициент усиления постоянного тока / коэффициент передачи тока (β) Мин .: 64
Тип .: 155
Макс .: 246

Как определить выводы (коллектор, база и эмиттер) и сравнить с таблицей данных.
Используя функцию «Встроенное бета-тестирование» мультиметра, измерьте бета (усиление постоянного тока) транзистора.
β _{(измерено)} = 172
Используя функцию «Проверка диодов» мультиметра, измерьте «напряжение включения база-эмиттер» транзистора.
В _{BE (измерено)} = 0,675 В.
Оцените значение напряжения источника питания (+ V _s) по уравнению

Округлите результат до доступного значения источника питания.V _{S (задано)} = 5 В.
Рассчитайте значение тока базы BJT (I _B) по формуле.

I
_{B (кал.)}
= 0,407 мА.
Определите значение управляющего напряжения (V _control) на базовом выводе BJT схемы на Рисунке 2, чтобы оно равнялось напряжению питания (+ V _s).
V _control = 5 V.
Рассчитайте номинал резистора R _B
R
_{B (cal)}
= 10,319.41
Ом
Округлите результат до ближайшего стандартного значения, R _{B (задано)} = 10 000 Ом
Рассчитайте ожидаемые значения тока I _B и I _C BJT.
I _{B (ожидается)} = 0,42 мА.
I _{C (ожидается)} = 72,24 мА.
Значение I _{C (ожидаемое)} находится между катушкой I _(мин.) и катушкой I _{(номинальное значение)}

Получите диод и найдите его техническое описание.

Каталожный номер полученного диода: 1N4148

Макс. Длительное обратное напряжение = 75 В.

Максимальный непрерывный прямой ток = 200 мА.

Определите ожидаемый ток катушки, когда реле включено. Это ток катушки, который будет проходить через защитный диод при выключении реле.
I _{катушка} = 87,7 мА.
Максимальное постоянное обратное напряжение больше номинального напряжения катушки в 15 раз.
Максимальный непрерывный прямой ток примерно в 3 раза больше, чем ток катушки.
Выбрать номинал резистора R _LED = 322.2 Ом
Постройте цепь, показанную на Рисунке 21, на монтажной плате. Подайте на цепь напряжение питания (+ V _s).
Подайте напряжение V _control, установив данное значение в таблице 2, затем запишите результат в таблицу 2

Таблица 2

Значение V _control

Измеряется

Напряжение катушки

Измеряется

Напряжение В _CE

Отображение состояния светодиода D ₂

(Вкл. Или Выкл.)

В _{управление
=} + против

3.78 В.

0,66 В.

НА

В _{управление
= 0 В.}

0 В.

4,99 В.

ВЫКЛ.

Практическое задание № 3 : Драйвер реле с использованием транзистора PNP

Получите реле и ознакомьтесь с его таблицей данных.

Номер детали полученного реле: HRS4-S-DC5V

Номинальное напряжение катушки: 5 В.

Сопротивление катушки: 55 Ом

Рабочее напряжение: 3,5 В.

С помощью омметра измерьте сопротивление катушки и запишите результат.
R Катушка _{(измеренная)} = 57 Ом

Рассчитайте минимальный ток, необходимый для подачи питания на катушку реле. (Минимальный рабочий ток)
I _{катушка (мин)} = 61.2 мА.

Рассчитайте значение тока, протекающего через катушку, для условий номинального напряжения. (Номинальный рабочий ток)
I Катушка _{(номинальная)} = 87,4 мА.

Определите ток коллектора BJT (I _c), который находится между катушкой I _(мин.) и катушкой I _{(номинал)}
_{Icoil (задано)} = 74,3 мА.

Приобретите транзистор PNP и найдите его техническое описание.

Каталожный номер полученного NPN-транзистора: TCD 9012

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер: -30 В.

Максимальный ток коллектора: -500 мА.

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер: -0,1 В.

Напряжение насыщения база-эмиттер: -1,2 В.

Напряжение включения база-эмиттер: -0,8 В.

Коэффициент усиления постоянного тока / коэффициент передачи тока (β) Мин .: 64
Тип: 155
Макс .: 246

Как определить выводы (коллектор, база и эмиттер) и сравнить с таблицей данных.

Используя функцию «Встроенное бета-тестирование» мультиметра, измерьте бета (усиление постоянного тока) транзистора.
β _{(измерено)} = 220

Используя функцию «Проверка диодов» мультиметра, измерьте «напряжение включения база-эмиттер» транзистора.
В _{BE (измерено)} = 0,692 В.

Оцените значение напряжения источника питания (+ V _s) по уравнению

Округлите результат до доступного значения источника питания.V _{S (задано)} = 5 В.

Рассчитайте значение тока базы BJT (I _B) по формуле.

_{B (кал.)}

= 0,34 мА.

Определите значение управляющего напряжения (V _control) на базовом выводе BJT схемы на Рисунке 2, чтобы оно равнялось напряжению питания (+ V _s).
V _control = 5 V.

Рассчитайте номинал резистора R _B

_{B (cal)}

= 10,319.41

Ом
Округлите результат до ближайшего стандартного значения, R _{B (задано)} = 12000 Ом

Рассчитайте ожидаемые значения тока I _B и I _C BJT.
I _{B (ожидается)} = 0,35 мА.
I _{C (ожидается)} = 77 мА.
Значение I _{C (ожидаемое)} находится между катушкой I _(мин.) и катушкой I _{(номинальное значение)}

Получите диод и найдите его техническое описание.

Каталожный номер полученного диода: 2N4148

Макс. Длительное обратное напряжение = 150 В.

Максимальный непрерывный прямой ток = 0,25 А.

Определите ожидаемый ток катушки при включенном реле. Это ток катушки, который будет проходить через защитный диод при выключении реле.
I _{катушка} = 87,7 мА.
Максимальное постоянное обратное напряжение больше номинального напряжения катушки в 15 раз.
Максимальный непрерывный прямой ток примерно в 3 раза больше, чем ток катушки.

Выберите стандартное значение резистора R _LED = 350 Ом

Постройте схему, показанную на Рисунке 3, на монтажной плате.Подайте на цепь напряжение питания (+ V _s).
Подайте напряжение V _control, установив данное значение в таблице 3, затем запишите результат в таблицу 2

Таблица 3

Значение V _control

Измеряется

Напряжение катушки

Измеряется

Напряжение В _EC

Отображение состояния светодиода D ₂

(Вкл. Или Выкл.)

В _{управление
=} + против

0 В.

4,99 В.

ВЫКЛ.

В _{управление
= 0 В.}

3.63 В.

0,74 В.

НА

Из таблицы 2 светодиод загорится, когда V _control = + Vs, но в таблице 3 светодиод загорится, когда V _control = 0 В. Они работают в обратном порядке.

Что такое компаратор в электронике?

Введение

В электронике компаратор — это электронная схема, которая сравнивает два напряжения (или тока) и выводит цифровой сигнал, указывающий, какое из них больше.Сравнение двух или более данных для определения размера числа и порядка расположения между ними. Кроме того, это схема, которая сравнивает аналоговый сигнал напряжения с опорным напряжением. Два входа компаратора представляют собой аналоговые сигналы, а выход — двоичный сигнал 0 или 1, а выход — в идеале. Когда разница входного напряжения изменяется, а положительный и отрицательный знак остается постоянным, выходное напряжение остается неизменным. Компараторы играют важную роль в разработке электрических и электронных проектов.

Что такое компаратор?

Каталог

Ⅰ Принцип работы

Обычно в электронике компаратор используется для сравнения двух напряжений или токов, подаваемых на два входа компаратора. Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне; VDD на иллюстрации), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше. Теоретически операционный усилитель можно использовать в качестве компаратора без отрицательной обратной связи.Однако коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя очень высок, поэтому он может обрабатывать сигналы только с очень малым входным дифференциальным напряжением. Более того, как правило, время задержки операционного усилителя велико, что не может соответствовать реальным требованиям. Компаратор можно настроить для обеспечения очень малой задержки по времени, но его частотные характеристики будут ограничены. Чтобы избежать колебаний на выходе, многие компараторы также имеют внутренние цепи гистерезиса. Порог компаратора фиксированный, у некоторых есть только один порог, а у некоторых — два порога.

Символ компаратора

Ⅱ Основные параметры

2.1 Напряжение гистерезиса

Напряжение между двумя входными клеммами компаратора изменит выходное состояние, когда оно пересечет нулевое значение. Поскольку на входной вывод часто накладывается небольшое колебание напряжения, генерируемое им напряжение в дифференциальном режиме будет вызывать частые изменения на выходе компаратора. Чтобы избежать колебаний на выходе, новый компаратор обычно имеет напряжение гистерезиса в несколько мВ.Для его существования требуются две точки переключения компаратора: одна используется для определения повышения напряжения, другая — для обнаружения падения напряжения. Разница порога напряжения (VTRIP) равна гистерезису напряжения (VHYST). Напряжение смещения гистерезисного компаратора является средним значением TRIP и VTRIP-. Точка переключения входного напряжения компаратора без гистерезиса — это входное напряжение смещения, а не ноль идеального компаратора. Кроме того, напряжение смещения обычно зависит от температуры и напряжения источника питания.Коэффициент отклонения источника питания обычно используется для выражения влияния изменений напряжения источника питания на напряжение смещения.

2.2 Ток смещения

Входное сопротивление идеального компаратора бесконечно. Следовательно, теоретически это не влияет на входной сигнал. Однако фактическое входное сопротивление компаратора не может быть бесконечным. На входном конце есть ток, который проходит через внутреннее сопротивление источника сигнала и течет в компаратор, тем самым создавая дополнительную разницу напряжений.Ток смещения (Ibias) определяется как среднее значение входных токов двух компараторов и используется для измерения влияния входного импеданса.

2.3 Super Power Swing

Для дальнейшей оптимизации диапазона рабочего напряжения компаратора Maxim использует параллельную структуру трубки NPN и трубки PNP в качестве входного каскада компаратора. Таким образом, входное напряжение компаратора может быть увеличено. В этом случае нижний предел может быть ниже самого низкого уровня, а верхний предел на 250 мВ выше, чем напряжение источника питания, чтобы достичь стандарта Beyond-the-Rail.Вход этого компаратора допускает большее синфазное напряжение.

2.4 Напряжение сток-исток

Компаратор имеет только два различных состояния выхода (нулевой уровень или напряжение источника питания). Его выходной каскад компаратора с характеристиками полного размаха мощности представляет собой эмиттерный повторитель, который уменьшает разницу напряжений между входными и выходными сигналами. Разность напряжений зависит от напряжения эмиттерного перехода в состоянии насыщения внутреннего транзистора компаратора, которое равно напряжению сток-исток МОП-транзистора.

2.5 Время задержки выхода

Включает задержку передачи сигнала через компоненты, а также время нарастания и время спада сигнала. Для высокоскоростных компараторов, таких как MAX961, типичное значение времени задержки может достигать 4,5 нс, а время нарастания — 2,3 нс. Обратите внимание на влияние различных факторов на время задержки при проектировании, включая влияние температуры, емкостной нагрузки, перегрузки по входу и так далее.
Хотя компаратор бывает разных типов.Дизайн и конструкция каждого из них должны соответствовать обычным условиям использования, не влияя на точность измерений. Инструмент должен быть очень чувствительным и выдерживать разумное неправильное использование без непоправимого вреда.

Ⅲ Классификация компараторов

Компараторы подразделяются на различные типы, такие как электронные, электрические, механические, оптические, сигма, цифровые и пневматические компараторы. Они используются в различных приложениях. Речь идет об электронном компараторе.

3.1 Компаратор напряжения

Компаратор напряжения — это схема, которая распознает и сравнивает входные сигналы, и является основным блоком, который формирует схему генерации несинусоидальных волн. Обычно используются компараторы напряжения, включая компараторы с одним пределом, гистерезисные компараторы, оконные компараторы и компараторы напряжения с тремя состояниями. Компаратор напряжения может использоваться в качестве интерфейса между аналоговыми и цифровыми схемами, а также схемами генерации и преобразования сигналов.

3.2 Оконный компаратор

Объедините два компаратора, чтобы сформировать «оконный компаратор», который широко используется. Оконный компаратор может одновременно устанавливать верхнее предельное напряжение и нижнее предельное напряжение на входе, в пределах ограниченного диапазона напряжений или вне диапазона, который нам нужен. Когда потенциальный уровень сигнала высокого уровня выше определенного заданного значения VH, это эквивалентно выходу положительного насыщения схемы компаратора. Когда потенциальный уровень сигнала низкого уровня ниже определенного заданного значения VL, это эквивалентно выходному сигналу отрицательного насыщения схемы компаратора.Компаратор имеет два порога, а характеристика передачи имеет форму окна, поэтому он называется оконным компаратором.

3.3 Компаратор гистерезиса

Это компаратор с характеристиками передачи петли гистерезиса, который можно понимать как однопредельный компаратор с положительной обратной связью. Когда входное напряжение vI постепенно увеличивается от нуля и VI меньше VT, выход компаратора представляет собой положительное напряжение насыщения, а VT называется верхним пороговым (триггером) уровнем.Когда входное напряжение VI> VT, выход компаратора представляет собой отрицательное напряжение насыщения, а VT называется нижним пороговым (триггерным) уровнем.

Ⅳ ИС компаратора

Распространенными микросхемами являются LM324, LM358, uA741, TL081 \ 2 \ 3 \ 4, OP07, OP27, которые все могут быть преобразованы в компараторы напряжения (без отрицательной обратной связи). LM339 и LM393 — профессиональные компараторы напряжения с высокой скоростью переключения и малым временем задержки, которые можно использовать в особых случаях сравнения напряжений.

Ⅴ Как выбрать компаратор?

Принцип работы компаратора прост и понятен.Он имеет положительный вывод и отрицательный вывод. Когда напряжение на положительном выводе высокое, на выходе подается сигнал. При использовании выхода с открытым коллектором выходной вывод компаратора является коллектором транзистора или стоком полевого транзистора. При использовании двухтактного выхода компаратор имеет дополнительный каскад NPN / PNP, как в операционном усилителе. Выход с открытым коллектором используется, когда нагрузка и компаратор используют разные источники питания. По такой схеме можно реализовать соленоид на 12В, хотя компаратор может работать только на 3.3В. Другая функция выхода с открытым коллектором — минимизировать ток покоя, когда выход выключен. Среди них ток базы не протекает в выходном транзисторе N-типа, а некоторый ток базы всегда протекает через один из двух выходных транзисторов.
Однако выход с открытым коллектором также имеет некоторые недостатки. Например, им требуются внешние подтягивающие резисторы. Эти резисторы должны выполнять задачу подтягивания в течение периода высокого импеданса, чтобы, когда выходное значение ниже, чем отключаемое, компаратор мог переключаться быстрее, а подтягивающий резистор повышал уровень выходного сигнала.Поэтому, когда вам нужен симметричный сигнал, не рекомендуется использовать выход с открытым коллектором, например схему восстановления тактовой частоты. Если ваша схема не требует преобразования уровня, вы должны выбрать двухтактный выход, такой как ALD2321APC, он может обеспечить выходную мощность привода 24 мА, ток покоя составляет 90 мкА.

Высокоскоростной компаратор может также иметь выход с фиксацией, так что выход может поддерживаться в известном состоянии, чтобы соответствовать требованиям настройки и времени удержания цифрового входа за ним.Как только цифровая часть считывает выход компаратора, штифт защелки может быть отпущен, и выход может отслеживать вход.
Высокоскоростные компараторы могут также использовать уровни ECL (эмиттерно-связанной логики) от -5 В до 0 В. Выходы PECL (положительная эмиттерная логика) имеют одинаковые колебания напряжения от 0 В до 5 В. Также имеется выход RSPECL (PECL с уменьшенной амплитудой). Два выходных контакта некоторых высокоскоростных компараторов используют выход LVDS (низковольтная дифференциальная сигнализация), который преобразует 300 мВ примерно в 1.Синфазное напряжение 2 В дополнительным образом. Вы можете отправлять эти выходы непосредственно на входные контакты LVDS ПЛИС (программируемая вентильная матрица) и других цифровых схем.
В производстве технология CMOS обычно используется для создания маломощных устройств, а биполярные устройства используются для создания высокоскоростных устройств. Это представляет собой базовый компромисс: мощные высокоскоростные точные устройства и маломощные низкоскоростные устройства. Еще один компромисс — усиление и высокая скорость. Компаратор с низким энергопотреблением может занять время преобразования 70 мкс и потреблять меньше энергии.Время отклика высокоскоростного компаратора составляет 150 пс. Некоторые устройства могут преодолеть компромисс между скоростью и потребляемой мощностью. При преобразовании с максимальной скоростью потребляемая компаратором мощность намного превышает его статическое энергопотребление. В статическом состоянии ток низкий. Когда компаратор работает на более высокой скорости, он должен заряжать конденсатор. В динамическом режиме ток увеличивается с увеличением рабочей скорости. Еще одним фактором энергопотребления является нагрузка на микросхему.Для коммутируемого тока емкость также станет нагрузкой, и необходимо учитывать емкостные и резистивные составляющие нагрузки. Многие устройства имеют сломанные контакты, что может снизить потребляемую мощность до менее 1 мкА.
Как и все моделирование, заявленная задержка распространения имеет смысл только при строго определенных условиях, потому что степень, с которой входной вывод управляется, напрямую влияет на задержку распространения. Чем больше перегрузка, тем быстрее устройство. Дисперсия — это диапазон значений задержки распространения устройства при различных уровнях перегрузки.Связь между перегрузкой и скоростью — одна из причин, по которой некоторые инженеры не хотят рассматривать скорость компаратора как функцию скорости нарастания. Необходимо определить выходной уровень, который квантован как допустимый переход, обычно максимальный выходной уровень составляет от 10% до 90%. Скорость нарастания также представляет собой требование к перегрузке, то есть, чтобы задержка распространения была как можно короче.

Еще один параметр, который следует учитывать при выборе компаратора, — это шум. Однако производители часто опускают характеристики шума компараторов и вместо этого используют случайный джиттер для измерения шума.В дополнение к шумовому сигналу, проходящему через усиление устройства, ошибка входной апертуры и время нарастания и спада на выходе также могут влиять на джиттер. Устройство с тактовым управлением — это не что иное, как компаратор с более низким коэффициентом усиления, оптимизированный для шумов. Разработчики могут использовать входные транзисторы большего размера в КМОП-устройстве, чтобы уменьшить фликкер-шум, но этот метод увеличивает входную емкость.
Следующим фактором должно быть номинальное напряжение компаратора. Одним из факторов, связанных с интервалом подачи питания, является допустимое синфазное напряжение на входных контактах компаратора.Некоторые устройства позволяют подтянуть выход к диапазону напряжений выше или ниже, чем напряжение источника питания. Для других устройств, когда вы вытягиваете входной контакт ниже отрицательной шины питания, выход будет инвертирован. Компаратор с входным каскадом Rail-to-Rail расширяет диапазон входного синфазного режима. Эти устройства имеют каскад с двумя входами, в котором используются транзисторы N-типа или полевые транзисторы, подключенные параллельно входному каскаду P-типа. Входное напряжение входного каскада P-типа работает вблизи земли или шины отрицательного напряжения, а входной каскад N-типа работает, когда вход переключается на шину положительного напряжения.Разработчики интегральных схем обычно переключают устройство с уровня на 1 или 2 В ниже положительного напряжения. При перемещении по устройствам Rail-to-Rail некоторые конструкции могут минимизировать напряжение смещения.

Другой важной характеристикой компаратора является входной ток смещения, то есть величина тока, протекающего на входной контакт или из него, когда устройство работает. КМОП-продукты имеют низкий ток смещения, что свидетельствует о несоответствии утечки в структуре ESD (электростатический разряд) входного вывода.При повышении температуры на каждые 10 ° C входной ток смещения удваивается. Ток смещения высокоскоростных компараторов может быть очевиден, но это не проблема, потому что для управления этими высокоскоростными компараторами обычно используются схемы с низким импедансом. Входной ток смещения биполярного устройства зависит от соотношения между двумя входами. В компараторе разница в 60 мВ в базовом напряжении дифференциальной входной пары дает в 10 раз большую разницу между током коллектора пары и входным током смещения.Следовательно, один вывод может потреблять или пропускать удвоенный номинальный входной ток смещения, в то время как другие выводы почти не имеют входного тока смещения, в зависимости от того, какой вывод имеет более высокое напряжение.

Ⅵ Приложения компаратора

6.1 Компаратор перехода через ноль

Компаратор перехода через ноль используется для определения того, является ли входное значение нулем. Принцип заключается в использовании компаратора для сравнения двух входных напряжений. Одно из двух входных напряжений — это опорное напряжение Vr, а другое — измеряемое напряжение Vu.Обычно Vr подключается к неинвертирующей входной клемме, а Vu подключается к инвертирующей входной клемме. В зависимости от результата сравнения входного напряжения выводится прямое или обратное напряжение насыщения. Когда опорное напряжение известно, можно получить результат измерения напряжения. Когда опорное напряжение равно нулю, это компаратор перехода через ноль.
Компаратор перехода через ноль имеет небольшую ошибку измерения. Когда произведение разности напряжений между двумя входными клеммами и увеличения разомкнутого контура меньше порогового значения выходного сигнала, детектор выдаст нулевое значение.Например, когда увеличение разомкнутого контура составляет 106, а порог выхода составляет 6 В, если разница напряжений между двумя входными каскадами меньше 6 микровольт, детектор выдает ноль. Это также можно считать неопределенностью измерения.

6.2 Осциллятор релаксации (ROSC)

Компараторы могут создавать осцилляторы релаксации, используя положительную и отрицательную обратную связь. Положительная обратная связь — это триггер Шмитта, который образует мультивибратор. RC-цепь добавляет к ней отрицательную обратную связь, которая вызывает самопроизвольные колебания схемы, превращая всю схему от защелки к релаксационному генератору.
Сдвиг уровня использует компараторы с открытым стоком (такие как LM393, TLV3011 и MAX9028) для создания устройства сдвига уровня для изменения напряжения сигнала. Выбор подходящего подтягивающего напряжения позволяет гибко получать преобразованное значение напряжения. Например, используйте компаратор MAX972 для преобразования сигналов ± 5 В в сигналы 3 В.

6.3 Аналого-цифровой преобразователь

Функция компаратора заключается в том, чтобы сравнить, превышает ли входной сигнал заданное значение. Таким образом, он может преобразовывать входной аналоговый сигнал в двоичный цифровой сигнал.Почти все цифро-аналоговые преобразователи (включая дельта-сигма модуляцию) содержат схемы компараторов для квантования входного аналогового сигнала.

6.4 Компаратор напряжения

Компаратор напряжения можно рассматривать как операционный усилитель с бесконечным коэффициентом усиления. Функция компаратора напряжения: сравните величину двух напряжений (используя высокий или низкий уровень выходного напряжения, чтобы указать соотношение величин между двумя входными напряжениями): Когда напряжение на входной клемме «+» выше, чем «-» входной терминал, выход компаратора напряжения высокий уровень; когда напряжение на входной клемме «+» ниже, чем на входной клемме «-», на выходе компаратора напряжения низкий уровень.
Его можно использовать как интерфейс между аналоговыми и цифровыми схемами, а также как схему генерации и преобразования сигналов. Простой компаратор напряжения может преобразовать синусоидальную волну в прямоугольную или прямоугольную с той же частотой. Простой компаратор напряжения имеет простую конструкцию и высокую чувствительность, но его способность к помехам оставляет желать лучшего, поэтому людям приходится его улучшать. Усовершенствованные компараторы напряжения включают в себя: гистерезисный компаратор и оконный компаратор.Операционные усилители используются для определения «рабочих параметров» с помощью контуров обратной связи и входных контуров, таких как увеличение. Величина обратной связи может быть частью или всем выходным током или напряжением. Компаратор не требует обратной связи и напрямую сравнивает количество двух входных клемм. Если неинвертирующий вход больше, чем инвертированная фаза, выход высокий, в противном случае — низкий. Вход компаратора напряжения — это линейная величина, а выход — переключатель (высокий и низкий уровень).В типичных приложениях линейный операционный усилитель иногда может использоваться для создания компаратора напряжения без отрицательной обратной связи.

Ⅶ Компаратор операционного усилителя

В принципе, операционный усилитель можно использовать в качестве компаратора без отрицательной обратной связи. Однако из-за высокого коэффициента усиления без обратной связи он может обрабатывать сигналы только с очень малым входным дифференциальным напряжением. Более того, в этом случае время отклика операционного усилителя намного меньше, чем у компаратора, а также ему не хватает некоторых специальных функций, таких как гистерезис, внутренний опорный сигнал и так далее.Компаратор обычно нельзя использовать в качестве операционного усилителя. Компаратор может обеспечить минимальную временную задержку после настройки, но его частотные характеристики в некоторой степени ограничены. Операционный усилитель использует преимущество коррекции частотной характеристики, чтобы стать гибким и универсальным устройством. Кроме того, многие компараторы также имеют внутреннюю схему гистерезиса, которая позволяет избежать колебаний на выходе, но ее нельзя использовать в качестве операционного усилителя.

Часто задаваемые вопросы об электронике компаратора

1.Что такое компаратор и его применение?
Компаратор — это электронный компонент, который сравнивает два входных напряжения. Компараторы тесно связаны с операционными усилителями, но компаратор предназначен для работы с положительной обратной связью и с насыщением его выхода на одной или другой шине питания.

2. Как работает схема компаратора?
Схема компаратора работает, просто принимая два аналоговых входных сигнала, сравнивая их, а затем вырабатывая логический выход с высоким «1» или низким «0»…. Когда аналоговый вход на неинвертирующем входе меньше аналогового входа на инвертирующем входе, тогда на выходе компаратора будет низкий логический уровень.

3. Для чего нужен компаратор в операционном усилителе? Оконные компараторы ОУ
— это тип схемы компаратора напряжения, в которой используются два компаратора ОУ для создания выходного сигнала с двумя состояниями, который указывает, находится ли входное напряжение в пределах определенного диапазона или окна значений с использованием двух опорных напряжений. Верхнее опорное напряжение и нижнее опорное напряжение.

4. Как использовать компараторную электронику?
Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне; VDD на иллюстрации), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше. Компараторы часто используются, например, для проверки того, достиг ли вход некоторого заранее определенного значения.

5. Что такое компаратор и его типы?
Компараторы подразделяются на различные типы, такие как электронные, электрические, механические, оптические, сигма-компараторы, цифровые и пневматические компараторы, они используются в различных приложениях.Компараторы играют важную роль в разработке электрических и электронных проектов.

Альтернативные модели

Деталь	Сравнить	Производителей	Категория	Описание
Производитель.Номер детали: LAN91C111-NU	Сравнить: Текущая часть	Производители: Microchip	Категория: Интерфейсные ИС	Описание: 2 канала (S), 100 Мбит / с, КОНТРОЛЛЕР СЕТИ ЛОКАЛЬНОЙ ЗОНЫ, PQFP128, 14 X 14 мм, ВЫСОТА 1 ММ, СООТВЕТСТВИЕ ROHS, TQFP-128
Производитель.Номер детали: LAN91C111I-NU	Сравнить: LAN91C111-NU VS LAN91C111I-NU	Производители: Microchip	Категория: Интерфейсные ИС	Описание: Контроллер Ethernet, 100 Мбит / с, IEEE 802.3, IEEE 802.3u, 2,97 В, 3,63 В, TQFP, 128 контактов
Номер детали производителя: LAN91C111-NS	Сравнить: LAN91C111-NU VS LAN91C111-NS	Производители: Microchip	Категория: Интерфейсные ИС	Описание: Контроллер Ethernet, 100 Мбит / с, IEEE 802.3, IEEE 802.3u, 2,97 В, 3,63 В, QFP, 128 контактов
Номер детали производителя: LAN91C111I-NS	Сравнить: LAN91C111-NU VS LAN91C111I-NS	Производители: Microchip	Категория: Интерфейсные ИС	Описание: Контроллер Ethernet MICROCHIP LAN91C111I-NS, 100 Мбит / с, IEEE 802. No related posts. Навигация по записям Усилители мощности кв на лампах самоделки: Усилители мощности кв на лампах самоделки Pcm2704 datasheet: PCM2704 data sheet, product information and support Оставить комментарийОтменить комментарий Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Найти: Архивы Декабрь 2021 Ноябрь 2021 Октябрь 2021 Сентябрь 2021 Август 2021 Июль 2021 Июнь 2021 Май 2021 Апрель 2021 Март 2021 Февраль 2021 Январь 2021 Декабрь 2020 Ноябрь 2020 Октябрь 2020 Сентябрь 2020 Август 2020 Июль 2020 Июнь 2020 Май 2020 Апрель 2020 Март 2020 Февраль 2020 Январь 2020 Декабрь 2019 Ноябрь 2019 Октябрь 2019 Сентябрь 2019 Август 2019 Июль 2019 Июнь 2019 Май 2019 Апрель 2019 Март 2019 Февраль 2019 Январь 2019 Декабрь 2018 Ноябрь 2018 Октябрь 2018 Сентябрь 2018 Август 2018 Июль 2018 Июнь 2018 Май 2018 Апрель 2018 Март 2018 Февраль 2018 Январь 2018 Февраль 1980 Январь 1980 Декабрь 1979 Ноябрь 1979 Октябрь 1979 Сентябрь 1979 Август 1979 Июль 1979 Июнь 1979 Май 1979 Апрель 1979 Март 1979 Февраль 1979 Январь 1979 Декабрь 1978 Ноябрь 1978 Октябрь 1978 Сентябрь 1978 Август 1978 Июль 1978 Июнь 1978 Май 1978 Апрель 1978 Март 1978 Февраль 1978 Январь 1978 Декабрь 1977 Ноябрь 1977 Октябрь 1977 Сентябрь 1977 Август 1977 Июль 1977 Июнь 1977 Май 1977 Апрель 1977 Март 1977 Февраль 1977 Январь 1977 Декабрь 1976 Ноябрь 1976 Октябрь 1976 Сентябрь 1976 Август 1976 Июль 1976 Июнь 1976 Май 1976 Апрель 1976 Март 1976 Февраль 1976 Январь 1976 Декабрь 1975 Ноябрь 1975 Октябрь 1975 Сентябрь 1975 Август 1975 Июль 1975 Июнь 1975 Май 1975 Апрель 1975 Март 1975 Февраль 1975 Январь 1975 Декабрь 1974 Ноябрь 1974 Октябрь 1974 Сентябрь 1974 Август 1974 Июль 1974 Июнь 1974 Май 1974 Апрель 1974 Март 1974 Февраль 1974 Январь 1974 Декабрь 1973 Ноябрь 1973 Октябрь 1973 Сентябрь 1973 Август 1973 Июль 1973 Июнь 1973 Май 1973 Апрель 1973 Март 1973 Февраль 1973 Январь 1973 Декабрь 1972 Ноябрь 1972 Октябрь 1972 Сентябрь 1972 Август 1972 Июль 1972 Июнь 1972 Май 1972 Апрель 1972 Март 1972 Февраль 1972 Январь 1972 Декабрь 1971 Ноябрь 1971 Октябрь 1971 Сентябрь 1971 Август 1971 Июль 1971 Июнь 1971 Май 1971 Апрель 1971 Март 1971 Февраль 1971 Январь 1971 Декабрь 1970 Ноябрь 1970 Октябрь 1970 Сентябрь 1970 Август 1970 Июль 1970 Июнь 1970 Май 1970 Апрель 1970 Март 1970 Февраль 1970 Январь 1970 Рубрики Для начинающих Маркировка Разное Своими руками Советы Схемы Характеристики 2019 © Все права защищены. Карта сайта

Компаратор на транзисторах схема — Морской флот

Основные технические характеристики

Типы компараторов

Аналоговый компаратор

Компаратор на операционном усилителе

Недостатки устройства на операционном усилителе

Как работает компаратор

Назначение и применение компаратора

Читать онлайн «Самоучитель по радиоэлектронике» автора Николаенко Михаил Николаевич — RuLit

Схема компаратора на транзисторе

Общие сведения

Двухпороговый компаратор

Параметры компараторов

Содержание

Математическое описание компаратора [ править | править код ]

Схемотехника компараторов [ править | править код ]

Программное моделирование компаратора [ править | править код ]

Компараторы с двумя и более напряжениями сравнения [ править | править код ]

Двухпороговый (троичный) компаратор [ править | править код ]

Примеры интегральных микросхем компараторов [ править | править код ]

Параметры компараторов [ править | править код ]

Компараторы. Устройство и работа. Виды и применение. Особенности

Принцип работы и виды интегральных компараторов

При выборе компаратора следует обратить внимание на следующие параметры:

Обозначения выводов выглядят следующим образом:

Простая схема структуры устройства со стробированием:

Похожие темы:

Лекция 11. КОММУТАТОРЫ, КОМПАРАТОРЫ НА БИПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. План

Двухпороговые компараторы на логических элементах

Тригер Шмитта на транзисторах

Компаратор

Может кто-нибудь объяснить, как работает этот транзисторный компаратор?

Помогите понять компаратор напряжения BJT

Компараторы

Диодный компаратор

Транзисторный компаратор

Компаратор напряжения IC

LEAP # 412

Банкноты

Вдохновение для дизайна

Дизайн

Конструкция Protoboard

Тестирование

Источники и ссылки

и его применение

Операционный усилитель в качестве компаратора

Основная рабочая схема компаратора

Применение компаратора в схемах практической электроники

Система мониторинга влажности почвы на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием Arduino

Цепь датчика сердцебиения

Цепь дымовой сигнализации

Лаборатория III: Компаратор напряжения и драйверы реле с использованием BJT

Что такое компаратор в электронике?

Ⅰ Принцип работы

Ⅱ Основные параметры

2.1 Напряжение гистерезиса

2.2 Ток смещения

2.3 Super Power Swing

2.4 Напряжение сток-исток

2.5 Время задержки выхода

Ⅲ Классификация компараторов

3.1 Компаратор напряжения

3.2 Оконный компаратор

3.3 Компаратор гистерезиса

Ⅳ ИС компаратора

Ⅴ Как выбрать компаратор?

Ⅵ Приложения компаратора

6.1 Компаратор перехода через ноль

6.2 Осциллятор релаксации (ROSC)

6.3 Аналого-цифровой преобразователь

6.4 Компаратор напряжения

Ⅶ Компаратор операционного усилителя

Альтернативные модели

Оставить комментарийОтменить комментарий