Компараторы, как они работают

Принцип работы компаратора

Самым простым прибором считается компаратор, который сопоставляет напряжение, поступающее на один из входов, с базовым показателем, присутствующим на ином входе. Примитивный компаратор напряжения на операционном усилителе (ОУ) — без обратной связи.

Принцип работы

КН выполнен в виде электронной схемы с 2-мя входящими напряжениями и может устанавливать большее значение. Просто выполнить модели КН из ОУ, так как полярность выходящей электроцепи операционного усилителя исходит от полярности разности показателей напряжения на 2-х входах.

Представим, что существует фотоэлемент, который производит 0.5 В под воздействием солнечного света, и необходимо применять данный фотоэлемент в роли измерителя для установления периода дневного освещения. В таких случаях лучший вариант — применять КН, чтобы сопоставить напряжение от фотоэлемента с контролируемым показателем 0.5 В.

В цепи КН, первоначальное опорное напряжение поступает на инвертирующем вводе (U -), после напряжение, которое будут сравнивать с опорным, поступает на неинвертирующий ввод. Выходное значение исключительно зависит от входного размера по отношению к опорному напряжению.

Вам это будет интересно Проверка микросхемы на исправность

Схема компаратора

Схема компаратора:

• Менее эталонного — отрицательный;
• равноправный опорному — «0»;
• более эталонного значения — положительный.

ОУ компаратора сравнивает один уровень аналогового напряжения с другим уровнем аналогового напряжения или каким-либо опорным напряжением, и выдает выходной сигнал на основе этого сравнения напряжения. Другими словами, компаратор напряжения ОУ сопоставляет данные 2-х входов и определяет наибольший, простота и эффективность этой схемы проверена на практике и реализована в многих бытовых приборах.

Положительная обратная связь

Компараторы напряжения либо используют положительную обратную связь, либо вообще не используют ее в режиме разомкнутого контура. Затем выходной сигнал КН подается полностью на его положительную шину питания + Ucc или на отрицательную шину питания —Ucc, при приложении переменного входного сигнала, который проходит некоторое предварительно установленное пороговое значение.

КН (-) обратной связью

Стабилизатор напряжения на компараторе 5В 2А (554СА3, КТ908)

Стабилизатор напряжения (рис. 5.12) работает следующим образом. Пилообразное образцовое напряжение компаратор сравнивает с частью выходного напряжения, снимаемого с делителя R8, R9. Пока выходное напряжение больше образцового, ключевой транзистор закрыт. Как только пилообразное напряжение превысит выходное, сигнал компаратора откроет этот транзистор. Чем меньше напряжение на выходе стабилизатора, тем дольше транзистор будет открыт. После спада пилообразного напряжения транзистор закрывается и цепь дроссель L2 — нагрузка замыкается через открывшийся в этот момент мощный диод VD3. Как только ключевой транзистор откроется, сразу же закроется диод VD3. Входной фильтр ослабляет проникновение импульсных помех в питающую электросеть, выходной — в нагрузку.

Основные технические характеристики стабилизатора напряжения:

Выходное напряжение, В……………………………………………………….5

Ток нагрузки, А…………………………………………………………………..2

Напряжение пульсаций, мВ……………………………………………………..50

Коэффициент стабилизации……………………………………………………100

Частота переключения, кГц…………………………………………………….25

В этом можно использовать компаратор К554САЗА, К554САЗБ или К521САЗ (но у него цоколевка иная). Транзистор КТ908А можно заменить любым другим мощным высокочастотным кремниевым п-p-n транзистором или мощным низкочастотным из серий КТ805, КТ808, КТ819.

Но при использовании низкочастотного транзистора тепловые потери в нем увеличатся (при токе не более 1 А выходной транзистор может работать без теплоотво-да). Транзистор VT3 — любой из серии КТ814. Диод КД213А можно заменить любым другим этой серии или использовать вместо него коллекторный переход мощного высокочастотного транзистора.

Дроссели L1 и L3 намотаны на отрезках стержня диаметром 8 и длиной 20 мм из феррита 600НН и содержат по 10 витков медного изолированного провода диаметром 1,2 мм. Магнитопровод дросселя L2 — броневой Б26 из феррита 2000НМ; между его чашками делают прокладку толщиной 0,2 мм из немагнитного материала. Обмотка, содержащая 20 витков, выполнена жгутом из пяти проводников ПЭВ-2-0,25.

Проверку устройства начинают с измерения напряжения на стабилитронах VD1, VD2. К эмиттеру однопереходного транзистора подключают осциллограф и, присоединяя параллельно конденсатору С2 другие конденсаторы разной емкости, по изменению частоты убеждаются в работоспособности генератора пилообразного напряжения. Затем к устройству подключают эквивалент нагрузки и резистором R4 устанавливают необходимое выходное напряжение.

Далее осциллограф подключают к диоду VD3 и наблюдают прямоугольные импульсы. Форму импульсов можно улучшить подбором резистора R6 и зазора в броневом магнитопроводе дросселя L2.

Как обозначается компаратор на схемах

На схемах компаратора и в электротехнических схемах графическое обозначение измерителя выполняется в форме треугольника, имеющего три выхода. Они обозначаются символами «+» и «-», соответствующих неинвертирующим/инвертирующим показателям, также представляется выходной маркирующий знак «Uout».

Вам это будет интересно Особенности конвектора для обогрева

Обозначение на схемах

Когда (+) на входе микрочипа, степень сигнала станет больше, чем конкретно на инверсном ( — ), то на выводе будет образовываться устойчивое значение. Исходя из схемотехнической базы компаратора, это число имеет возможность принимать вариант логического «0» либо «1». В цифровых электронных устройствах за «12» принимается сигнал, степень напряжения которого имеет 5В, а за «0» установлено его отсутствие. Другими словами, положение выхода измерителя устанавливается как высокое либо низкое. Хотя обычно на практике за логический «0» принимают разность потенциалов до 2.7 В.

Применение компараторов

Основное назначение компараторов — оцифровка аналоговых сигналов. С помощью компараторов осуществляется связь между непрерывными сигналами, например, напряжения и логическими переменными цифровых устройств. Применяются в различных электронных устройствах, АЦП и ЦАП, устройствах сигнализации, допускового контроля

На компараторах можно собирать различные устройства, такие как терморегуляторы, стабилизаторы, различные устройства автоматики — используя для изменения входного сигнала различные датчики, такие как, терморезисторы, фоторезисторы, индикаторы влажности и т.д.

Выходные каскады компараторов рассчитаны таким образом, чтобы их выходное напряжение соответствовало бы входному логическому уровню многих цифровых микросхем, поэтому их ещё могут называть формирователями.

Схемы практической реализации устройств на основе компараторов

В качестве примера возмем распространённый компаратор К554СА3, (зарубежные аналоги LM-111, LM-211, LM-311).

На выходе этого компаратора включен транзистор с открытыми коллектором и эмиттером, и в зависимости от необходимого результата на выходе, его можно подключать по схеме с общим эмиттером или эмиттерным повторителем.

Схема включения компаратора для одно-полярного питания изображена на рисунке 1, для двух-полярного питания на рисунке 2.

Читать также: Почвенные фрезы для мотоблока

Рисунок 1. Схема включения компаратора в одно-полярное питание. а – с общим эмиттером; б – эмиттерным повторителем. Напряжение питания +5 вольт указано для уровня логики ТТЛ микросхем.

Для согласования выхода с логическими уровнями КМОП микросхем, напряжение питания соответственно может быть 9-15 вольт.

Рисунок 2.

Схема включения компаратора в двух-полярное питание. а – с общим эмиттером; б – эмиттерным повторителем.

В качестве нагрузки компаратора можно использовать любую нагрузку с током потребления не более 50 мА. Это могут быть непосредственно обмотки реле, резисторы, светодиоды индикации и оптронов исполнительных устройств, с ограничивающими ток резисторами. Индуктивные нагрузки желательно шунтировать диодами от обратного выброса напряжения. Напряжение питания компаратора может быть 5 – 36 вольт одно-полярного (или сумма двух-полярного) напряжения.

3.2 Компаратор

В
качестве компаратора, удовлетворяющего
расчетам на структурном уровне, был
выбран универсальный компаратор с
регулируемым выходным уровнем, с высокой
чувствительностью, высокими входным
сопротивлением и максимальным размахом
дифференциального входного сигнала
К554СА3.

Типовая
схема включения компаратора К554СА3
приведена на рисунке 6, назначение
выводов в таблице 3, основные электрические
параметры в таблице 4:

Рисунок 6 – Типовая схема включения
компаратора К554СА3

Таблица 3 – Назначение выводов К554СА3

Таблица 4 – Основные параметры К554СА3

Входное
синфазное напряжение компаратора +-15 В
(таблица 4). Выходной сигнал усилителя
может достигать +-20 В. Следовательно
перед подачей напряжения на компаратор
необходимо его уменьшить, например, в
2 раза. Это достигается включением
резистивного делителя напряжения R10
–R11 (R10
=R11 = 10 кОм) на входе
компартора (рисунок 7).

Опорный
сигнал подается на компаратор с блока
формирования опорного напряжения,
который представляет собой простейший
резистивный делитель R11
–R12. Опорное напряжение
требуется также уменьшить в 2 раза
(8,2В/2 = 4,1В), что достигается с помощью
резистивного делителя, подключенного
к источнику питания +5 В (рисунок 7):

Рисунок 7 – Индикатор (компаратор)
превышения выходным напряжением уровня
8,2 В

Резисторы R12 иR13
выбираются, исходя из формулы:

U_оп =U_питR13(R11+R12), (12)

где U_оп = 4,1 В,U_пит= 5 В. ОткудаR12 = 0,9 В,R13= 4,1 кОм.

Компаратор
имеет регулируемый выходной уровень,
поэтому у него открытый коллектор и
эммитер. Чтобы получить согласование
с регистором, необходим, чтобы на выходе
компаратора высокий уровень выходного
напряжения был равен +5 В. Этому
соответствует включение компаратора
с общим эммитером, когда выходной сигнал
снимается с коллектора. На рисунок 8
выходной транзистор компаратора включен
по схеме с общим эммитером.

Рисунок 8 – Выходной транзистор
компаратора по схеме с общим эммитером

При
потенциале на верхнем резисторе, равном
+5 В, к выходу можно подключить ТТЛ, nМОП
или КМОП – логику с питанием от источника
+5 В. Таким образом можно получить связь
компаратора с внешней ЭВМ. При превышении
выходного напряжения уровня 8,2 В, на
выходе компаратора логическая 1 (открытое
состояние транзистора). Если же сигнал
от усилителя меньше опорного (на рисунке
7U₁=U_оп),
то на выходе логический 0 (закрытое
состояние транзистора).

Резистор R14 выбирается
из расчета 2,5 мА на выходе при превышении
входным сигналом опорного (логическая
единица) из соотношения для тока
коллектораI_к:

I_к=E_к/R_к,(13)

где E_к– напряжение
источника питания,R_к=R14, откуда:

R14 = 5В/2,5мА = 2 кОм. (14)

С компаратора сигнал поступает на
регистр.

Наладка устройства

Налаживание собранного прибора начинают с установки тока зарядки конденсатора С1. Для э ого включают микроамперметр в разрыв между стоком транзистора VТ2 и точкой соединения конденсатора С1 с коллектором VТ3 и подбором резистора R1 устанавливают ток около 20 мкА.

После этого подают на вход устройства напряжение, соответствующее верхней границе диапазона измерений, и резистором R5 устанавливают на индикаторах соответствующее показание. Иногда, при нечетком обнулении счетчиков (когда на индикаторах чередуются нулевые и ненулевые показания) требуется подобрать резистор R8. После регулировки, изменяя напряжение на входе, проверяют работу устройства в целом.

В авторском варианте описанное устройство используется в качестве вольтметра лабораторного блока питания.

С. Кулешов, г. Курган. Р-06-2000.

Детали и конструкция

Конструктивно индикатор выполнен на двух платах: на одной — установлены светодиодные индикаторы HG1, HG2; на другой — все остальные злементь Монтаж на платах можно вь полнить печатным способом или тонким проводом в изоляции.

В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ-0.125, конденсаторы С2-С4 могут быть любые керамические. Подстроечный резистор R5 — СП5-2 или другой многооборотный: конденсаторы С1 и C3 — керамические с малым ТКЕ в качестве С1 можно также установить К73-17.

Светодиодные индикаторы HG1, HG2 можно заменить на АЛС324Б (с общим анодом), подключив входы S преобразователей кода и общие электроды индикаторов к общему проводу Микросхемы DD4, DD5 можно заменить на К176ИДЗ. Транзисторы VТ1, VТ3 любые из серии КТ315.

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:

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 |U1_вых — U_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 < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации U_ст. Это напряжение должно соответствовать единичному логическому уровню цифровых интегральных микросхем (ИМС), входы которых подключены к выходу компаратора. Таким образом, выход ОУ принимает два состояния, причем в обоих усилитель работает в линейном режиме. Многие типы ОУ не допускают сколько-нибудь существенное входное дифференциальное напряжение. Включение по схеме на рис. 3 обеспечивает работу ОУ в режиме компаратора практически с нулевыми дифференциальными и синфазными входными напряжениями. Недостатком данной схемы является относительно низкое быстродействие, обусловленное необходимостью частотной коррекции, так как ОУ работает в линейном режиме со 100%-ной обратной связью. Используя для построения компаратора обычные ОУ, трудно получить время переключения менее 1 мкс.

Конструкция компаратора

КН нашли обширную область применения в радиоэлектронике разнообразной направленности. В магазинах радиотоваров можно увидеть огромное количество разнообразных микросхем. Но особенно часто применяемыми микросхемами у пользователей считаются:

• LM No 339;
• LM No 311;
• MAX No 934;
• К554СА3.

Они легкодоступны в торговой сети и имеют довольно бюджетную цену. Такие КН выделяются обширным спектром входных параметров. К выходу КН способна присоединяться разнообразная токовая нагрузка, как правило, не превосходящая 50.0 мА. Это могут быть микрореле, варистор, световой диод, оптрон либо абсолютно разные исполнительные модули, однако с предельными по току компонентами.

Фотореле контроля

Подобное реле выпускается методом навесного монтажа. Его применяют в охранных контролирующих системах либо для контролирования степени света. Входящее напряжение попадает на делитель R1 и фотодиод VD3. Их объединенная точка сочетания использует ограничивающие диоды VD1/ VD2, подключенные к входам DA1. В итоге входящая разность потенциалов КН будет отсутствовать, а следовательно, и восприимчивость измерителя станет максимальной.

Вам это будет интересно Инструменты для разделки кабеля

Фотореле

Чтобы выходящий сигнал смог инвертироваться, потребуется обеспечить входную разницу в 1 мВ. По той причине, что к входу подсоединены С1 и сопротивление R1, размер U на нем станет увеличиваться с незначительной задержкой, равноправной периоду заряда С1.

Зарядный блок

Такой блок питания принимается функционировать непосредственно после сборки. Его базовые опции сводятся к установлению рабочего зарядного тока и порогов, по которым срабатывает КН. При подключении прибора зажигается световой диод, позиционирующий подачу напряжения. На протяжении процесса зарядки обязан непрерывно гореть алый световой диод, который погаснет после того, как аккумуляторная батарея будет полностью заряжена

Зарядный блок

Подводимое напряжение от питающего блока настраивается R2, а зарядный ток устанавливается с применением R4. Наладка выполняется с применением сопротивления на 160 Ом, подключающегося в параллель к контактам, которые держат батарейку. Транзистор VT1 размещается на радиаторе, взамен его можно применять КТ814Б. Подобную схему надо будет комплектовать на плате с размером не более 50×50 мм.

Кварцевый генератор

Этот генератор ортогональных импульсов выполняется с использованием российского компаратора K544C3, функционирующего на тактовой гармонике 32.768 Гц. Схема станет рабочей в спектре входящего напряжения 7-11В с частотой установленной кварцем ZQ1. Тем не менее, для эксплуатации такого девайса сверх 50.0 кГц потребуется понизить значение R5-R6.

Генератор

При замыкании другого вывода с 0-проводом КН становится подсоединённым по варианту с незакрытым коллектором, а R7 становится нагрузкой. Подстраивание частотности производится совместно, с применением C1. С применением R4 выполняется автозапуск генератора. Меняя значение R2, изменяется импульсная характеристика.

Дополнительная информация! Выбирая конденсаторы С1 или С2, генератор сможет применяться в виде бесконтактного жидкостного датчика. В роли детектора для этой цели потребуется применять микроконтроллер с ПО. Однако возможно использовать и ещё дополнительно компаратор, который станет фиксировать деформации напряжения.

Отсюда следует, что компаратор способен предназначать действия по уровням значений на собственных вводах. Когда они отличаются, то, исходя от дельты U, выход прибора меняет качественное положение. Именно такие их качества используют создатели, разрабатывая самые разные электроприборы с операционным усилителем.

Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта

Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение UВЫХ изменяется от UНАС+ до UНАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).

Кроме того существует проблема несовместимостей уровней выходного напряжения, к примеру, при напряжении питания ОУ UПИТ = ±15 В, выходное напряжение составит UВЫХ ≈ ±14 В (UНАС+ ≈ +14 В, а UНАС- ≈ -14 В), в то время как уровни ТТЛ микросхем составляют около +5 В или 0 В.

Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже

Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (UВХ ОП), то выходное напряжение UВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона UСТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. При этом выходное напряжение будет равняться напряжению стабилизации стабилитрона (UВЫХ = UСТ).

В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В.

Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: UВЫХ1 = UСТ (при отсутствии ограничения UНАС+) или UВЫХ2 ≈ 0,7 (при отсутствии ограничения UНАС-).

Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже

В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.

При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве UНАС+ необходимо использовать UСТ (когда используется один стабилитрон) или UСТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо UНАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или UСТVD2 (при двухстороннем ограничении).

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Прошло почти два года с тех пор, как я пытался приручить операционный усилитель УД708 для сравнения двух сигналов. Знаний тогда было мало, поэтому времени уходило много, а главное — еще и безрезультатно. Но в итоге для своей задачи я смог «договориться» с компаратором LM393N. А на днях перебирал поделку, в которой впервые использовал эту микросхему, и решил вспомнить, как работает компаратор. Заодно и другим рассказать.Компаратор — это устройство, сравнивающее два аналоговых сигнала. В самом простом случае — операционный усилитель без обратных связей. На входы ему подаются два напряжения — эталонное, оно же опорное (известно заранее) и измеряемое. На выходе возможны два состояния:

«1» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем;«0» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.

Некоторые компараторы самостоятельно формируют уровни логических нуля и единицы (например, «ноль» — это ноль, «единица» — плюс пять вольт), но LM393 — с открытым коллектором. Ей для создания выходного напряжения нужен внешний резистор, подключающийся либо к «плюсу» питания, либо к другому «плюсу» (в разумных пределах, конечно).

Первые две схемы — каноничное включение нагрузки под открытый коллектор. Я подключал внешний резистор к питающему «плюсу».

Где применяется компаратор напряжения

Часто КН применяют в градиентном реле — схема, которая реагирует на скорость изменения сигнала, например, фотореле. Такое устройство может использоваться в тех ситуациях, когда освещение меняется довольно стремительно. Например, в охранных установках либо датчиках контроля выпущенных изделий на конвейерах, где прибор станет реагировать на прерывание светового потока.

Еще одна часто используемая схема — датчик измерения температуры и изменения «аналогового» сигнала в «электронный». Оба измерителя преобразовывают амплитуду входящего сигнала в ширину выходящего импульса. Такое превращение довольно часто применяется в разнообразных цифровых схемах. Преимущественно, в измерительных устройствах, блоках питания импульсного типа, электронных усилителях.

Разработка аналоговой части проектируемых устройств, страница 15

          Интегральные
компараторы напряжения представляют собой специализированные ОУ с двумя входами
и цифровым выходом. Наиболее универсальным из выпускаемых отечественной
промышленностью является  компаратор К554СА3А. Он может работать как от
напряжений ±15 В, так и от
единственного источника +5 или +9 В, питающего ТТЛ или комплементарные металл –
диэлектрик – полупроводник (КМДП)  микросхемы. Ток нагрузки компаратора может
быть до 50 мА. Выход компаратора может либо иметь коллекторную нагрузку, либо
работать как эмиттерный повторитель (рис. 2.15).

          Компаратор,
включенный в режиме однополярного питания, способен сравнивать напряжения U_вх и U_оп
с уровнями, находящимися выше нуля более чем на 0.5 В. В этом случае вывод 6
соединяют с массой схемы  вместо подачи на него напряжения от отрицательного
источника питания. Для сравнения входного напряжения с нулем (U_оп = 0) двухполярное питание микросхемы
является обязательным. Гарантированное смещение нулевого уровня в микросхеме
К554СА3 не превышает 7.5 мВ. Точная балансировка компаратора на нуль может быть
выполнена с помощью внешнего потенциометра сопротивлением 3.3 кОм,
подключенного к входам балансировки (выводы 7 и 8 — на схеме не показаны) так
же, как это сделано на рис. 2.2. Входной ток компаратора К554СА3 не превышает
250 нА, время задержки срабатывания составляет не более 300 нс.

          В ряде применений
требуется, чтобы компаратор обладал гистерезисом срабатывания. Это бывает
необходимо для повышения устойчивости работы при наличии шумов, а также при
построении систем автоматического регулирования. Для получения гистерезиса в
схему компаратора напряжения вводятся резисторы R2
и R3, создающие делитель  цепи положительной
обратной связи (рис. 2.16, а). Данная схема является аналогом триггера Шмитта.
В целях сохранения симметрии входной цепи в канал U_вх
вводится последовательный резистор R1, аналогичный
R2.

Если пренебречь выходным сопротивлением источника U_оп, то напряжение
гистерезиса в такой схеме U_г = (U1_вых – U_вых) R₂/(R₂ + R₃), где U1_вых и U_вых – напряжение логической единицы и логического нуля
соответственно. Рис. 2.16, б иллюстрирует работу компаратора с гистерезисом 
при  U_оп = 3 В, 
R₂ = 10 кОм,  R₃ = 100 кОм, 
U1_вых = +5 В  и U_вых = 0. В
результате действия положительной обратной связи верхний порог срабатывания
компаратора при выбранных номиналах составил 3.18 В, а нижний – 2.73 В.
Выходные сигналы такого компаратора могут быть использованы для управления
устройствами, поддерживающими, например, заданную температуру путем
включения/выключения нагревательных элементов. Входным сигналом в этом случае
должен выступать сигнал, снимаемый с датчика температуры, а в качестве опорной
величины – некоторая “уставка” по напряжению, соответствующая тому сигналу,
который должен быть на выходе датчика при заданной температуре. Если вместо
постоянного значения U_оп на вход
опорного сигнала подать изменяющееся во времени напряжение, например с выхода
ЦАП, то температуру можно будет изменять по тому закону, в соответствии с
которым изменяется выходной сигнал ЦАП. В этом случае следует лишь убедиться,
что инерционность нагревательного устройства может обеспечить заданную скорость
изменения температуры.

2.4. Аналоговые коммутаторы в устройствах сбора

      и усиления сигналов датчиков

Аналоговые коммутаторы (АК) служат для выполнения
соединений с разделением по времени  нескольких входов с общим выходом или с
несколькими раздельными выходами. Коммутация осуществляется внутренними
КМДП-схемами в соответствии с цифровым кодом, подаваемым на входы управления.
Схематические изображения двух отечественных АК приведены на рис. 2.17.

Похожие записи:

Выбор импульсных зарядных устройств для автомобильного аккумулятора Как подключить бра с выключателем шнурком, цепочкой Гофрированная труба для вытяжки и ее преимущества Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности Какой дифавтомат поставить? Рекани анжело люстры