Компараторы сигналов

Компаратором (схемой сравнения) называется устройство, сравнивающее два сигнала, и формирующее дискретный (логический) выходной сигнал согласно уравнению

, (3.8)

где U_m – модуль напряжение насыщения ОУ,

sign – оператор выдающий знак своего аргумента, стоящего в скобках.

Рис.3.6. Схемы компараторов на операционном усилителе

 

В схемах рис.3.6,а и рис.3.6,б сравниваемые сигналы подаются на один из входов ОУ, изменение выходного напряжения происходит при равенстве нулю суммы входных токов I₁ + I₂ = I_ВХ = 0, или при .

Максимальное выходное напряжение компаратора ограничивается насыщением или одной ранее рассмотренной схемой ограничения выходного напряжения. Для изменения выходного напряжения во всем диапазоне в компараторах без положительной обратной связи (схемы рис.3.6,а - рис.3.6,в) необходимо малое, но конечное изменение входного напряжения . Зависимость для схемы рис.3.6,а, при фиксированном напряжении U₂ приведена на рис.3.7,а. Если пренебречь величиной , то работа схемы рис.3.6,а описывается уравнением (3.9), а схемы рис.3.6,б уравнением (3.10).

, (3.9) . (3.10)

(9)

В схеме рис.3.6,в напряжения подаются на разные входы операционного усилителя, и ее работа описывается уравнением

. (3.11)

Резисторы R₁ и R₂ выполняют защитные функции и могут отсутствовать.

В схеме рис.3.6,г введена положительная обратная связь через делитель, выполненный на резисторах R₁ и R₂, при этом резистор R₃ выполняет защитную функцию и может отсутствовать. Зависимость при фиксированном значении напряжения U₂ приведена на рис.3.7,б, где

напряжение срабатывания , (3.12)

напряжение отпускания , (3.13)

ширина петли гистерезиса . (3.14)

Компаратор с положительной обратной связью обеспечивает четкое, однозначное переключение. Ширина петли, при необходимости, может быть достаточно узкой (единицы милливольт).

Рис.3.7. Статические характеристики компараторов

а) – для схемы рис.3.6,а, б) – для схемы рис.3.6,г.