Теоретические сведения. 7.1.1 Аналоговые компараторы

7.1.1 Аналоговые компараторы

Компаратор предназначен для сравнения аналоговых напряжений,

одно из которых является входным (измеряемым) U_вх, а второе -

опорным (задающим) U_оп. В момент равенства мгновенных значений

входных сигналов напряжение на выходе компаратора резко изменяется. Кроме функций сравнения, компаратор осуществляет формирование выходных сигналов в виде двух дискретных уровней, один из которых соответствует логической единице, а другой - логическому нулю.

Схема простейшего компаратора для сравнения однополярных сигналов приведена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Схема простейшего компаратора

В нее входит ОУ с цепями питания и коррекции. Схема не содержит обратных связей. Выходное напряжение компаратора U_вых определяется по формуле (7.1)

U_вых = К_uоу * (U_оп - U_вх) (7.1)

Так как К_uоу велик, а ООС отсутствует, то оно принимает одно

из двух дискретных значений (+U_нас) или (-U_нас). При U_оп > U_вх, а U_оп поступает на неинвертирующий вход ОУ, то достаточно даже незначительной разности входных сигналов (U_оп - U_вх), чтобы U_вых приняло значение (+U_нас). При U_оп < U_вх выходное напряжение принимает значение (-U_нас)

На рисунке 7.2. изображены характеристики U_вых = f(t) реального (сплошной линией) и идеального (пунктирной линией) компаратора. Из характеристики видно, что реальный компаратор переключается с некоторым запаздыванием и процесс переключения занимает некоторое конечное время.

Рисунок 7.2 - Характеристики реального и идеального компаратора

Рассмотренная схема обладает низкой помехоустойчивостью, так как компаратор может ложно переключиться под действием помехи с малым напряжением, наложенной на полезный сигнал. Это явление получило название "дребезга компаратора". Особенно это явление проявляется при малой скорости изменения входного сигнала. Для повышения помехоустойчивости работы в схему компаратора вводят положительную обратную связь.

Компараторы на ОУ позволяют сравнивать сигналы с порогом

чувствительности, равным десяткам микровольт, при времени переключения порядка единиц микросекунд. Специализированные интегральные компараторы имеют несколько худший порог чувствительности (порядка сотен микровольт) при меньшем времени переключения (порядка сотен наносекунд).