Компараторы (схемы сравнения)

Компараторами в общем случае называются устройства, осуществляющие сравнение измеряемого входного напряжения U_вх с некоторым опорным напряжением U_оп. Компараторы называют еще нуль-органами, т.к. они меняют свое состояние при U_вх-U_оп 0. Компараторы широко применяются в системах автоматического управления и в измерительной технике, а также в качестве базового элемента для построения устройств импульсного и цифрового действия.

Простейшая схема компаратора может быть построена на обычном ОУ ( рис. 4.2.3. а).

а) б)

Рис. 4.2.3. а) Схема компаратора на ОУ; б) Передаточная характеристика ОУ.

Действительно, на передаточной характеристике ОУ, изображенной на рисунке 4.2.3., б, мы ранее ограничивались рассмотрением линейного участка АОВ при (U_вх1-U_вх2)=ΔU_вх<U_гр, т.е. при условии малых сигналов на входах ОУ. При

ΔU_вх>U_гр

выходное напряжение ОУ ограничено значением ±U_выхmax, т.к. транзисторы выходных каскадов ОУ при больших сигналах работают в ключевом режиме (т.е. U_выхmax чуть меньше Е_п).

Т.к. К_u ОУ весьма велик, то

весьма мало. В идеале К_u →∞ и U_гр→0. Реально в ИМС U_гр не более нескольких милливольт. Т.е. можно сделать вывод, что на линейном участке U_вх1-U_вх2 0;

таким образом, получаем, что при

U_вх1-U_вх2>0 (т.е. U_вх1>U_вх2) U_вых=+U_{выхmax ,}

а при U_вх1-U_вх2<0 U_вых=-U_{выхmax .}

Выходное напряжение ОУ при |U_вх1-U_вх2|>U_гр

зависит от того, какое из входных напряжений больше. Или иными словами ОУ является в этом случае схемой сравнения (компаратором). Если положить U_вх2=const, U_вх1=Usinώt,

то работа ОУ в режиме компаратора иллюстрируется с помощью рисунке 4.2.4. Компаратор переключается в моменты равенства U_вх1=U_вх2 и напряжение на выходе имеет форму прямоугольных импульсов. Естественно, что при постоянной амплитуде и частоте синусоиды длительность импульсов зависит от величины U_{вх2 ,} играющего роль опорного напряжения.

Рис.4.2.4.Временные диаграммы, поясняющие работу ОУ в режиме компаратора