Микроэлектронные компараторы и преобразователи уровня

Компараторы по техническим решениям являются специализированными ОУ. По функциональному признаку они занимают промежуточное положение между аналоговыми и цифровыми устройствами. Компараторы можно рассмотреть как простейшие АЦП. Они имеют два аналоговых входа, один или два цифровых выхода. Наличие у компараторов двух входов позволяет использовать их в качестве устройств, осуществляющих сравнение измеряемого напряжения (U_вх) с опорным напряжением (U_оп). Алгоритм работы компаратора описывается выражениями:

, если (4.3)

, если (4.4)

Рисунок 4.2 – Простейший компаратор

Рисунок 4.3 – Компаратор на основе ОУ с положительной обратной связью

Простая схема и его передаточная характеристика имеют вид в соответствии с рисунком 4.2.

Опорное напряжение представляет собой неизменное по величине напряжение. Входное напряжение изменяется во времени. При достижении входным напряжением уровня опорного напряжения U_W происходит изменение полярности напряжения на выходе от значения U₁ до значения U₂.

Широкое применение находит компаратор на основе ОУ с положительной обратной связью (ПОС), схема которого и его передаточная характеристика имеют вид в соответствии с рисунком 4.3. Здесь ПОС осуществляется с помощью резисторов R₁ и R₂. Такой компаратор получил название триггера Шмидта. Передаточная характеристика такого компаратора обладает гистерезисом, что объясняется наличием цепи ПОС. Переключение схемы в состояние U₂ происходит при достижении входным напряжением уровня U_СР, а возвращение в исходное состояние U_ВЫХ = U₁ – при снижении входного напряжения до напряжения отпускания U_ОТП.

Значение входных пороговых напряжений определяются по формулам:

, (4.3)

. (4.4)

Определим ширину зоны гистерезиса:

. (4.5)

Важнейшим показателем ОУ является их быстродействие, оцениваемое задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения. Задержка срабатывания оценивается задержкой выходного импульса.

Основная область применения компараторов – пороговые устройства. Компараторы находят также применение в автогенераторах, пиковых детекторах, в устройствах считывания сигналов магнитной и полупроводниковой памяти.