Двухпороговый компаратор

Двухпороговый компаратор (или компаратор "с окном") фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона. Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть операции логического умножения (Рисунок 7 а). Как показано на Рисунок 7 б, на выходе логического элемента единичный уровень сигнала будет иметь место тогда, когда выполняется условие U₁<U_вх< U₂, так как в этом случае на выходах обоих компараторов будут единичные логические уровни. Такой компаратор выпускается в виде ИМС А711 (отечественный аналог - 521СА1).

Рисунок 7 -Схема двухпорогового компаратора (а) и диаграмма его работы (б)

Компаратор с окном может быть построен по схеме, показанной на Рисунок8.

Рисунок 8 - Компаратор с окном

Примечание. Для компаратора с двумя источниками питания в случае, когда U_ВТО и U_НТО отрицательны, землей может служить источник- U.

U_BX > U_ВТО, U_BX<U_НТО - высокое выходное напряжение;

U_ВТО > U_BX > U_НТО - низкое выходное напряжение;

U_ВТО=U_ОП [(R₂+ R₃)/(R₁ + R₂ + R₃)],

U_НТО = U_ОП[R₃/(R₁ +R₂+R₃)].

Высокое значение опорного напряжения называется напряжением верхней точки опрокидыва­ния (верхний порог срабатывания) U_ВТО, а низкое — напряже­нием нижней точки опрокидывания U_НТО (нижний порог сра­батывания).

Данный компаратор выдает выходной сигнал, лишь, если входной сигнал имеет зна­чение в промежутке между напряжениями верхней и нижней точек опрокидывания или, иначе, если входной сигнал превышает напряжение нижней точки опрокидывания и не достигает напряжения верхней точки опрокидывания. Компаратор с окном может быть использован для проверки верхней и нижней границ изменения напряжения электронных приборов.

Например, если предполагается, что значение выходного сигнала прибора, подлежащего испытанию, находится в пределах между 4,8 и 5,2 В, то у ком­паратора устанавливается U_ВТО = 5,2 В, а U_НТО = 4,8 В.

Если выходной сигнал превышает 5,2 В, то выходное напряжение ОУ—У₁будет иметь высокий уровень; если выходной, сигнал имеет значение, мень­шее 4,8 В, то выходное напряжение OУ — У₂ становится высоким. Если вы­ходной сигнал испытуемого прибора находится в пределах 4,8 и 5,8 В, то выходной сигнал обоих ОУ (У₁ и У₂) будет иметь низкий уровень. Диоды Д образуют вентиль ИЛИ по отношению к выходам У₁ и У₂. Таким образом, если у одного из двух усилителей выходное напряжение имеет высокое значение, то и выходной сигнал схемы также высок.[2]

Пример 1. Построить компаратор с окном по схеме Рисунок8, используя компаратор типа LM3I1. Напряжение U_ВТО = 6 В, U_НТО = 5 В, U_ОП = + U =12В;нет необходимости в стробированнн; R_Н = 2 кОм.

Условия работы компаратора:

U_BX > U_ВТО, U_BX < U_НТО ^— высокий уровень выходного сигнала,

U_ВТО > U_BX > U_НТО ^— низкий уровень выходного сигнала.

U_ВТО=U_ОП [(R₂+ R₃)/(R₁ + R₂ + R₃)],

U_НТО = U_ОП[R₃/(R₁ +R₂+R₃)].

Замечание: Вместо потенциала земли на схему подается -- U (компараторы с двумя источниками питания), если U_ВТО или U_НТО не положительно. Решение: Так как стробирование не требуется, то вход стробирующего сигнала у LM311 присоединяется к выводу 5. При R_Н = 2 кОм схема LM31I может обеспечить требуемый выходной ток с запасом. Поэтому остается толь­ко вычислить значения R₁, R₂ и R₃ и выполнить соответствующие соединения.

Пусть ток делителя I_ДЕЛ = 0,5 мА. Тогда

R₁ = (U_ОП - U_ВТО)/ I_ДЕЛ=(12 В-6 В)/0,5 мА=12 кОм,

R₂ = (U_ВТО– U_НТО)/ I_ДЕЛ=(6 В-5В)/0,5 мА=2 кОм,

R₃ =U_НТО/ I_ДЕЛ5В/0,5 мА=10 кОм.