Нелинейные режимы работы ОУ. Компаратор

Рассмотрим работу ОУ в нелинейном режиме. Рассмотренный раннее анализ относится к линейной части передаточной характеристики ОУ. Однако возможен вариант, когда ОУ выходит в зону насыщения ‌ U_вх1-U_вх2 ‌ =ΔU_вх>U_гр., Таким образом, передаточная характеристика содержит участок положительного насыщения ΔU_вх>U_гр., U_вых.=U_{вых.мах.} и отрицательного насыщения ΔUвх<-Uгр_., U_вых.= -U_{вых.мах.} Так как в реальных ОУ коэффициент усиления весьма значителен, то U_гр. мало, можно считать, что при U_вх1-U_вх2>0, U_вых=U_{вых.мах.,}при U_вх1-U_вх2<0, U_вых= - U_{вых.мах} Таким образом, выходное напряжение зависит от того какое из напряжений большее и ОУ является схемой сравнения напряжений (компаратором) Пример работы компаратора (рис.4.4.)

Рис.4.14.

Наряду с простейшей схемой компаратора находит широкое применение схема компаратора с ПОС, пороговый элемент или триггер Шмитта.. Эта схема показана на рис.

Здесь применена положительная обратная связь через цепочку R₁R2, а входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ.

Рис.4.15

. На рис.4.15 построена передаточная характеристика ОУ. Поясним ее ход. При значительном отрицательном напряжении на инвертирующем входе ОУ U_вых=U_{вых.мвх.}. Напряжение U_пр. на прямом входе вызвано воздействием U_вых.и U₀. Найдем его методом суперпозиции, учитывая, что для обоих напряжений цепочка R₁ R₂ выполняет роль делителя.

Компаратор будет в режиме насыщения при U_вх<U_*1.При U_вх=U_*1. Произойдет переключение компаратора. Остановимся на этом процессе более подробно. При выходное напряжение ОУ начнет уменьшаться. Отрицательное приращение по цепочке ПОС поступит на прямой вход ОУ, и появится отрицательное приращение. ОУ усилит это приращение и на выходе появится │ΔU_вых│>│ΔU_вых│ которое вновь вызовет изменение напряжения на прямом входе. Процесс будет развиваться лавинообразно и завершится, когда достигнет значения U_вых= - U_{вых.мах}. Таким образом, ПОС ускоряет процесс переключения компаратора. Такой ускоренный ход переключения какого-либо устройства под действием ПОС носит название регенеративного процесса. При U_вых= - U_{вых.мах}

Отрицательное насыщение ОУ будет сохраняться при U_вх>U_*2. При уменьшении U_вх до значения U_*2 произойдет новое переключение компаратора, процесс опять будет развиваться регенеративно и выходное напряжение мгновенно достигнет значения U_{вых.мах}. Таким образом, передаточная характеристика компаратора имеет гистерезисный характер и переключение компаратора при увеличении и уменьшении U_вх происходит при различных напряжениях U_*1, U_*2. Ширина петли гистерезиса (U_*1-U_*2) увеличивается с увеличением отношения R₁/R₂.

55. В схеме мультивибратора исключить диод V2. Найдите выражение для расчета величин t_и,t_п,Q в такой схеме.

Мультивибратором – наз. генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала.

Рис.4.18..

Найдем t_и и t_п. Для этого воспользуемся анализом схемы заряда конденсатора, проведенным раннее.

Для нахождения рассмотрим заряд конденсатора С от источника E=U_{вых.мах} с постоянной времени τ=R₁C. Процесс начинается при U_с(0)= - U₀ (момент t₃) и завершается при U_с(t_и)=U₀. Получи

Учитывая зависимость U₀от U_выхмах получим

t_и=Cln(1+2R₄/R₃)

Интервал паузы tп найдем при рассмотрении перезаряда конденсатора С от источника E= - U_выхмах с постоянной времени τ=R₂C, U_c(0)=U₀, U_c(t_п) = - U₀. Получим