2014-02-24
2792
Интегральные операционные усилители находят широкое применение в импульсной технике. Уровни входного сигнала ОУ в импульсном режиме работы превышают значения, соответствующие линейной области амплитудной характеристики (см. рис. 15). В связи с этим выходное напряжение ОУ в процессе работы определяется либо напряжением U+нас, либо U –нас - ключевой режим работы.
Компаратор (compare – сравнивать) – устройство, сравнивающее два напряжения – входное Uвх с опорным Uоп. Опорное напряжение представляет собой неизменное по величине напряжение положительной или отрицательной полярности, входное напряжение изменяется во времени. Простейшая схема компаратора на операционном усилителе приведена на рис. 54, а.
Рисунок 54 – Компаратор на ОУ
а – схема, б - передаточная характеристика, в - УГО
Благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ компаратор переключается при очень малой разности входных напряжений Uвх - Uоп.
При достижении входным напряжением уровня опорного напряжения происходит изменение полярности напряжения на выходе ОУ, например с U+нас на U -нас - рис. 54, б. При Uвх < Uоп на выходе U+нас, при Uвх > Uоп на выходе U –нас.
На рис. 55 показаны входные напряжения компаратора, причем принято, что Uвх1 - синусоидальное напряжение, а Uвх2 – постоянное (опорное). Компаратор переключается в моменты равенства Uвх1 = Uвх2, и выходное напряжение имеет форму прямоугольных импульсов. Ширина этих импульсов при заданной амплитуде синусоиды зависит от величины Uвх2. Таким образом, простейший компаратор может служить преобразователем синусоидального напряжения в прямоугольное. В этой же схеме осуществляется преобразование напряжения Uвх2 в длительность импульса tи.
Рисунок 55 - Напряжения на входе и выходе компаратора
Наряду с простейшей схемой компаратора находит широкое применение схема компаратора с ПОС (рис. 56, а), называемая также пороговым элементом или триггером Шмитта. В такой схеме уровни включения и выключения не совпадают. В схеме применена ПОС через цепочку R1R2, а входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ.
На рис. 56, 6 построена передаточная характеристика этого компаратора. При значительном отрицательном напряжении на инвентирующем входе ОУ Uвых = Uвых max.
При увеличении входного напряжения в момент Uвх ≈ Uнеинв. (Uср – срабатывания или порога) компаратор переключается в состояние Uвых = U -вых max. Соответственно при уменьшении входного напряжения происходит обратный процесс.
Наличие ПОС ускоряет переключения компаратора, так как процесс переключения будет иметь лавинообразный процесс. Такой ускоренный ход переключения какого-либо устройства под действием ПОС носит название регенеративного процесса. Передаточная характеристика компаратора рис. 56, б имеет гистерезисный характер и переключение компаратора при увеличении и уменьшении Uвх происходит при разных напряжениях.
Рисунок 56 - Схема компаратора с положительной обратной связью (а) и его передаточная характеристика (б)
