6.4 Компаратор

В импульсной технике широко применяется ОУ при его работе в нелинейном режиме. Ранее мы рассматривали работу ОУ в линейном усилительном режиме. Как только входной сигнал превышает значение, допустимое для зоны линейности , выходное напряжение ОУ ограничено значением . Это ограничение напряжения вызвано тем, что при больших сигналах транзисторы выходных каскадов ОУ работают в ключевом режиме, при этом предельно достижимое выходное напряжение не на много меньше ЭДС источника. Таким образом, передаточная характеристика ОУ содержит участок положительного насыщения , когда ΔU_вх >U_гр (ΔU_вх=U_вх1 - U_вх2) и отрицательного насыщения , когда ΔU_вх <- U_гр. Поскольку коэффициент усиления ОУ очень велик ( ), то U_гр. весьма мало. В реальных ИМС – не более нескольких милливольт. Значит выходное напряжение ОУ зависит от того, какое из входных напряжений больше, т.е. ОУ является схемой сравнение напряжений и это его свойство используется в компараторах.

Компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения двух напряжений. Компаратор изменяет уровень выходного напряжения, когда уровни непрерывно изменяющихся входных сигналов становятся равными. Компаратор также называют нуль-органом, так как в момент срабатывания сигнал на входе U=U_вх2-U_вх10.

На практике наиболее широкое распространение имеет компаратор, у которого уровни включения и выключения не совпадают, такая схема носит название порогового элемента или триггера Шмитта. Схема однопорогового компаратора на ОУ без цепи обратной связи, у которого напряжения включения и выключения совпадают, приведена на рис. 6.4, а, его передаточная характеристика - на рис. 6.4., б.

Рис. 6.4. Схема интегратора на ОУ (а) и его передаточная характеристика (б)

Входной изменяющийся сигнал U_вх подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подключается к общей шине устройства через источник эталонного напряжения E_эт. В этом случае при идеальном ОУ (R_вх) напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами достигнет нулевого уровня, когда уровень и полярность входного напряжения будут в точности равны параметрам эталонного напряжения. В этот момент произойдет срабатывание компаратора, на выходе вместо +U_вых max получаем -U_вых max. Напряжение E_эт называют порогом срабатывания

Контрольные вопросы

1. Какой режим работы транзистора называется ключевым?

2. Какие Вы знаете способы использования транзистора в режиме ключа ?

3. Как выглядит передаточная характеристика ОУ ?

4. Приведите примеры применения ОУ,?

5. Что называют компаратором и триггером Шмитта?

Вывод. Изучается работа транзистора в режиме ключа. Рассматриваются схемы электронных устройств, использующих этот ключевой режим на примере мультивибратора как генератора прямоугольных импульсов и компаратора, обеспечивающего сравнение двух напряжений.

7. Логические и цифровые устройства

7.1 Общие сведения

Логические элементы (ЛЭ) – это электронные приборы, выполняющие простейшие логические операции. В настоящее время промышленность выпускает такие элементы в основном в интегральном исполнении. ЛЭ используются в большинстве цифровых ИМС, являясь их основными элементарными кирпичиками, которые во многом определяют параметры ЦИМС (цифровых интегральных микросхем).

Анализ работы логических ИМС базируется на использовании аппарата математической логики. Все переменные в алгебре логики принимают только два значения: «единица» и «ноль», и любые математические действия над этими переменными обеспечивают результат также либо в виде «1» либо «0». ЛЭ дают возможность изображать логические переменные с помощью электрических сигналов (напряжения или тока). Используются два возможных способа представления логической переменной: потенциальный и импульсный. При потенциальном способе «1» и «0» соответствуют два различных уровня напряжения; при импульсном – значениям «1» и «0» соответствует появление или непоявление импульса в определенные промежутки времени. Наибольшее распространение получил потенциальный способ. При потенциальном способе задания различают положительную и отрицательную логику. При положительной логике высокий уровень напряжения соответствует «1», низкий – «0»; при отрицательной логике – наоборот.

Логические ИМС представляют собой, как правило, электронные ключи, имеющие в общем случае m входов и n выходов и реализующие ту или иную логическую функцию.

Логические ИМС отличаются большим разнообразием. Широко используется их классификация: 1) по выполняемым логическим функциям (операциям); 2) по типу транзисторов на которых они построены.