3.2 Поняття про ідеальний компаратор

Операційний підсилювач підсилює різницю напруги між його двома входами в К разів. Тобто, вихідна напруга в ідеального ОП буде [Е(+)-Е(-)]-К. Однак, в реального ОП максимальна вихідна напруга обмежена напругою живлення та спадом напруги на напівпровідникових переходах вихідного каскаду. Максимальне значення, якого досягає вихідна напруга ОП буде ±Uнac. В ОП загального призначення Uнас приблизно на 2 В менша за напругу живлення. Тобто якщо ОП живиться напругою ±15В, то Uнас ≈ ±13В [11].

Чутливість до напруги на вході (+)

На схемі рис. 3.4, а на вхід (-) подана опорна напруга нуля. Напруга Евх, на яку повинна реагувати схема, прикладена до входу (+). У вхідному колі компаратора Евх порівнюється з нульовою опорною напругою, і вихідний сигнал визначає, додатна чи від'ємна вхідна напруга щодо опорної.

Як видно з рис. 3.4,б, Евх додатна протягом часу від 0 до А. Потенціал входу(+) буде в цей час вищим відносно потенціалу входу(-), так що Uвux буде дорівнювати +Uнас. У тому випадку, коли Евх від'ємна (протягом часу від А до В), Uвux дорівнює -Uнас, оскільки потенціал входу (+) при цьому нижчий потенціалу входу(-). Таким чином, Uвux показує нам, коли Евх додатна чи від'ємна відносно нульової опорної напруги. Крім того, перехід Uвux з одного стану в інший показує, коли й у якому напрямку Евх перетинає рівень опорної напруги. Коли Евх перетинає опорний рівень, рухаючись в позитивному напрямку (як це має місце в моменти часу 0 і В), Uвux стає також позитивною. Якщо Uвux стає негативною (момент А), це означає, що Евх тільки що перетнула рівень опорної напруги у від'ємному напрямку.

Чутливість до напруги на вході (-)

На рис.3.5, а нульова опорна напруга (земля) подана на вхід(+), а Евх прикладена до входу (-). У вхідному колі компаратора Евх порівнюється з опорним нулем. Як показано на рис. 3.5,б, в даному випадку Uвux стає рівною -Uнас при додатній Евх, тобто на проміжку від 0 до А. Протягом часу від А до В, коли Евх нижча за нульовий опорний рівень, Uвux дорівнює +Uнас.

а б

а – схема компаратора,

б – часові діаграми роботи компаратора

Рисунок 3.4- Схема включення ОП як компаратора, чутливого до переходу сигналу через 0

3.3 Детектори ненульового рівня

Детектор рівня напруги

Схеми компараторів, показані на рис. 3.4 і 3.5, можна використовувати також для порівняння напруги з опорним ненульовим рівнем. У схемі рис. 3.6,а до входу (-) ОП прикладена опорна напруга +2 В. У випадку коли вхідна напруга Евх менша за Uon, Uвux дорівнює -Uнac, оскільки напруга на вході (+) відносно напруги на вході(-) від'ємна. При перевищенні Евх заданого значення Uon, напруга на вході (+) стає вищою відносно напруги на вході (-) і Uвux отримує значення +Uнас. Як видно з рис. 3.6, б, Uвux показує, більша чи менша Евх за Uon; у момент переходу Uвux з одної напруги насичення до іншої Евх дорівнює Uon.

Отже: коли Uвux=-Uнac, Евх більша за 0 В; якщо Uвux=+Uнac, Евх менша за 0 В. Схеми компараторів на рис. 3.4 і 3.5 називають детекторами нуля.

а б

а – схема компаратора,

б – часові діаграми роботи компаратора

Рисунок 3.5 - Компаратор, чутливий до переходів сигналу через 0

Якщо до виходу ОП приєднати два зустрічно включених світлодіоди, то до моменту переходу напруги Uвux з одної напруги насичення до іншої горітиме один світлодіод, а в момент переходу він погасне і загориться інший. Це дасть змогу візуально спостерігати роботу компаратора.

а б

а – схема детектора,

б – часові діаграми роботи детектора

Рисунок 3.6- Детектор рівня напруги і форми сигналів на вході і виході схеми

Л Е К Ц І Я № 5