Приложения сравнения

Компаратор — это электронный компонент, который сравнивает два входных напряжения. Компараторы тесно связаны с операционными усилителями , но компаратор предназначен для работы с положительной обратной связью и с насыщением его выходного сигнала на одной или другой шине питания. При необходимости операционный усилитель можно использовать в качестве плохо работающего компаратора, но скорость его нарастания будет снижена.

Компаратор

Бистабильный выход, указывающий, на каком из двух входов напряжение выше. То есть,

V_{\text{out}}={\begin{cases}V_{{\text{S}}+}&{\text{if }}V_{1}>V_{2},\\V_{{\text{S}}-}&{\text{if }}V_{1}<V_{2},\\0&{\text{if }}V_{1}=V_{2},\end{cases}}

где $V_{{\text{S}}+}$ и $V_{{\text{S}}-}$ номинально являются положительным и отрицательным напряжениями питания (не показаны на схеме).

Пороговый детектор

Пороговый детектор с гистерезисом состоит из операционного усилителя и ряда резисторов , обеспечивающих гистерезис. ^{[ 1 ]}^: 5^{[ 2 ]}^: 7^{[ 3 ]} Как и другие детекторы, это устройство выполняет функцию переключателя напряжения , но с важным отличием. На состояние выхода детектора напрямую влияет не входное напряжение, а падение напряжения на его входных клеммах (здесь обозначаемое Va). Согласно закону тока Кирхгофа , это значение зависит от Vin и выходного напряжения самого порогового детектора, умноженных на коэффициент сопротивления резисторов.

V_{a}={R_{1} \over {R_{1}+R_{2}}}V_{in}+{R_{5} \over {R_{1}+R_{2}}}V_{THRout}

В отличие от детектора перехода через ноль, детектор с гистерезисом не переключается, когда Vin равен нулю; скорее, выходной сигнал становится Vsat+, когда Va становится положительным, и Vsat-, когда Va становится отрицательным. Дальнейшее изучение уравнения Va показывает, что Vin может превышать ноль (положительный или отрицательный) на определенную величину, прежде чем выходной сигнал детектора переключится. Регулируя значение R1, можно увеличить или уменьшить величину Vin, вызывающую переключение детектора. Гистерезис полезен в различных приложениях. Он обладает лучшей помехоустойчивостью, чем детектор уровня, который используется в интерфейсных схемах. Его положительная обратная связь имеет более быстрый переход, поэтому его используют в приложениях для измерения времени, таких как частотомеры. Он также используется в нестабильных мультивибраторах, встречающихся в таких инструментах, как функциональные генераторы.

Детектор перехода через ноль

Детектор перехода через ноль представляет собой компаратор с опорным уровнем, установленным на нуле. Он используется для обнаружения пересечения нуля сигналов переменного тока. Его можно сделать из операционного усилителя с входным напряжением на его плюсовом входе (см. принципиальную схему). ^{[ нужны разъяснения ]}.

Когда входное напряжение положительное, выходное напряжение имеет положительное значение; когда входное напряжение отрицательное, выходное напряжение имеет отрицательное значение. Величина выходного напряжения является свойством операционного усилителя и его источника питания.

Приложения включают преобразование аналогового сигнала в форму, пригодную для измерения частоты, в системах фазовой автоподстройки частоты или управления схемами силовой электроники, которые должны переключаться с определенным соотношением с формой сигнала переменного тока.

Этот детектор использует то свойство, что мгновенная частота FM- волны приблизительно определяется выражением $f_{i}={\frac {\Delta t}{2}}$ где $\Delta t$ - это разница во времени между соседними пересечениями нуля FM-волны.

^{[ 4 ]}

Триггер Шмитта

Бистабильный мультивибратор реализован в виде компаратора с гистерезисом .

В этой конфигурации входное напряжение подается через делитель напряжения, образованный ${R_{1}}$ и ${R_{2}}$ (которое может быть внутренним сопротивлением источника) к неинвертирующему входу, а инвертирующий вход заземлен или привязан к нему. Кривая гистерезиса неинвертирующая, пороги переключения $\pm {\frac {R_{1}}{R_{2}}}V_{\text{sat}}$ где $V_{\text{sat}}$ — наибольшая выходная величина операционного усилителя.

Альтернативно, источник входного сигнала и землю можно поменять местами. Теперь входное напряжение подается непосредственно на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход заземляется или заземляется. Кривая гистерезиса инвертирующая, а пороги переключения $\pm {\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}V_{\text{sat}}$ . Эта конфигурация используется в генераторе релаксации, показанном ниже.

Релаксационный осциллятор

Используя RC-цепь для добавления медленной отрицательной обратной связи к инвертирующему триггеру Шмитта , релаксационный генератор формируется . Обратная связь через RC-цепь заставляет выходной сигнал триггера Шмитта колебаться в виде бесконечной симметричной прямоугольной волны (т. е. триггер Шмитта в этой конфигурации представляет собой нестабильный мультивибратор ).

Ссылки

^ «Рекомендации по применению Ан-49, Ред. А» (PDF) . Аналоговые устройства . Проверено 26 августа 2017 г.
^ Чаниотакис; Кори (2006). «MIT OCW: Схемы операционных усилителей: компараторы и положительная обратная связь» (PDF) . Массачусетский технологический институт . Проверено 26 августа 2017 г.
^ Кей, Арт; Клейкомб, Тимоти (2014). «Эталонный проект компаратора с гистерезисом» (PDF) . Техасские инструменты . Проверено 26 августа 2017 г.
^ Замечания по применению Elliott Sound Products : Детекторы пересечения нуля и компараторы

[1] «Рекомендации по применению Ан-49, Ред. А» (PDF) . Аналоговые устройства . Проверено 26 августа 2017 г.

[2] Чаниотакис; Кори (2006). «MIT OCW: Схемы операционных усилителей: компараторы и положительная обратная связь» (PDF) . Массачусетский технологический институт . Проверено 26 августа 2017 г.

[3] Кей, Арт; Клейкомб, Тимоти (2014). «Эталонный проект компаратора с гистерезисом» (PDF) . Техасские инструменты . Проверено 26 августа 2017 г.

[4] Замечания по применению Elliott Sound Products : Детекторы пересечения нуля и компараторы

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]