Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 [ 159 ] 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

Времена срабатывания компараторов обычно составляют от 1 мкс до 10 нс. Коэффициент усиления компараторов без обратной связи может быть от 3000 до 100 ООО, так что размах входного напряжения, необходимый, чтобы вызвать на выходе переход из одного в другое состояние насыщения, должен составить от О 1 до 3 мВ.

Напряжение смещения Vqs является еще одной важной характеристикой компаратора, поскольку оно приводит к сдвигу точки переключения во входном напряжении от Vref к Кнр -f. + Vos- Напряжение смещения компараторов, как правило, составляет от 1 до 10 мВ,

7.2. Компараторы с положительной обратной связью

Поскольку компараторы используются не как линейные усилители, а как ключевые устройства, в них может успешно применяться положительная обратная связь, чтобы увеличить коэффициент усиления и получить некоторый гистерезис в переходной характеристике Vq (V,). Увеличение коэффициента усиления приводит к тому, что амплитуда входного напряжения, необходимого для переключения компаратора, сокращается до очень малой величины.

Схема компаратора с положительной обратной связью приведена на рис. 7.4, а, а на рис. 7.4, б показана его передаточная характеристика. Уровень входного напряжения, при котором происходит переключение уровня выходного напряжения из низкого в высокий, определяется выражением

Vi (l-h) = (Vref/?i + VlR2)I{Rx + R2), (7.1)

a формула для входного напряжения, необходимого для переключения из высокого уровня в низкий, записывается в виде

Vi (я-L) = (Vref;?! + VhR2)/{Ri + 2). (7-2)

Ширина петли гистерезиса задается выражением

Vw = (Vh - Vl) RARi + R»)- (-З)

В ряде случаев наличие петли гистерезиса необходимо для исключения неопределенности момента переключения компаратора, т. е. предотвращения «дребезга» (рис. 7.4, в). На рис. 7.4, г показана характеристика переключения при наличии петли гистерезиса. Если ширина петли гистерезиса Vvp превышает пиковые флуктуации входного напряжения, то момент переключения компаратора будет строго определенный, без «дребезга», показанного на рис. 7.4, в.

Использование положительной обратной связи для получения петли гистерезиса и увеличения коэффициента усиления с оО-



v„ о-


Коипаратср

-OVo

-"-t.-►

Петля гистерезиса

V, ILH)

V. (H L)

imnniuLJi

;W/7 -

V, tH-L) V. (L-H)

ис. 7.4, Компаратор с положительной обратной связью: а - схема; б-пв--Редаточная характеристика; в - характеристика переключения компаратора

ри отсутствии гистерезиса (без положительной обратной связи); г - характеристика переключения компаратора с петлей гистерезиса (положительная обратная связь).



ратной СВЯЗЬЮ особенно полезно, когда изменение входного напряжения происходит очень медленно вблизи уровня опорного напряжения. Если компаратор является частью большой системы управления с обратной связью, то при отсутствии петли гистерезиса могут возникать еще и осложнения, связанные с колебательным характером выходного напряжения.

Для иллюстрации рассмотрим простой пример. Пусть компаратор является частью термостатической системы управления. Выход компаратора используется для управления нагревательным элементом, а входное напряжение пропорционально температуре. Пусть первоначально температура ниже требуемой, в этом случае входное напряжение компаратора меньше опорного и на его выходе будет высокий уровень сигнала, который обеспечивает включение нагревательного элемента. Рост температуры приведет к соответствующему увеличению входного напряжения компаратора. При отсутствии петли гистерезиса через некоторое время входное напряжение превысит опорное напряжение, при этом выход компаратора переключится в состояние с низким уровнем сигнала и нагревательный элемент выключится. После некоторого уменьшения температуры нагревательный элемент опять включится и т. д. Следовательно, будут происходить кратковременные циклы включения-выключения, которые будуг продолжаться неограниченно долго с достаточно большой частотой, так как для переключения компаратора достаточно незначительных флуктуации температуры относительно устанавливаемого значения. Такие частые циклы включения -выключения, как правило, очень нежелательны, и существенного их сокращения можно добиться путем введения в передаточную характеристику петли гистерезиса необходимой ширины.

7.3. Схемотехника компаратора

Внутренняя схемотехника компараторов во многом схожа со схемотехникой ОУ, особенно в построении входного каскада дифференциального усилителя. Наибольшие различия проявляются в выходных каскадах.

В качестве примера рассмотрим ИС LM139, LM239 и LM339 (фирма National Semiconductor). Это счетверенные компараторы, которые содержат четыре электрически независимых компаратора на одной подложке (в корпусе типа DIP или в планарно.м корпусе).

Схема компаратора представлена на рис. 7.5. Отметим, что входной каскад практически аналогичен входному каскаду ОУ LM124, LM224, LM324 (см. рис. 36.2). Так же как и эти , компаратор может работать от одиночного источника питания положительной полярности, в то же время он может работать и



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 [ 159 ] 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193