Дифференциальный компаратор

January 15, 2012 by admin Комментировать »

В электронике часто требуется выполнить сравнение, чтобы решить, больше напряжение сигнала, чем определенный опорный уровень, или меньше. Простейший пример — это указатель полярности, в котором роль опорного уровня при сравнении играет общая шина (земля).

В качестве компаратора (сравнивающего устройства. — Примеч. перев.) можно использовать любой дифференциальный усилитель; в таком применении усилитель не охватывается отрицательной обратной связью (рис. 11.47). Большой коэффициент усиления в отсутствие обратной связи в данном случае означает, что медленно изменяющееся входное напряжение vbx будет вызывать быстрые изменения выходного напряжения увых, когда vbx достигает значения KREF. Например, увх может быть выходным сигналом фотодетектора, от которого требуется включать свет при наступлении сумерек; здесь значением VREF определяется момент, когда происходит включение.

На таком ОУ общего назначения, как ИС 741, можно собрать удобный компаратор для применения в громадном числе случаев. Основной недостаток этой ИС — малая скорость нарастания выходного напряжения, при которой время переключения оказывается относительно долгим (примерно 20 мкс). Много быстрее срабатывает ИС 748, применяемая без коррекции (время переключения <1 мкс), но это все еще слишком медленно для надежной работы многих логических схем. Другая проблема, относящаяся к сопряжению с логическими схемами, состоит в том, что полный размах выходного напряжения от Vcc+ до Fcc_ слишком велик и это неудобно.

ИС 311 — это готовый компаратор, специально приспособленный к тому, чтобы преодолеть эти затруднения и быть удобным в тех случаях, когда требуется сопряжение между аналоговыми и цифровыми системами. Внутри у него имеется ОУ, к выходу которого подключен транзистор, как показано на рис. 11.48. Так сконструированная схема может работать от

Рис. 11.48. Компаратор на основе ИС 311.

одного источника питания, давая — при указанном на рисунке напряжении питания +5 В — скачок 0/+5 В, совместимый с большинством цифровых логических схем. Выход транзистора с «открытым коллектором» предусматривает включение 1-килоомного резистора в качестве коллекторной нагрузки (резистор осуществляет подтягивание коллектора транзистора к шине питания). Типичное значение времени установления импульсного сигнала на выходе меньше 50 не.

У простой схемы с единственным источником питания (рис. 11.48) есть недостаток: ни vbx, ни KREF не могут иметь нулевое значение или становиться отрицательными; в противном случае, работа внутреннего ОУ нарушится из-за прохождения синфазного сигнала. Исправить это можно, соединив вывод 4 (Усс-) с шиной питания —5 В, а не с землей (0 В); тогда напряжения на обоих входах смогут колебаться в пределах, задаваемых значениями, примерно на 1 В меньшими каждого из напряжений питания. Вывод 1 остается соединенным с землей (0 В), чтобы выходной транзистор продолжал переключаться между 0 и +5 В. При наличии этих двух источников питания на вход KREF можно подать 0 В, превратив компаратор в детектор пересечения нуля, используемый при преобразовании переменного входного сигнала в последовательность импульсов для их подсчета в дальнейшем цифровой схемой.

Максимальные напряжения питания ±18 В на выводах 8 и 4 позволяют ИС 311 работать со входными сигналами с размахом до ±17 В. На выходной транзистор можно по-прежнему независимо подавать напряжение питания +5 В, сохранив совместимость с логическими схемами. Его способность отдавать в нагрузку ток 50 мА позволяет с его помощью непосредственно переключать лампы или реле.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты