Приложения компаратора

редактировать

A 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 выхода на одной или другой шине питания. При необходимости операционный усилитель можно использовать в качестве некачественного компаратора, но его скорость нарастания будет нарушена.

Содержание

1 Компаратор
2 Детектор порогового значения
3 Детектор пересечения нуля
4 Триггер Шмитта
5 Осциллятор релаксации
6 Ссылки

Компаратор

Бистабильный выход, который указывает, какой из двух входов имеет более высокое напряжение. То есть

V out = {VS + if V 1>V 2, VS - if V 1 < V 2, 0 if V 1 = V 2, {\displaystyle V_{\text{out}}={\begin{cases}V_{{\text{S}}+}{\text{if }}V_{1}>V_ {2}, \\ V _ {{\ text {S}} -} {\ text { if}} V_ {1}

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 $VS + {\ displaystyle V _ {{\ text {S}} +}}$ $V _ {{{\ text {S}} +}}$ и $VS - {\ displaystyle V _ {{\ text {S}} -}}$ $V _ {{{\ text {S}} -}}$ - это номинальные положительные и отрицательные напряжения питания (не показаны на диаграмме).

Пороговый детектор

Принципиальная схема порогового детектора с гистерезисом

Пороговый детектор с гистерезисом состоит из операционного усилителя и серии резисторы, обеспечивающие гистерезис. Как и другие детекторы, это устройство работает как переключатель напряжения , но с одним важным отличием. На состояние выхода детектора напрямую влияет не входное напряжение, а падение напряжения на его входных клеммах (здесь обозначается как Va). Согласно закону тока Кирхгофа, это значение зависит как от Vin, так и от выходного напряжения самого порогового детектора, умноженных на коэффициент резистора.

V a = R 1 R 1 + R 2 V in + R 5 R 1 + R 2 VTHR out {\ displaystyle V_ {a} = {R_ {1} \ over {R_ {1} + R_ {2}) }} V_ {in} + {R_ {5} \ over {R_ {1} + R_ {2}}} V_ {THRout}}

{ \ displaystyle 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 нуль, детектор с гистерезисом не переключается, когда Vin ноль, а на выходе 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 до того, как выходной сигнал детектора будет переключен. Регулируя значение R1, величина Vin, которая вызывает переключение детектора, может быть увеличена или уменьшена. Гистерезис полезен в различных приложениях. Он имеет лучшую помехозащищенность, чем датчик уровня, поэтому используется в интерфейсных схемах. Его положительная обратная связь имеет более быстрый переход, поэтому он используется в приложениях для измерения времени, таких как частотомеры. Он также используется в нестабильных мультивибраторах, используемых в таких инструментах, как генераторы функций.

Детектор пересечения нуля

Детектор пересечения нуля - это компаратор с нулевым опорным уровнем. Он используется для обнаружения пересечения нуля сигналов переменного тока. Он может быть выполнен из операционного усилителя с входным напряжением на его положительном входе (см. Принципиальную схему).

Когда входное напряжение положительное, выходное напряжение - положительное значение, когда входное напряжение отрицательное, выходное напряжение - отрицательное значение. Величина выходного напряжения - это свойство операционного усилителя и его источника питания.

Применения включают преобразование аналогового сигнала в форму, подходящую для использования для измерения частоты, в контурах фазовой автоподстройки частоты или для управления цепями силовой электроники, которые должны переключаться в определенном соотношении с переменным током. форма волны.

Этот детектор использует свойство, состоящее в том, что мгновенная частота волны FM приблизительно определяется как $fi = Δ t 2 {\ displaystyle f_ {i} = {\ frac {\ Delta t} {2}}}$ $f_ {i} = {\ frac {\ Delta t} {2}}$ где $Δ t {\ displaystyle \ Delta t}$ $\ Delta t$ - это разница во времени между соседними нулевыми переходами FM-волны

триггер Шмитта

A бистабильный мультивибратор, реализованный как компаратор с гистерезисом.

В этой конфигурации входное напряжение подается через делитель напряжения, образованный $R 1 {\ displaystyle {R_ {1}}}$ ${R_ {1}}$ и $R 2 {\ displaystyle {R_ {2}}}$ ${R_{2}}$ (которое может быть внутренним сопротивлением источника) к неинвертирующий вход, а инвертирующий вход заземлен или опорный. Кривая гистерезиса не инвертирующая, пороги переключения равны $± R 1 R 2 V sat {\ displaystyle \ pm {\ frac {R_ {1}} {R_ {2}}} V _ {\ text {sat} }}$ $\ pm {\ frac {R_ {1}} {R_ {2} }} V _ {{{\ text {sat}}}}$ где $V sat {\ displaystyle V _ {\ text {sat}}}$ $V _ {{{\ text {sat}}}}$ - максимальная выходная величина операционного усилителя.

В качестве альтернативы можно поменять местами источник входного сигнала и землю. Теперь входное напряжение подается непосредственно на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход заземляется или имеет опорный сигнал. Кривая гистерезиса инвертируется, и пороги переключения равны $± R 1 R 1 + R 2 V sat {\ displaystyle \ pm {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} V_ {\ text {sat}}}$ $\ pm {\ frac {R_ {1} } {R_ {1} + R_ {2}}} V _ {{{\ text {sat}}}}$ . Такая конфигурация используется в релаксационном генераторе, показанном ниже.

Осциллятор релаксации

Используя RC-цепь для добавления медленной отрицательной обратной связи к инвертирующему триггеру Шмитта, релаксация осциллятор формируется. Обратная связь через RC-цепь заставляет выход триггера Шмитта колебаться в виде бесконечной симметричной прямоугольной волны (т. Е. Триггер Шмитта в этой конфигурации представляет собой нестабильный мультивибратор ).

Ссылки