lektsia7i8

1.

АНАЛОГОВЫЕ КОМПАРАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Компаратор – это специальная схема, предназначенная для сравнения двух входных
напряжений – Uвх1 и Uвх2 – и получения выходного напряжения
Uвых = Umах, если Uвх1 > Uвх2, и Uвых = Umin, если Uвх1 < Uвх2, или наоборот, где Umin и
Umax – два фиксированных значения выходного напряжения, определяемые
напряжением источника питания.
Uвых
+Uп
Uвых
+Uп
Uвх
Uвх
Передаточная характеристика
компаратора при однополярном
напряжении питания
Uп
Передаточная характеристика при
двухполярном напряжении питания

2.

Схемы сравнения в нулевой точке
Uвых
−
Uвх
+
Uвых
+Uнас
Uвх
-Uнас
−
Uвх
Uвых
Uвых
+Uнас
+
Uвх
Uнас

3.

Схемы сравнения в ненулевой точке

4.

Uп, Uс
Uп
t
Umax
Uвых
Umin
Umin
t
Характеристика переключения компаратора при отсутствии петли
обратной связи
Uпв, Uпн
Uв н
Uн в
t
Uвых
Uв(Umax)
Uн(Umin)
Характеристика переключения компаратора при наличии
петли обратной связи
t

5.

• Дребезг – многократное переключение
компаратора при Uвх1 Uвх2
• Для борьбы с дребезгом используется
положительная обратная связь ПОС, на
графике передаточной характеристики
возникает петля гистерезиса

6.

Uвых
Uвх
Umax (UВТО)
−
Uвых
+
Петля
гистерезиса
Uп
R1
(UНТО) Umin
UНТО
R2
Схема компаратора с положительной
обратной связью
R U
U ВТО 2 нас
R1 R 2
UВТО
Uвх
Передаточная характеристика компаратора с
положительной
обратной связью при однополярном
питании
R 2 ( U нас )
U НТО
R1 R 2
(U max -U min )R 2
UП
R1 R 2

7. Применение компараторов

• 1) как часть преобразователя
аналогового в цифровой сигнал, в
схемах АЦП
• 2) в цифровых измерительных
приборах
• 3) в схемах широтно-импульсной
модуляции (ШИМ)

8. Простейшая интегрирующая цепь

t
t
1
1
U с i c dt U c U вых
U вх dt
С0
RC 0
R
Uвх
С
Uвых

9.

Uвх
Uвх
tи
t1
t2
t
Uвых
Uвых
Uм
Uм
Uм
t2
t1
t
вых
tи
t1
t2
t2
3
t
t
1
Ut
t
U вых
Udt
U
RC t1
RC
t
U вых U c U твх 1 e τ

10.

Uвх
t1
t2
t
t1
t2
t
Uвых
1
1
1 2
U вых
U вх dt
tdt
t
RC
RC
RC

11.

Простейшая дифференцирующая цепь
Uс
С
Uвх
R
Uвых
dU c (t)
ic C
dt
dU c (t)
dU c (t)
dU вх (t)
U вых i c R RC
τ
τ
dt
dt
dt

12.

Uвх
Uс
Uвых
t1
t
t1
t
t1
t
Реакция дифференцирующей
цепи на ступенчатый входной сигнал

13.

Uвх
tи
Uс
t1
t1
Uвых
t
1 t
2 < 1
2
t2
t1
t
Реакция дифференцирующей
цепи на линейно-изменяющееся напряжение

14.

Uвх
Uс
tи
Uм
t2
t1
t
Uм
Uвых
t1
t2
t
Uм
t
Реакция дифференцирующей
цепи на прямоугольный импульс

15.

Интегратор на ОУ
S
C
Rо.с
Uвх
R
Iсм
Q
U
dQ
dU
iC
C
dt
dt
С
dQ
dU C
iC
C
iR
dt
dt
Uд
Uвых
Uд 0
U с U вых
dU вых U вх
iс С
iR
dt
R
1
dU вых
U вх dt
RC
U вых
1
U ВХ dt
RC

16.

17. Борьба с дрейфом

• 1) если интегратор – это часть большой
схемы с ООС, то эта ОС компенсирует
дрейф
• 2) Rос, если сигнал f>1 Гц, Iсм
замыкается через Rос в обход С,
• Rос=1 МОм
• 3) ключ S, если сигнал – постоянный
ток, замыкая S периодически
разряжаем конденсатор

18. Частотная характеристика интегратора

КU,
дБ
К
Идеальный
интегратор
АЧХ ОУ
20 дБ на
декаду
fА
1
40 дБ на
декаду
lg f
Реальный
интегратор

19. Применение

• 1) в генераторах линейноизменяющегося напряжения (ГЛИН)
• 2) в схемах АЦП и ЦАП
• 3) в цифровых измерительных
приборах, в т.ч. осциллографах

20.

Дифференциатор на ОУ
С2
dU с
iс C
dt
iR
R2
С1
R1
Uвх
i R i с
ic
Uвых
U ВЫХ Ri R Ri с
dU1
U ВЫХ RC
dt
В выводе формул R1=R, C1=C, ОУ – идеальный, R2,C2 – доп. элементы

21.

Частотная характеристика дифференциатора
КU, дБ
А
АЧХ ОУ
А
АЧХ дифференциатора
без R2
АЧХ с R2
КU для шума
1
1/(2πR1C1) 1/(2 π R1C2)
АЧХ с R2 и С2
lg f

22.

• RC 90 град + фаз сдвиг внутри ОУ 90
град+ инверсный вход ОУ 180 град = 360
град
• ООС становится ПОС, схема становится
неустойчивой, появляется «звон» или
схема возбуждается (генерирует
сигналы)
• R2 срезает вершину хар-ки и
обеспечивает устойчивость схемы, 1кОм
• С2 ограничивает полосу пропускания
схемы, избавляя от высокочастотного
шума, С2 100пФ

23. Применение

• Для выделения фронта импульса, для
запуска цифровых схем