Как можно изменить порог срабатывания однопорогового компаратора - Исправление ошибок и поиск оптимальных решений проблем

·Приведите схему дифференциатора напряжения и расчетные соотношения для выходного сигнала.

·Как зависит напряжение на выходе дифференциатора от скорости изменения входного напряжения?

·В каком случае для описания работы электрических схем на основе ОУ можно использовать соотношения, описывающие работу идеального ОУ?

·Насколько точно определены в работе параметры схем на основе операционного усилителя? От чего может зависеть качество полученных результатов?

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГОВЫХ КОМПАРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является:

·ознакомление с характеристиками аналоговых компараторов напряжения;

·исследование работы однопорогового компаратора;

·исследование работы гистерезисного компаратора;

2.СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед выполнением работы полезно ознакомиться со следующими

вопросами:

·назначение, принцип действия и классификация аналоговых компараторов

[1, с. 92-100],

·особенности работы операционного усилителя(ОУ) в качестве схемы сравнения аналоговых сигналов [2, с. 349-354],

·принципы построения и характеристики однопороговых компараторов на основе ОУ [2, с. 354-359],

·принципы построения и характеристики гистерезисных компараторов на основе ОУ [2, с. 359-367].

Компаратором называется устройство сравнения двух аналоговых сигналов, один из которых может быть задан как эталонный. При этом на выходе устройства формируются только два значения выходного сигнала: напряжение на выходе будет иметь высокий уровеньUB, если разность между входными сигналами положительна , инаоборот, низкий уровень UH, если разностное напряжение отрицательно. Эти условия записываются следующим образом:

U ВЫХ

ìU

при

ВХ 1

> U

ВХ 2

или

ВХ

> 0

(7.1)

= í

при

или

îU Н

U ВХ 1

< U ВХ 2

DU ВХ

< 0

В общем случае напряжение UВЫХ может отличаться как по величине, так и по знаку. На практике наибольшее распространение получили устройства, формирующие на выходе либо напряжения противоположной полярности при практически равных абсолютных значениях, либо напряжения одной полярности. Первый случай характерен для использования в качестве схемы сравнения операционного усилителя(ОУ), второй – при использовании специализированных интегральных схем. Во втором случае выходные напряжения компаратора согласованы по величине и полярности с сигналами, используемыми в цифровой технике.

Поэтому можно сказать, что входной сигнал компаратора носит аналоговый характер, а выходной – цифровой. Вследствие этого компараторы часто используются в качестве элементов связи между аналоговыми и цифровыми устройствами.

На рис. 7.1 приведена схема инвертирующего усилителя без обратной связи и его передаточная характеристика.

Рис.7.1. Схема инвертирующего усилителя (а) и его передаточная характеристика (б)

Пока входной сигнал удовлетворяет соотношению:

U ОГР —	< U ВХ	<	UОГР +	,	(7.2)

K ОУ		K ОУ

где UОГР+ и UОГР- – положительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала ОУ, а KОУ – коэффициент усиления ОУ, схема работает

в линейном режиме и выходной сигнал изменяется пропорционально входному.

При нарушении условия (7.2) ОУ переходит в режим ограничения, и выходное напряжение может принимать одно из двух предельных значений: UВ=UОГР+ или UН=UОГР-. Пусть абсолютные значения уровней ограничения выходного сигнала ОУ равны|UОГР+| =|UОГР-|=UОГР. Тогда при использовании ОУ в качестве компаратора должно выполняться соотношение:

DU ВХ	>	UОГР	.	(7.3)



		KОУ

В рассмотренной схеме (рис.7.1) эталонный уровень напряжения, с которым сравнивается входной сигнал, равен нулю и ее часто называют детектором нуля сигнала или схемой определения прохождения напряжения через нуль.

Диапазон значений входного сигнала, соответствующий условию (7.2), является зоной неопределенности компаратора и определяет его погрешность. Абсолютная величина этой погрешности равна:

D =	UОГР	.	(7.4)


	K ОУ

Для уменьшения погрешности компаратора необходимо уменьшить интервал неопределенности входных напряжений. Это можно обеспечить одним из следующих способов:

·использование ОУ с большим коэффициентом усиления;

·введение в схему положительной обратной связи (ПОС).

Из теории известно, что коэффициент передачи усилителя при введении ПОС KПОС описывается выражением:

K ПОС =	K	,	(7.5)
1 — K × bОС

где KОУ – коэффициент передачи схемы без обратной связи (ОС), а bОС – коэффициент передачи цепи ОС.

Из (7.5) следует, что при bОС=1/ KОУ коэффициент усиления схемы будет равен бесконечности, а погрешность компаратора – нулю. На практике это условие трудно выполнимо из-за разброса параметров и нестабильности характеристик ОУ. Поэтому погрешность компаратора не может быть устранена полностью, однако ее удается существенно снизить.

Однопороговый компаратор.

Однопороговыми называются устройства сравнения, для которых коэффициент усиления используемого усилителя всегда остается положительным (КОУ>0). Из этого следует, что при работе такого устройства всегда присутствует некоторая область неопределенности входного напряжения, т.е. существует погрешность определения уровня входного напряжения. В качестве однопороговых устройств сравнения могут использоваться ОУ без цепей ОС или с положительной ОС, для которой коэффициент передачи обратной связи удовлетворяет неравенству:

bОС	£	1	.	(7.6)

		КОУ

Анализируя схему, приведенную на рис.7.1а, можно сказать, что ее

срабатывание происходит в момент равенства нулю напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами .ОУИспользуя данное свойство указанной схемы, можно легко построить на ее основе устройство сравнения входного напряжения с некоторым наперед заданным -эта лонным уровнем напряжения.

Для этого достаточно неинвертирующий вход ОУ (рис.7.1а) подключить к общей шине устройства через источник ЭДС ЕЭТ абсолютная величина которого и знак соответствуют требуемому эталонному уровню сравнения(рис. 7.2а). В этом случае при идеальном ОУ(RBX®∞) напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами достигнет нулевого значения, когда уровень и полярность входного напряжения uВХ будут в точности равны параметрам эталонного источникаЕЭТ. На рис.7.2.бв показаны передаточные характеристики компаратора для случаевЕЭТ >0 и ЕЭТ <0 соответственно. На-

пряжение ЕЭТ называют порогом срабатывания устройства сравнения.

Рис.7.2. Схема однопорогового компаратора со смещенным порогом срабатывания (а) и его передаточные характеристики при ЕЭТ >0 (б) и

ЕЭТ <0 (в)

Если в схеме на рис. 7.2 а вместо источника эталонного напряжения использовать второе входное напряжение, получится схема сравнения двух напряжений. Пренебрегая погрешностью, обусловленной наличием диапазона неопределенности входного напряжения, можно сказать, что переключение компаратора будет происходить в момент равенства входных напряжений, как по абсолютному значению, так и по знаку. Схема такого устройства и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис. 7.3.

Гистерезисный компаратор.

Гистерезисными называют схемы сравнения, у которых передаточная характеристика неоднозначна. Применительно к ОУ это возможно только в том случае, когда усилитель охвачен цепью ПОС с коэффициентом передачи, удовлетворяющим условию:

bОС	>	1	.	(7.6)

		КОУ

Рис.7.3.Однопороговая схема сравнения двух напряжений (а) и временные диаграммы, поясняющие ее работу (б)

На рис.7.4 приведена передаточная характеристика ОУ для случаев bОС<1/КОУ, bОС=1/КОУ, и bОС>1/КОУ соответственно.

Рис.7.4. Передаточные характеристики ОУ с цепью ПОС при bОС<1/КОУ (1), bОС=1/КОУ (2), и bОС>1/КОУ (3)

Очевидно, что увеличение коэффициента передачи цепи ПОС фактически приводит к повороту исходной характеристики ОУ вокруг начала координат по часовой стрелке. При этом если bОС=1/КОУ, то на передаточной характеристике (зависимость 3) появляется область неоднозначного соответствия между входным и выходным напряжением– гистерезис. Это позволяет построить устройства, у которых напряжения срабатывания и отпускания не равны между собой. Принципиальная схема такого устройства сравнения и ее передаточная характеристика приведены на рис.7.5.

Предположим, что в некоторый момент времени входное напряжение схемы равно нулю, а на ее выходе присутствует напряжение положительной полярности +UОГР. Тогда к неинвертирующему входу ОУ приложено положительное напряжение

U ВХ Н	=	UОГР × R2	.	(7.7)

		R1+ R2

Рис.7.5. Схема гистерезисного компаратора (а) и его передаточная характеристика (б)

Такое состояние схемы является устойчивым и будет поддерживаться до тех пор, пока изменяющееся входное напряжение uВХ не увеличится до этого же уровня. В этот момент произойдет изменение выходного напряжения ОУ от +UОГР до –UОГР. и на неинвертирующем входе ОУ установится напряжение

U ВХ Н	= —	UОГР × R2	.	(7.8)

		R1+ R2

Данное состояние также будет устойчивым до тех пор, пока входное напряжение uВХ не уменьшится такого же уровня.

Таким образом, напряжения срабатывания и отпускания в рассматриваемой схеме определяются следующими выражениями:

UСР	= +	UОГР × R2	,	(7.9)
	R1+ R2

UОТП	= —	UОГР × R2	.	(7.10)

			R1+ R2

Из приведенных выражений видно, что при равенстве абсолютных значений напряжения ограничения на выходе ОУ пороговые напряжения равны по величине, но противоположны по знаку, т.е. передаточная характеристика устройства симметрична относительно начала координат.

Для получения различных напряжений срабатывания и отпускания в цепи ПОС ОУ необходимо использовать четырехполюсник, коэффициент передачи которого зависит от полярности его входного напряжения. Пример такого устройства приведен на рис. 7.6а.

В данном случае коэффициент передачи цепи ПОС для положительных выходных напряжений ОУ практически не зависит от уровня этого напряжения и определяется падением напряжения на диодеVD, смещенном в прямом направлении. При отрицательных выходных напряжениях диод VD заперт и напряжение отпускания определяется как и в схеме на рис.7.5а , т.е. выражением (7.10). На рис. 7.6б приведена передаточная ха-

рактеристика данной схемы сравнения. Из рисунка видно, что она несимметрична относительно начала координат.

Рис.7.6. Схема гистерезисного компаратора с цепью нелинейной ПОС (а) и его передаточная характеристика (б)

Асимметрию передаточной характеристике схемы сравнения можно придать (как и в случае однопорогового устройства), используя дополнительные источники смещения. Пример такого решения приведен на рис.7.7а. Здесь источник смещения ЕСМ подключен к неинвертирующему входу ОУ через резисторRДЕЛ. Напряжение на неинвертирующем входе равно

U ВХ Н	=	EСМ / RДЕЛ + U ВЫХ / R2	.	(7.11)

		1 / R1 +1 / R2 +1 / RДЕЛ

Рис.7.7. Схема гистерезисного компаратора со смещенной характеристикой (а) и его передаточная характеристика (б)

Тогда напряжения срабатывания и отпускания компаратора определяются выражениями:

UСР	=	EСМ / RДЕЛ + UОГР / R2	,	(7.12)
1 / R1 +1 / R2 +1 / RДЕЛ

UОТП	=	EСМ / RДЕЛ — UОГР / R2	.	(7.13)

	1 / R1 +1 / R2 +1 / RДЕЛ

Применение гистерезисных компараторов позволяет в случае действия внешних помех значительно повысить надежность сравнения напряжений. Так, на рис. 7.8 показаны временные диаграммы работы однопорогового и гистерезисного компараторов в случае, когда входной сигнал кроме полезной составляющей содержит некоторый высокочастотный сигнал помехи.

Рис.7.8. Временные диаграммы работы компараторов в условиях действия напряжения помехи: входной сигнал (а) выходной сигнал однопорогового (б) и гистерезисного (в) компараторов

Очевидно, что в случае использования однопороговой схемы сравнения на выходе устройства будет сформировано несколько выходных импульсов (так называемый «дребезг» выходного напряжения), затрудняющих получение однозначного результата. В случае использования гистерезисного компаратора с правильным выбором напряжений срабатывания и отпускания этого удается избежать и получить на выходе однозначный результат сравнения.

3 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Всостав лабораторного стенда входят:

·базовый лабораторный стенд.

·лабораторный модуль Lab7А для исследования характеристик аналоговых компараторов напряжения.

4.РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

Подготовьте шаблон отчета в редакторе MS Word.

Установите лабораторный модуль Lab7А на макетную плату лабораторной станции NI ELVIS. Внешний вид модуля показан на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Внешний вид модуля Lab7А для исследования характеристик аналоговых компараторов напряжения

Загрузите и запустите программу Lab-7.vi.

После ознакомления с целью работы нажмите кнопку«Начать работу». На экране появится изображение ВП, необходимого для выполнения задания 1 (рис. 7.10)

Задание 1. Получение передаточной характеристики однопорогового компаратора

Для исследования характеристик однопорогового компаратора -ис пользуется схема, изображенная на рис.7.11.

4.1.1. С помощью элементов управления ВП установите диапазон изменения входного сигнала(рекомендуемые значения Uвх.min=-10В, Uвх.max=10В) и пределы изменения выходного сигнала(рекомендуемые значения Uвых.min=-10В, Uвых.max=10В).

4.1.2.С помощью ползункового регулятора установите порог сраба-

тывания компаратора Uпор = 0 В. Нажмите кнопку «Измерение». На графическом индикаторе ВП появится изображение передаточной характеристики компаратора. Скопируйте полученный график на страницу отчета.

4.1.3.Определите по передаточной характеристике значения положительного Uвых и отрицательного Uвых выходных напряжений компаратора. Для этого используйте горизонтальную визирную линию, перемещаемую с помощью ползункового регулятора«Y». Результаты запишите в отчет.

Рис. 7.10. Лицевая панель ВП при выполнении задания 1

Рис. 7.11. Принципиальная электрическая схема для исследования характеристик однопорогового компаратора

4.1.4. Определите величину входного сигнала Uвх, при котором происходит переключение компаратора. Для этого используйте вертикальную визирную линию, перемещаемую с помощью ползункового регулятора «X». Для повышения точности результата следует установить удобный для наблюдения передаточной характеристики диапазон изменения входного сигнала (Uвх.min, Uвх.max) и повторно нажать кнопку «Измерение». Результат запишите в отчет. Сравните полученное значение с установленным поро-

гом срабатывания компаратора Uпор.

4.1.5.Повторите пп. 4.1.2 – 4.1.4, установив значения порога срабатывания –2,5В и +1,7В.

4.1.6.Нажмите на передней панели ВП кнопку«Перейти к заданию 2», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выполнения задания 2 (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Лицевая панель ВП при выполнении задания 2

Задание 2. Исследование работы однопорогового компаратора.

4.2.1.С помощью элементов управления ВП установите следующий режим измерения: форма сигнала – синусоидальная, частота сигнала – 200 Гц, амплитуда входного сигнала 7,0 В.

4.2.2.С помощью ползункового регулятора установите порог срабатывания компаратора Uпор=0 В . На графическом индикаторе появится изображение входного и выходного сигналов компаратора.

4.2.3.Скопируйте изображение входного сигналов и выходного сигнала компаратора в отчет.

Используя изображение входного сигнала на графическом индикаторе ВП, определите с помощью горизонтальной визирной линии ВП пороговое значение входного напряжения UВХ.пор. Результат запишите в отчет.

4.2.4.Повторите пп. 4.2.2 – 4.2.3, установив значения порога срабатывания –5,0В и +5,0В.

4.2.5.Повторите исследование работы однопорогового компаратора при других формах входного сигнала (треугольная, прямоугольная, пило-

образная).

100

4.2.6. Нажмите на передней панели ВП кнопку«Перейти к заданию 3», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выполнения задания 3 (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Лицевая панель ВП при выполнении задания 3

Задание 3. Получение передаточной характеристики гистерезисного компаратора

Для исследования характеристик гистерезисного компаратора — ис пользуется схема, изображенная на рис.7.14.

4.3.1. С помощью элементов управления ВП установите диапазон изменения входного сигнала(рекомендуемые значения Uвх.min=-10В, Uвх.max=10В) и пределы изменения выходного сигнала(рекомендуемые значения Uвых.min=-10В, Uвых.max=10В).

4.3.2.С помощью ползункового регулятора установите напряжение ис-

точника смещения передаточной характеристикиUсм = 0 В. Нажмите кнопку «Измерение». На графическом индикаторе ВП появится изображение передаточной характеристики компаратора. В отличие от однопорогового компаратора гистерезисный имеет два уровня переключения: напряжение срабатывания при монотонном увеличении входного сигнала(Uср) и напряжение отпускания при монотонном уменьшении входного сигнала (Uот). Скопируйте изображение передаточной характеристики в отчет.

4.3.3.Определите по передаточной характеристике значения положительного Uвых+ и отрицательного Uвых— выходных напряжений компаратора, а также уровни переключения компаратораUср и Uот. Результаты запишите в отчет.

Вычислите напряжения срабатывания и отпускания компаратора по следующим формулам:

	101
UСР	=	UСМ / R2 +U ВЫХ + / R4	,

			1 / R2 +1 / R3 +1 / R4
UОТ	=	UСМ / R2 +U ВЫХ — / R4	.

			1 / R2 +1 / R3 +1 / R4

Сравните вычисленные значения с экспериментальными данными.

Рис. 7.14. Принципиальная электрическая схема для исследования характеристик гистерезисного компаратора

4.3.4.Повторите пп. 4.3.2 – 4.3.3, установив значения напряжения смещения –10 В, –5 В, 5 В и +10 В. Определите, на какую величину происходит при этом смещение уровней срабатывания компаратора и изменяется ли величина гистерезиса.

4.3.5.Нажмите на передней панели ВП кнопку«Перейти к заданию 4», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выполнения задания 4 (рис. 7.15).

Задание 4. Исследование работы гистерезисного компаратора

4.4.1.С помощью элементов управления ВП установите следующий режим измерения: форма сигнала – синусоидальная, частота сигнала – 200 Гц, амплитуда входного сигнала 7,0 В.

4.4.2.С помощью ползункового регулятора установите напряжение источника смещения передаточной характеристики Uсм = 0 В. На графическом индикаторе появится изображение входного и выходного сигналов компаратора.

102

Скопируйте изображение входного сигналов и выходного сигнала компаратора в отчет.

Рис. 7.15. Лицевая панель ВП при выполнении задания 4

4.4.3.Используя изображение входного сигнала на графическом индикаторе ВП, определите с помощью горизонтальной визирной линии ВП напряжения срабатывания Uср и отпускания Uот компаратора Результаты запишите в отчет.

4.4.4.Повторите пп. 4.4.2 – 4.4.3, установив напряжение источника смещения передаточной характеристики –5,0В и +5,0В.

4.4.5.Повторите исследование работы однопорогового компаратора при других формах входного сигнала (треугольная, прямоугольная, пило-

образная).

4.4.6.Выключите ВП, для чего нажмите на панели ВП кнопку«За-

вершение работы».

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

·Чем схема компаратора отличается от схемы усилителя?

·Какие выходные напряжения могут формироваться на выходе компаратора?

·Что такое компараторный режим работы ОУ?

·Чем объясняется ошибка схемы сравнения, и каким образом ее можно уменьшить в однопороговом компараторе.

·Какую передаточную характеристику имеет гистерезисный компаратор?

·Как можно изменить порог срабатывания однопорогового компара-

Источник

Форум РадиоКот • Просмотр темы — Порог срабатывания на компараторе lm311

Сообщения без ответов | Активные темы

ПРЯМО СЕЙЧАС:

Автор	Сообщение
	Заголовок сообщения: Порог срабатывания на компараторе lm311 Добавлено: Ср май 02, 2018 12:46:11
Родился Зарегистрирован: Ср май 02, 2018 12:17:00 Сообщений: 6 Рейтинг сообщения: 0	До этого с компараторами работал не часто, и то если работал то больше с логическими сигналами с большим окном, Проверил схему в симуляторе — работает. Собрал схему на однополярном питании(4.1V) на компараторе lm311dr (Vcc=3.5V, Vos=7.5mV, Ib=300nA) — не работает, перепроверил все, заменил компаратор на другой lm311, — всеравно не работает. Собрал тестовую схему, и оказалось что компаратор стабативает только когда разница входных напряжений ~90mV, тоесть переключение происходит только когда на Vin-=0-7.5mV, Vin+=~96mV и выше. Как я понимаю максимальная разница между Vin- и Vin+ должна бить в пределах Vos тоесть максимум 7.5mV для lm311. или я ошибаюсь, или же мне повезло с двумя бракованными компараторами из разных серий(что маловероятно)? Вложение: Комментарий к файлу: тестовая схема circuit.png [8.57 KiB] Скачиваний: 587 Вложение: Комментарий к файлу: график вход/выход log.png [60.09 KiB] Скачиваний: 258
Вернуться наверх	Профиль

Реклама

Enman	Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311 Добавлено: Ср май 02, 2018 13:41:06
Карма: 68 Рейтинг сообщений: 1407 Зарегистрирован: Сб янв 29, 2011 00:28:48 Сообщений: 7774 Рейтинг сообщения: 0	В документации надо смотреть на допустимые уровни входных напряжений и питания…
Вернуться наверх

Реклама

maxmaxmax	Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311 Добавлено: Пт май 04, 2018 14:00:20
Зарегистрирован: Ср май 02, 2018 12:17:00 Сообщений: 6 Рейтинг сообщения: 0	Заменил lm311 на mcp602i — работает как часы. Пересмотрел документацию http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm311.pdf: Vcc, Supply voltage: 3.5-30V Vi, Input voltage(\|VCC+\|≤15 V): min Vcc-+ 0.5 Vicr, Common-mode input-voltage range: -14.5V — 13V Vio, Input offset voltage: 10mV. в p.9.2.2.1 и p.9.2.2.2 что разница между входами должны быть больше Vio и в пределах Vicr.(Вернулся откуда и начал — смещению напряжения) Собрал новую схему, с использованием двух мультиметров на входах компаратора, чтоб исключить влияние сопротивления мультиметра как делителя напряжения: Vcc=4.15V однополярное (больше за Vcc=3.5V) Vin-=620mV(больше за Vi=0.5V, меньше за Vicr=2.15V) Vin+=650mV(30mV больше за Vio=10mV) Стало чуть лучше. Переключятся начинает только когда разница напряжений больше ~35mV, а для полного переключения вообще нужно ~60mV. Где я накосячил и по каких параметрах нужно выбирать компаратор, если нужно чтоб компаратор полностью переключался(например за 10uS) при условии: Vin-=4mV, Vin+=7mV
Вернуться наверх

Slabovik

Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311

Добавлено: Пт май 04, 2018 14:59:54

Друг Кота

Карма: 175

Рейтинг сообщений: 7677

Зарегистрирован: Чт апр 04, 2013 12:46:59
Сообщений: 17234
Откуда: Тюмень

Рейтинг сообщения: 0

Вернуться наверх

Реклама
	Выгодные LED-драйверы для решения любых задач КОМПЭЛ представляет со склада и под заказ широкий выбор LED-драйверов производства MEAN WELL, MOSO, Snappy, Inventronics, EagleRise. Линейки LED-драйверов этих компаний, выполненные по технологии Tunable White и имеющие возможность непосредственного встраивания в систему умного дома (димминг по шине KNX), перекрывают практически полный спектр применений: от простых световых указателей и декоративной подсветки до диммируемых по различным протоколам светильников внутреннего и наружного освещения. Подобрать LED-драйвер>>

vlasovzloy

Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311

Добавлено: Пт май 04, 2018 17:51:50

Друг Кота

Карма: 48

Рейтинг сообщений: 1611

Зарегистрирован: Чт янв 26, 2012 16:44:29
Сообщений: 12126
Откуда: Таксимо

Рейтинг сообщения: 0

Окно не выдерживаешь прст. Близко к питаниям плохо любой компаратор работает. Нужно конкретно решить чтото одно, или будешь от 0 до скажем 50-100мВ пороги крутить или от +питания до питание-50-100мВ. Или в середине около половины питания. Схема разная будет для всех трех применений

_________________
Славяне всех стран объединяйтесь!

Вернуться наверх

Реклама

Реклама
	LIMF – источники питания High-End от MORNSUN со стандартным функционалом на DIN-рейку На склад Компэл поступили ИП MORNSUN (крепление на DIN-рейку) с выходной мощностью 240 и 480 Вт. Данные источники питания обладают 150% перегрузочной способностью, активной схемой коррекции коэффициента мощности (ККМ; PFC), наличием сухого контакта реле для контроля работоспособности (DC OK) и возможностью подстройки выходного напряжения. Источники питания выполнены в металлическом корпусе, ПП с компонентами покрыта лаком с двух сторон, что делает ее устойчивой к соляному туману и пыли. Изделия соответствуют требованиям ANSI/ISA 71.04-2013 G3 на устойчивость к коррозии, а также нормам ATEX для взрывоопасных зон. Подробнее>>

musor

Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311

Добавлено: Пт май 04, 2018 19:02:37

Друг Кота

Карма: 112

Рейтинг сообщений: 7850

Зарегистрирован: Сб сен 13, 2014 16:27:32
Сообщений: 38375
Откуда: СпиртоГонск созвездия Омега

Рейтинг сообщения: 0

тут к 311 надо припаять балансировочник и выполнить установку нуля…

_________________
ZМудрость(Опыт и выдержка) приходит с годами.
Все Ваши беды и проблемы, от недостатка знаний.
Умный и у дурака научится, а дураку и ..
Алберт Ейнштейн не поможет и ВВП не спасет.и МЧС опаздает

Вернуться наверх

maxmaxmax	Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311 Добавлено: Вт май 08, 2018 17:57:25
Зарегистрирован: Ср май 02, 2018 12:17:00 Сообщений: 6 Рейтинг сообщения: 0	Как называется параметр в даташите(на примере lm311), который указует размер минимального окна между Vin+ и Vin- после которого происходит переключение компаратора?
Вернуться наверх

vlasovzloy

Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311

Добавлено: Вт май 08, 2018 18:13:00

Друг Кота

Карма: 48

Рейтинг сообщений: 1611

Зарегистрирован: Чт янв 26, 2012 16:44:29
Сообщений: 12126
Откуда: Таксимо

Рейтинг сообщения: 0

не знаю как называется. но у всех обычных компараторов стараются пороги делать ближе к нулю если двуполярное питание или к половине питания при однополярном. максимальное усиление наверно. Voltage Gain. будет же разница чувствительности при 10 дБ и 100 дБ. у 311 40вмв минимальное, это 92 дБ

_________________
Славяне всех стран объединяйтесь!

Вернуться наверх

Enman	Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311 Добавлено: Вт май 08, 2018 18:34:26
Карма: 68 Рейтинг сообщений: 1407 Зарегистрирован: Сб янв 29, 2011 00:28:48 Сообщений: 7774 Рейтинг сообщения: 0	Vio, первая строка в таблице параметров….до 10 мВ в худшем случае…
Вернуться наверх

vlasovzloy

Заголовок сообщения: Re: Порог срабатывания на компараторе lm311

Добавлено: Вт май 08, 2018 18:46:57

Друг Кота

Карма: 48

Рейтинг сообщений: 1611

Зарегистрирован: Чт янв 26, 2012 16:44:29
Сообщений: 12126
Откуда: Таксимо

Рейтинг сообщения: 0

это без компенсации. у 311 можно ноль выставить

Добавлено after 3 minutes 46 seconds:
и это не то о чем спрашивает.

_________________
Славяне всех стран объединяйтесь!

Вернуться наверх

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 14

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Источник

Всем доброго времени суток. В предыдущих статьях я рассказывал о применении операционных усилителей в линейных схемах, где ОУ охвачен отрицательной обратной связью, которая позволяет строить усилители, параметры которых будут в основном определяться элементами обвязки ОУ. Данная статья расскажет о применении ОУ без обратной связи или даже с положительной обратной связью (ПОС).

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Работа операционного усилителя без обратной связи

Как известно напряжение на выходе ОУ U_ВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения U_Д (разность напряжений между входными выводами) на коэффициент усиления ОУ по напряжению К_U

Операционные усилители имеют очень большой коэффициент усиления ОУ по напряжению К_U = 10⁵ … 10⁶, а выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания (обычно несколько меньше). Поэтому, для того чтобы ОУ работал в качестве усилителя напряжения максимальное входное дифференциальное напряжение не должно превышать нескольких десятков мкВ (при U_ПИТ = 15 В, К_U = 10⁵, U_Д ≈ 150 мкВ). С учётом вышесказанного можно сделать вывод, что без применения отрицательной обратной связи, которая снижает усиление ОУ в схеме, применение ОУ бесполезно, так как при входных напряжениях в несколько милливольт ОУ войдёт в насыщение с выходным напряжением равным напряжению питания.

Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь (ПОС) для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта, детекторы уровней напряжения.

Принцип работы компаратора

Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже

Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений.

В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение U_BX, а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения U_ОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: когда входное напряжение U_BX больше опорного U_ОП, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения –U_НАС и остаётся неизменным пока входное напряжение U_BX не уменьшиться ниже опорного напряжения U_ОП, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения +U_НАС.

На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ.

Основные схемы компаратора

Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: одновходовая и двухвходовая. Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю, то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор сравнивает два напряжения с учётом знака. Расссмотрим обе схемы подробнее.

Схема одновходового компаратора.

На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению (по модулю). В его основе лежит инвертирующий сумматор, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения U_BX и опорного напряжения U_ОП приведённого к инвертирующему входу U_ПРИВ, а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах U_BX и U_ПРИВ должны иметь разную полярность.

Приведённое напряжение U_ПРИВ можно вычислить по следующему выражению

Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2

Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения.

Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже

Схема двухвходового компаратора.

В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением U_BX и U_ОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение.

Компараторы применяются в широком спектре схем:

Триггеры Шмитта и в схемах формирования сигнала, преобразующих сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.
Детекторы уровня – схемы, в которых происходит индицирование момента достижения входным сигналом заданного уровня опорного напряжения.
Генераторы импульсных сигналов, например, треугольной или прямоугольной формы.

При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже

Появление ложных импульсов на выходе компаратора.

Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис, путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю.

Триггер Шмитта

Как сказано выше для устранения ложных срабатываний компаратора, известных, как «дребезг контактов» необходимо использовать схему компаратора с петлёй гистерезиса, которая получила название триггера Шмитта.

В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня (порога) переключения. Данное различие иллюстрирует изображение ниже

Изменение входного и выходного напряжения компаратора (справа) и триггера Шмитта (слева).

Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем (порогом) срабатывания триггера U_ВП и нижним уровнем (порогом) срабатывания триггера U_НП.

Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью (ПОС), которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже

Триггер Шмитта на операционном усилителе.

Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения.

Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. В исходном входное напряжение не превышает верхнего уровня срабатывания триггера U_ВП, поэтому на выходе присутствует положительное напряжение насыщения U_НАС+ (примерно на 1 – 2 В ниже положительного напряжения питания U_ПИТ+). Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения U_ВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения U_НАС-(примерно на 1 – 2 В выше отрицательного напряжения питания U_ПИТ-). Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением

Далее триггер остаётся в устойчивом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не станет меньше нижнего порога срабатывания U_НП, а на выходе триггера установится положительное напряжение насыщения U_НАС+. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением

Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса U_ГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания U_ВП и нижнего порога срабатывания U_НП

Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения.

Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта

Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение U_ВЫХ изменяется от U_НАС+ до U_НАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).

Кроме того существует проблема несовместимостей уровней выходного напряжения, к примеру, при напряжении питания ОУ U_ПИТ = ±15 В, выходное напряжение составит U_ВЫХ ≈ ±14 В (U_НАС+ ≈ +14 В, а U_НАС- ≈ -14 В), в то время как уровни ТТЛ микросхем составляют около +5 В или 0 В.

Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже

Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС.

Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (U_ВХ < U_ОП), то выходное напряжение U_ВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона U_СТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. При этом выходное напряжение будет равняться напряжению стабилизации стабилитрона (U_ВЫХ = U_СТ).

В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В.

Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: U_ВЫХ1 = U_СТ (при отсутствии ограничения U_НАС+) или U_ВЫХ2 ≈ 0,7 (при отсутствии ограничения U_НАС-).

Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже

Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения.

В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.

При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве U_НАС+ необходимо использовать U_СТ (когда используется один стабилитрон) или U_СТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо U_НАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или U_СТVD2 (при двухстороннем ограничении).

Источник

Мы продолжаем серию статей, посвященных компараторам в измерительных и регулирующих приборах НПФ КонтрАвт.

В первой статье о компараторах мы определили, что компараторы сравнивают измеренное значение технологического параметра с порогами переключения и формируют сигнал компаратора.

Зависимость состояния выходного сигнала компаратора от измеренного сигнала по сравнению с заданными порогами описывается функцией компаратора.

Основных функций четыре: «Больше», «Меньше», «В интервале», «Вне интервала». Каждая функция имеет как минимум два порога срабатывания.

В данной статье мы разберем различные способы задания порогов срабатывания компараторов и дадим рекомендации по их выбору.

Способы задания порогов

Возможны несколько различных способов задания порогов срабатывания компараторов с помощью уставок H и h:

Уставки H и h независимо задают абсолютные значения верхнего и нижнего порога срабатывания компаратора. Это, так называемый, независимый способ задания порогов. Значение порогов равно уставкам: П1 = h, П2 = H.
Уставка H задает абсолютное положение центра между порогами (центр функции) , а уставка h задает расстояние между порогами (ширину зоны гистерезиса или ширину интервала). Это зависимое задание порогов. Значения порогов рассчитываются через обе уставки: П1 = H-h/2, П2 = H+h/2.
Уставка H задает смещение положение центра функции относительно уставки регулятора SP (set point), а уставка h задает ширину зоны гистерезиса (или ширину интервала). Этот способ аналогичен предыдущему, но привязан к уставке регулятора, которая сама по себе может меняться во времени. Значения порогов рассчитываются также через обе уставки и через уставку регулятора SP: П1=SP+H-h/2, П2=SP+H+h/2. Как видим, пороги срабатывания компаратора теперь зависят еще и от параметра (уставки SP) другого функционального блока прибора — регулятора.

Каждый способ задания порогов может быть применен к любой из четырех основных функций компаратора.

Какой способ задания порогов выбрать?

Какой же способ задания порогов выбрать? Чем руководствоваться? Ответ на этот вопрос зависит от двух обстоятельств.

Во-первых, от конкретной физической задачи, системы управления и реализованного алгоритма управления. Физический смысл порога срабатывания компаратора и его роль в алгоритме управления может диктовать наиболее подходящий способ задания порогов.

Во-вторых, от того, как часто нам необходимо менять значения этих порогов. Выбор того или иного способа задания порогов часто определяется соображениями простоты и удобства.

Примеры

Рассмотрим независимое задание порогов (уставки H и h) на примере функции “Больше” (Рис.1) в задаче управления насосом в системе водоснабжения типа “башня Рожновского” (рис.2). Эту задачу мы разбирали в прошлой статье.

Рис.1. Функция «Больше» с независимым заданием порогов срабатывания

Критерии выбора порогов для верхнего и нижнего уровней никак не связаны между собой.

Рис. 2. Независимое задание порогов в системе водоснабжения типа “Башня Рожновского”

Верхний порог определяется высотой накопительной емкости, прочностью конструкции (например, недопустима большая масса), наличием дефектов в верхней части емкости и т.п.

Нижний порог зависит от положения сливного отверстия, наличия осадка и проч.

Как видим, эти критерии никак не связаны между собой, поэтому выбран независимый способ задания порогов. Очевидно, такой способ и наиболее удобен.

2. Далее поговорим про зависимый способ задания порогов на примере функции “Меньше” (Рис.3 ) в задаче двухпозиционного регулирования в процессе термической обработки изделия (Рис.4). Компаратор в этом случае выполняет функцию регулятора.

Рис. 3. Функция «Меньше» с зависимым заданием порогов срабатывания

В данной задаче гистерезис предотвращает частое и хаотическое переключение силового коммутационного элемента при переходе через уставку за счет шумоподобного изменения измеренного сигнала. Требования к выбору величины гистерезиса мы подробно рассматривали в статье.

Во-первых, ширина зоны гистерезиса зависит от уровня случайной составляющей в измеренном сигнале, во-вторых, иногда ее специально принудительно увеличивают, чтобы исключить частые срабатывания пускателей.

Рис. 4. Работа компаратора в задаче двухпозиционного регулирования

Таким образом, ширина гистерезиса играет вспомогательную роль, она фиксирована и задается один раз при настройке.

Напротив, уставка H является основным целевым технологическим параметром и может меняться оператором системы достаточно часто при смене изделий и режима термообработки.

Зависимый способ задания в этом случае является оптимальным как по физическому смыслу, так и из соображений удобства задания.

3. Разберем третий указанный выше способ на примере функции “Вне интервала” (Рис.5) в задаче контроля технологического режима термообработки изделия по заданной температурно-временной программе (Рис. 6).

Рис. 5. Функция «Вне интервала» с зависимым заданием порогов срабатывания с привязкой к уставке регулятора

В этой задаче регулятор обеспечивает изменение температуры во времени по заданному температурному профилю. Это график уставки SP.

Рис. 6. Изменение температуры задаче контроля технологического режима термообработки

Реальная температура в системе будет отличаться от этого идеального графика.

Технологией термообработки предусмотрено допустимое отклонение от графика. Для контроля за соблюдением технологии применяют компаратор с функцией “Вне интервала”.

В случае выхода за технологический допуск, срабатывает компаратор, который сигнализирует о нарушении технологического режима термообработки.

Для того, чтобы компаратор следовал за изменениями графика, как раз и выбирается способ задания порогов через смещение центра функции относительно уставки SP: П1=SP+H-h/2, П2=SP+H+h/2, при этом задают H=0.

Меняется в соответствии с графиком уставка SP, соответственно, меняются и пороги. В данном случае интервал h (технологический допуск) фиксирован. Он задается требованиями технологии.

Отметим, что у данной функции “Вне интервала” (Рис.5) есть еще две зоны гистерезиса шириной дельта. Как и в предыдущем примере, эти зоны гистерезиса вводятся для борьбы с частыми срабатываниями при наличии случайных помех. Ширина зоны дельта задается при настройке системы и часто бывает просто фиксированной.

Итак, мы рассмотрели лишь 3 примера применения различных способов задания уставок к конкретным видам функций компараторов.

Однако уже из них ясны основные подходы, лежащие в основе того или иного способа задания порогов и их связи с уставками.

В дальнейших статьях мы продолжим рассказывать об особенностях компараторов в измерительных и регулирующих системах.

Следите за обновлениями материалов!

Главная
Документация
Записная книжка инженера
КОМПАРАТОРЫ

Источник

Однопороговый компаратор

Аналоговые компараторы

Компаратор – это устройство для сравнения двух сигналов. Если в процессе изменения входных сигналов один превышает другой, то компаратор изменяет свое состояние на противоположное. Чаще всего из двух входных сигналов один имеет фиксированное значение, это опорный сигнал – U_оп, который определяет уровень срабатывания компаратора. Другой входной сигнал U_вх может непрерывно меняться. Выходной сигнал компаратора U_вых может принимать значение логического нуля или логической единицы в зависимости от того, меньше или больше U_вх относительно U_оп. При этом компаратор может перестраиваться в процессе работы на различные уровни срабатывания путем изменения опорного напряжения U_оп. Таким образом, аналоговый компаратор преобразует непрерывный входной сигнал в дискретный (цифровой).

Области применения компараторов:

1) Для дискретизации уровня входного сигнала в АЦП.

2) В позиционных регуляторах и сигнальных устройствах технологических параметров.

3) Для сортировки деталей на 2 или 3 группы («норма», «меньше», «больше»).

4) Системы импульсно фазового управления (СИФУ).

5) В преобразователях напряжение — частота.

Существуют три разновидности аналоговых компараторов:

Аналоговые компараторы выполняются в виде типовой ИС, имеющей повышенное быстродействие (К597СА1), а также могут выполняться на основе усилителя с навесными элементами.

Однопороговый компаратор

Схема однопорогового компаратора:

Назначение элементов в схеме:

R1, R2 – резисторы для выравнивания входных токов ОУ (при отсутствии или равенстве входных сигналов) и уменьшения погрешности компаратора за счет уменьшения напряжения смещения U_см

При исполнении ОУ на ПТ резисторы R1 и R2 отсутствуют

R3 – потенциометр для установки опорного напряжения U_оп, а в конечном итоге, для перестройки компаратора на различные уровни срабатывания

R4 – задает рабочий ток стабилитрона VD2

R5 – обеспечивает согласование компаратора по сопротивлению с ЛЭ ТТЛ (R5 = 390÷560 Ом) или ЛЭ КМОП (R5 = 10÷20 кОм)

DA1 – повышает чувствительность компаратора и обеспечивает функцию переключения выходного напряжения при сравнении входных сигналов

VD1 – исключает отрицательное напряжение на выходе компаратора

VD2 – нормирует уровень напряжения на выходе компаратора. В данной схеме U_вых = U_ст. Если компаратор исполняется на ЛЭ КМОП, то VD2 может отсутствовать.

1) Когда входной сигнал находится в диапазоне 0≤U_вх 1 _вых = U_ст.

При использовании на выходе ЛЭ КМОП U 1 _вых≈ + U_{ОУ макс} (т.к. VD2 и R4 отсутствуют).

2) Когда U_вх≥U_оп меняется знак разности на входах ОУ и ОУ переключается в другое крайнее состояние: U_ОУ = -U_{ОУ макс}. Диод VD1 закрывается и на выходе компаратора формируется сигнал логического единицы: U_вых = U 0 _вых ≈0.

Точность срабатывания компаратора определяется напряжением смещением нуля ОУ, а так же температурным и временным дрейфом этого напряжения: U_см, ∆U Т _см, ∆U t _см. На точность компаратора также влияет коэффициент усиления ОУ k_о.

Точность компаратора нормируется параметром «порог чувствительности» U, который показывает на сколько отличается фактическое напряжение переключения U_п от заданного U_оп.

Влияние первой составляющей U_см можно компенсировать настройкой ОУ. Составляющую ∆U Т _см можно уменьшить введением терморезисторов, установленных в соответствующем месте схемы, а также путем термостатирования ОУ. Влияние четвертой составляющей можно уменьшить выбором большего значения k_о (от 500 000). Влияние составляющей ∆U t _см компенсировать невозможно, т.к. она имеет случайный характер.

Быстродействие компаратора характеризуется временем восстановления t_в. Время восстановления – это часть переходного процесса, при котором выходной сигнал U_вых(t) достигает величины, соответствующей порогу срабатывания ЛЭ ТТЛ (U_ср ≈1,5 В). При этом на вход компаратора подается нормированный перепад напряжения ∆U_вх = 0,05 В.

Практически на t_в основное влияние оказывает частота единичного усиления f₁ ОУ, а также емкость нагрузки С_н.

В специализированных компараторах на ИС время восстановления t_в очень мало. Для К597СА1 t_в ≤10 мс.

Однако использование ОУ с навесными элементами вместо интегральных компараторов оказывается предпочтительным, когда требуется высокая точность сравнения сигналов (десятки микровольт), малое потребление мощности и широкие функциональные возможности схемы.

Дата добавления: 2019-09-30 ; просмотров: 1032 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Однопороговый компаратор

Однопороговыми называются устройства сравнения, для которых коэффициент усиления используемого усилителя всегда остается положительным (К_оу> 0). Из этого следует, что при работе такого устройства всегда присутствует некоторая область неопределенности входного напряжения, то есть существует погрешность определения уровня входного напряжения. В качестве однопороговых устройств сравнения могут использоваться ОУ без цепей ОС или с положительной ОС, для которой коэффициент передачи обратной связи удовлетворяет неравенству:

(4.6)

Анализируя схему, приведенную на рисунке 4.1а, можно сказать, что ее срабатывание происходит в момент равенства нулю напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ. Используя данное свойство указанной схемы, можно легко построить на ее основе устройство сравнения входного напряжения с некоторым наперед заданным эталонным уровнем напряжения.

Для этого достаточно неинвертирующий вход ОУ (рисунок 4.1а) подключить к общей шине устройства через источник ЭДС Е_ЭТ, абсолютная величина и знак которого соответствуют требуемому эталонному уровню сравнения (рисунок 4.2а), В этом случае при идеальном ОУ напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами достигнет нулевого значения, когда уровень и полярность входного напряжения и_вх будут в точности равны параметрам эталонного источника Е_ЭТ . На рисунке 4.2б,в показаны передаточные характеристики компаратора для случаев Е_ЭТ> О и Е_ЭТ 0 (б) и Е_ЭТ

Дата добавления: 2015-07-14 ; просмотров: 1126 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Компаратор принцип работы

Компаратор — это что такое? Микросхема и принцип работы

Компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения каких-либо величин (от лат. comparare – «сравнивать»).

Является операционным усилителем с большим коэффициентом умножения. Имеет входы: прямой и инверсный. При необходимости опорный сигнал может быть подключен к любому из них.

Как работает компаратор?

На один из входов подается постоянный сигнал, который называется опорным.

Он используется как образец для сравнения. Ко второму поступает испытуемый сигнал. На выходе стоит транзистор, меняющий свое состояние в зависимости от условий:

Напряжение прямого входа выше инверсного – транзистор открыт.

Напряжение инверсного входа выше прямого – закрыт.

Соответственно, выходное напряжение меняется скачком от минимума до максимума, или наоборот.

Применение компаратора

Используются в схемах измерения электрических сигналов и в аналогово-цифровых преобразователях. В логических цепях работают элементы «или» и «не», также являющиеся компараторами. Соответственно, использование этого компонента не ограничивается конкретными примерами, поскольку он применяется повсеместно.

Стоит отметить, что устройство сравнения можно сделать из любого операционного усилителя, но не наоборот. Коэффициент усиления компаратора достаточно высок. Соответственно, его входы очень чувствительны к разнице напряжений между ними. Расхождение в несколько милливольт значительно изменяет напряжение выхода.

Таким образом, компаратор позволяет наблюдать минимальные колебания уровней входных напряжений.

Это делает его незаменимым элементом схем сравнения и измерительных приборов высокой точности:

индикаторы уровня входящего сигнала;

металлоискатели;

микро- и милливольтметры;

детекторы электромагнитных излучений;

лабораторные датчики;

компараторы массы;

газоанализаторы.

Принцип действия аналогового компаратора

Аналоговый компаратор сравнивает непрерывные сигналы – входной измеряемый и входной опорный.

При медленном изменении входного сигнала, происходит многократное переключение компаратора за малый отрезок времени.

Такое явление называют «электронным дребезгом». Его наличие значительно снижает эффективность сравнения. Поскольку часто повторяющиеся смены состояния выхода, вводят оконечный транзистор в состояние насыщения.

Для уменьшения эффекта «электронного дребезга», в схему вводят ПОС – положительную обратную связь.

Она обеспечивает гистерезис – небольшую разницу между уровнем напряжения включения и отключения.

Некоторые компараторы имеют встроенную ПОС, что уменьшает количество дополнительных элементов построения конструкции.

Особенности цифрового компаратора

Цифровой компаратор – это однобитный аналогово-цифровой преобразователь.

Напряжение выхода представляет либо логический «0», либо «1».

На вход может быть подан как аналоговый, так и цифровой сигнал.

Устройство используется в качестве формирователя импульсов для сопряжения схем датчиков и устройств отображения.

Может применяться для анализа спектра звукового или светового сигнала.

Компаратор – это также логические элементы «или» и «не», используемые в вычислительной технике.

Теоретически при незначительно малых колебаниях уровня входного сигнала, может возникать состояние неопределенности выхода. На практике равенство измеряемого и опорного напряжений не наступает. Поскольку компаратор имеет ограниченный коэффициент усиления или положительную обратную связь.

Компаратор-микросхема

Промышленность выпускает компараторы в виде интегральных схем. Их использование позволяет создавать компактные приборы, с минимумом навесных элементов. Также преимущество малогабаритных деталей в незначительной длине соединительных проводников. В условиях повышенного электромагнитного излучения они являются приемными антеннами для всевозможных электрических помех.

Компаратор на операционном усилителе

У компараторов есть немалое сходство с операционными усилителями:

коэффициент усиления;

входное сопротивление;

значение входных токов;

состояние насыщения.

Пример практического применения компаратора

На принципиальной схеме представлен датчик освещенности.

Опорное напряжение задается резисторами RV1 и R2. При этом, RV1 служит регулятором чувствительности конструкции. Индикация реализована на светодиоде D1. Датчиком является элемент LDR1, который меняет омическое сопротивление в зависимости от освещенности. Собственно компаратор представлен операционным усилителем LM324. Это простое устройство демонстрирует то, как работает компаратор на практике.

Компараторы массы: понятие

Компаратор массы это устройство, предназначенное для уточнения разности значений массы гирь при контроле стандартов массы и веса, а также, для прецизионного взвешивания. Наиболее точные компараторы массы способны взвесить любой образец и сравнить его с иным, подобным ему. Происходит это на уровне атомов. Необходимость в таких устройствах возникает по причине несовершенства эталонных образцов мер веса и объема жидкости.

Типы компараторов

– компаратор для сравнения разнополярных сигналов;

– компаратор для сравнения однополярных сигналов.

Источник

Однопороговый компаратор.

Дата добавления: 2014-11-27 ; просмотров: 8922 ; Нарушение авторских прав

Компаратором называется устройство сравнения двух аналоговых сигналов, один из которых может быть задан как эталонный. При этом на выходе устройства формируются только два значения выходного сигнала: напряжение на выходе будет иметь высокий уровень U_в., если разность между входными сигналами положительна и, наоборот, низкий уровень U_н., если разностное напряжение отрицательно. Эти условия записываются следующим образом:

.

В общем случае значения верхнего и нижнего уровней выходного напряжение U_вых. могут отличаться как по величине, так и по знаку. На практике наибольшее распространение получили устройства, формирующие на выходе либо напряжения противоположной полярности при практически равных абсолютных значениях, либо напряжения одной полярности с уровнями, соответствующими одному из стандартов логических схем. Первый случай характерен для использования в качестве схемы сравнения операционного усилителя (ОУ), второй — при использовании специализированных интегральных схем.

На выходе компаратора формируется дискретный сигнал, поэтому можно сказать, что входной сигнал компаратора носит аналоговый характер, а выходной — цифровой. Вследствие этого компараторы часто используются в качестве элементов связи между аналоговыми и цифровыми устройствами.

На рис. 43 приведена схема инвертирующего усилителя на основе ОУ без обратной связи и его передаточная характеристика.

Рис. 43. Схема инвертирующего усилителя (а) и его передаточная характеристика (б).

Пока входной сигнал удовлетворяет соотношению

, (1)

схема работает в линейном режиме, и выходной сигнал изменяется пропорционально входному. Ввыражении U_огр.+ и U_огр.- –положительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала ОУ, К_о.у.— коэффициент усиления ОУ (имеет отрицательный знак, т.к. схема включения ОУ инвертирующая).

При нарушении условия (1) ОУ переходит в режим ограничения, и выходное напряжение может принимать одно из двух предельных значений: или .

Пусть абсолютные значения уровней ограничения выходного сигнала ОУ равны Тогда при использовании ОУ в качестве компаратора должно выполняться соотношение:

.

В рассмотренной схеме (рис. 43, а) эталонный уровень напряжения, с которым сравнивается входной сигнал, равен нулю, поэтому ее часто называют детектором нуля сигнала или схемой определения прохождения напряжения через нуль.

Диапазон значений входного сигнала, соответствующий условию (1), является зоной неопределенности компаратора и позволяет определить его погрешность. Абсолютная величина этой погрешности равна:

.

Для уменьшения погрешности компаратора необходимо уменьшить интервал неопределенности входных напряжений. Это можно обеспечить одним из следующих способов:

— использование ОУ с большим коэффициентом усиления;

— введение в схему положительной обратной связи (ПОС).

Из теории известно, что коэффициент передачи усилителя при введении положительной обратной связи описывается выражением:

,

где К_о.у. — коэффициент передачи схемы без обратной связи, а b_о.с. — коэффициент передачи цепи обратной связи.

Из данного выражения следует, что коэффициент усиления схемы будет равен бесконечности, а погрешность компаратора — нулю. На практике это условие трудно выполнимо из-за разброса параметров и нестабильности характеристик ОУ. Поэтому погрешность компаратора не может быть устранена полностью, однако ее удается существенно снизить.

Однопороговым компаратором называется устройство сравнения, для которого коэффициент усиления используемого усилителя всегда остается положительным (К_о.у. > 0). Из этого следует, что при работе такого устройства всегда присутствует некоторая область неопределенности входного напряжения, т.е. существует погрешность определения уровня входного напряжения. В качестве однопороговых устройств сравнения могут использоваться ОУ без цепей ОС или с положительной ОС, для которой коэффициент передачи обратной связи удовлетворяет неравенству:

Анализируя схему, приведенную на рис. 43, а, можно сказать, что ее срабатывание происходит в момент равенства нулю напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ. Используя данное свойство указанной схемы, можно легко построить на ее основе устройство сравнения входного напряжения с некоторым заданным эталонным уровнем напряжения. Для этого достаточно к неинвертирующему вход ОУ подключить относительно общей шины источник опорного напряжения U_o_п., абсолютная величина и знак которого соответствуют требуемому уровню сравнения (рис. 44 а).

Если рассматривать идеальный ОУ ( ), то напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами достигнет нулевого значения, когда уровень и полярность входного напряжения U_вх. будут в точности равны U_o_п. На рис. 44, б) и в) показаны передаточные характеристики компаратора для случаев U_o_п. > 0 и U_o_п. 0 (б)

Источник

Источник

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГОВЫХ КОМПАРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Кто сейчас на форуме

Работа операционного усилителя без обратной связи

Принцип работы компаратора

Основные схемы компаратора

Триггер Шмитта

Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта

Способы задания порогов

Какой способ задания порогов выбрать?

Примеры

Однопороговый компаратор

Однопороговый компаратор

Компаратор принцип работы

Компаратор — это что такое? Микросхема и принцип работы

Как работает компаратор?

Применение компаратора

Принцип действия аналогового компаратора

Особенности цифрового компаратора

Компаратор-микросхема

Компаратор на операционном усилителе

Пример практического применения компаратора

Компараторы массы: понятие

Типы компараторов

Однопороговый компаратор.

Читайте также: