Принцип работы компаратора при сравнении сигналов одной полярности

Схема компаратора, поясняющая его работу при сравнении сигналов одной полярности, представлена на рис.98.

Рис. 98. Компаратор однополярных сигналов

Рис. 99. Временные диаграммы работы компаратора

В исходном состоянии, когда U_х = 0 состояние выхода компаратора определяется опорным напряжением. Оно здесь положительной полярности и подано на неинвертирующий вход, поэтому на выходе уровень логической единицы (U¹).

При увеличении сигнала U_х, в данном случае положительной полярности, величина дифференциального сигнала, определяемая потенциалами точек А и Б: уменьшается и когда U_х станет больше или равно U_оп происходит смена полярности дифференциального сигнала и за счет большого K_u компаратор резко переключается. Если нужна противоположная характеристика преобразования, надо или поменять полярности U_х и U_оп, если это возможно, если нет, то надо поменять местами точки подключения U_х и U_оп.

Рассмотрим характеристику преобразования схемы с учетом неидеальности компаратора.

Для нахождения характеристики преобразования воспользуемся эквивалентной схемой:

Рис. 100. Эквивалентная схема компаратора однополярных сигналов

Эквивалентная схема приведена без учета синфазных сопротивлений.

Используя метод эквивалентных преобразований и принцип суперпозиции определим потенциалы точек А и Б и исходя из этого найдем характеристику преобразования.

,	(159)
,	(160)
.	(161)
После упрощений:
.	(162)
Решим последнее уравнение относительно :
.	(163)

Для компенсации ошибок, связанных со входными токами компаратора, обычно R₁ = R_2, тогда:

.

(164)

Второе слагаемое в этом выражении определяет систематическую ошибку данного компаратора от конечной величины входного сопротивления и коэффициента усиления.

Если если , , то получаем идеальную характеристику преобразования .

Ошибку, связанную с температурным дрейфом, наличием входных токов и напряжения смещения нуля можно определить из следующей эквивалентной схемы.

Рис. 101. Эквивалентная схема учета ошибок

Как видно, по физическому смыслу она полностью соответствует эквивалентной схеме компаратора, сравнивающего сигналы разной полярности. Поэтому конечное выражение для ошибки будет полностью совпадать.