Компараторы аналоговых сигналов

Компаратор представляет устройство сравнения аналоговых сигналов и предназначено для выработки выходных уровней соответствующим логическим «нулю» и «единице» в зависимости от знака разности входных сигналов.

Эти устройства применяются в АЦП, дискриминаторах импульсов, детекторах пересечения пороговых уровней, сдвига уровней логических сигналов и т. д.

Простейший компаратор – это дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления (например, ОУ), который используется с одним источником питания. Один вход компаратора соединяется с источником опорного напряжения, а на другой подается входной сравниваемый сигнал.

Основная характеристика компаратора – разрешающая способность – минимальная

разность аналоговых сигналов , которую можно обнаружить и которая может вызвать переход на выходе из состояния «0» в «1». Величина определяется коэффициентом усиления т.к. уровни цифровых сигналов стандартны.

Пример: Коэффициент усиления , , . Определить разрешающую способность и относительную погрешность сравнения.

1. Разрешающая способность

2. Относительная погрешность сравнения:

Разность удвоена т. к. изменение выхода происходит, когда выше или ниже

Простейшие схемы компаратора обладают существенным недостатком. Если меняется достаточно медленно и находится вблизи то шумы, содержащиеся в могут вызывать ложные изменения в выходном напряжении. Появляется дребезг (многократные срабатывания), когда напряжение на входе проходит точку переключения. Этот недостаток позволяет устранить положительная обратная связь (ПОС).

Резистор ПОС создает в схеме два порога срабатывания в зависимости от состояния выхода т. е. вводит гистерезис в работу компаратора.

При – верхний порог.

При – нижний порог.

Компаратор с гистерезисом называется триггером Шмитта. ПОС обеспечивает быстрое переключение выхода независимо от скорости изменения входного сигнала. Конденсатор служит для еще большего увеличения скорости переключения ( ).

Триггер Шмитта – компаратор, уровни включения и выключения которого не совпадают.

Пример: Спроектировать триггер Шмитта на ОУ у которого

1. Выбираем ток делителя и определяем значение резистора .

2. Определяем значение резистора :

3. Определяем значение резистора :
откуда .

Усилитель переменного напряжения

Если усилитель предназначен для усиления только переменной составляющей входного сигнала, в его входную цепь включают разделительный конденсатор.