- •2. Пороговые устройства
- •2.1. Компараторы
- •2.1.1. Временные диаграмм, поясняющие работу компаратора
- •2.1.2. Компаратор нулевого уровня
- •2.1.3. Применение операционного усилителя в качестве компаратора
- •2.2. Триггеры Шмитта.
- •2.2.1. Симметричный инвертирующий тш
- •2.2.2. Несимметричный инвертирующий тш
- •2.2.3. Несимметричный инвертирующий тш с источником смещения
- •2.2.4. Неинвертирующий симметричный тш
- •2.2.5. Триггер Шмитта на основе универсального компаратора
- •2.2.6. Устранение эффекта «дребезга контактов» с помощью триггера Шмитта
2.1.1. Временные диаграмм, поясняющие работу компаратора
Временные диаграммы приведены для компаратора у которого измеряемое напряжение поступает на неинвертирующий вход.
uвх
Uо
t
uвых(В)
2.4
0.4
t
tпк
Рис.2.3
Из временной диаграммы видно, что переключение компаратора происходит за некоторое время tПК, начинающийся от момента превышения входным (исследуемым) напряжением опорного напряжения UО.
Уровни выходного напряжения uВЫХ 2,4 В и 0.4 В соответствуют логической единице и логическому нулю.
2.1.2. Компаратор нулевого уровня
Компаратор нулевого уровня – это компаратор у которого опорное напряжение равно нулю.
2.1.3. Применение операционного усилителя в качестве компаратора
ОУ могут применяться в качестве компаратора, при этом необходимо учитывать снижение характеристик компаратора. Выходные уровни таких компараторов соответствуют максимально возможному положительному и отрицательному напряжению на выходе операционного усилителя.
При необходимости изменить уровень выходного сигнала можно использовать различные схемы, например диодно-резистивные цепи.
Рис.2.4
В подобной схеме напряжение на выходе при отсутствии резистивного делителя uвых.1=Uп.1-UVD, где – прямое падение напряжения на диоде. C помощью диода исключается появление отрицательного напряжения на выходе.
Резистивный делитель, образованный и , обеспечивает требуемый уровень входного напряжения Uвых.2 при формировании логической единицы.
2.2. Триггеры Шмитта.
Триггеры Шмитта (ТШ) – это пороговые устройства (компараторы), у которых изменение выходного сигнала с высокого уровня на низкий и обратно происходит при разных уровнях входного напряжения.
2.2.1. Симметричный инвертирующий тш
С
uвых
U+
выхОУmax
uвх
uвых
1
2
3
5’
u1
uвх4
R2
uвх
1
Uотп
uвх2
Uср
uвх
R1
4
5”
3’’
U-
вых.
ОУmax
а
б
Рис.2.5
uвх.дел=uвых.тш
uвх.дел=u1
R2
I
R1
Рис.2.6
В состав триггера Шмитта кроме ОУ входит резистивный делитель напряжения, образованный резисторами и (рис.2.6). Входное напряжение делителя одновременно является выходным напряжением ТШ, т.е. . Выходное напряжение делителя одновременно является напряжением триггера (рис. 2.5,а). Коэффициент передачи делителя:
(2.1)
Определим коэффициент передачи через параметры делителя. Пусть через резисторы делителя проходит ток . Тогда напряжения:
и . (2.2)
После подстановки (2.2) в (2.1) и преобразования получим: . (2.3)
Рассмотрим работу ТШ. Пусть напряжение на входе ТШ равно и на передаточной характеристике (рис. 2.5,б) рабочая точка занимает положение 1. Напряжение на выходе ТШ , где – максимальное положительное напряжение на выходе ОУ. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ – напряжение с учетом (2.3) равно:
, (2.4)
где – так называемое напряжение срабатывания ТШ. При увеличении входного напряжения, например до , на передаточной характеристике (рис. 2.5,б) рабочая точка занимает положение 2. При дальнейшем увеличении входного напряжения до , на передаточной характеристике (рис. 2.5,б) рабочая точка занимает положение , но поскольку выполняется равенство , соответствующее строке 3 таблицы 1, то выходное напряжение ТШ становится неопределенным, но меньшим чем . Это согласно (2.4) приводит к снижению напряжения , поступающего на неинвертирующий вход ОУ. При этом начнет выполняться неравенство строки 2 таблицы 1 и напряжение на выходе ОУ (выходе ТШ) примет значение , т.е. будет равно максимальному отрицательному напряжению на выходе ОУ. Рабочая точка на передаточной характеристике перейдет в положение .
Напряжение на неинвертирующем входе ОУ
, (2.5)
где – так называемое напряжение отпускания ТШ. При дальнейшем увеличении входного напряжения, например до , на передаточной характеристике (рис. 2.5,б) рабочая точка занимает положение 4.
При снижении входного напряжения ТШ его переключение произойдет только тогда, когда входное напряжение станет равным напряжению отпускания . Это приведет к смене знака входного дифференциального сигнала ОУ и вместо неравенства 2 таблицы 1 станет выполняться неравенство 1. Это приведет к переходу рабочей точки из положения в положение (рис. 2.5,б).
Уровни входного напряжения – пороги срабатывания и отпускания определяются выражениями (2.4) и (2.5). В случае равенства по абсолютному значению напряжений и также по абсолютному значению равны пороги срабатывания и отпускания, что позволяет говорить о симметрии передаточной характеристики.