3.2.4 Компараторы сигналов

Компаратором (схемой сравнения) называется устройство, сравнивающее два сигнала, и формирующее дискретный (логический) выходной сигнал согласно уравнению

, (3.25)

где U_НАС – модуль напряжение насыщения ОУ,

sign – оператор выдающий знак своего аргумента, стоящего в скобках.

Рис.3.14 Схемы компараторов на операционном усилителе

В схемах рис.3.14,а и рис.3.14,б сравниваемые сигналы подаются на один из входов ОУ, изменение выходного напряжения происходит при равенстве нулю суммы входных токов I₁ + I₂ = I_ВХ = 0, или при .

Максимальное выходное напряжение компаратора ограничивается насыщением или одной ранее рассмотренной схемой ограничения выходного напряжения. Для изменения выходного напряжения во всем диапазоне в компараторах без положительной обратной связи (схемы рис.3.14,а - рис.3.14,в) необходимо малое, но конечное изменение входного напряжения . Зависимостьдля схемы рис.3.14,а, при фиксированном напряженииU₂ приведена на рис.3.15,а. Если пренебречь величиной , то работа схемы рис.3.14,а описывается уравнением (3.26), а схемы рис.3.14,б уравнением (3.27).

, (3.26). (3.27)

В схеме рис.3.14,в напряжения подаются на разные входы операционного усилителя, и ее работа описывается уравнением

. (3.28)

Резисторы R₁ и R₂ выполняют защитные функции и могут отсутствовать.

В схеме рис.3.6,г введена положительная обратная связь через делитель, выполненный на резисторах R₁ и R₂, при этом резистор R₃ выполняет защитную функцию и может отсутствовать. Зависимость при фиксированном значении напряжения U₂ приведена на рис.3.7,б, где

напряжение срабатывания , (3.29)

напряжение отпускания , (3.30)

ширина петли гистерезиса . (3.14)

Компаратор с положительной обратной связью обеспечивает четкое, однозначное переключение. Ширина петли, при необходимости, может быть достаточно узкой (единицы милливольт).

Рис.3.15 Статические характеристики компараторов

а) – для схемы рис.3.14,а, б) – для схемы рис.3.14,г.

3.2.5 Идеальный диод на операционном усилителе

Принципиальная схема ОУ с нелинейными элементами (диодами) в цепи обратной связи приведена на рис. 3.16. Работа схемы рис.3.16, без учета диодов VD1, VD2 описывается уравнением:

, (3.15)

которому соответствует статическая характеристика, приведенная на рис.3.17, а. Диод VD1 открывается при отрицательном напряжении на выходе ОУ и снижает (за счет своего низкого дифференциального сопротивления) результирующее сопротивление обратной связи ОУ практически до нуля, делая нулевым коэффициент усиления усилителя. Диод VD2 обеспечивает прохождение на выход только положительного напряжения, не пропуская отрицательного остаточного напряжения ОУ, обусловленного не нулевым падением напряжения на открытом диоде VD1. Результирующая статическая характеристика нелинейного элемента приведена на рис.3.17, б.

Рис. 16 Принципиальная схема нелинейного элемента на базе ОУ с диодами в цепи обратной связи

а) б) в)

Рис. 3.17 Статические характеристики

Если напряжения смещения равно нулю, статическая характеристика приобретает вид 3.17, в. Передается сигнал только одной полярности, поэтому такая схема называется диодной. Следует отметить идеальность разделения положительного и отрицательного входного сигнала, что не свойственно обычным диодам.