2.4. Компаратор с окном
Компаратор с окном может быть использован для проверки верхней и нижней границ напряжения. Он выдает сигнал, если напряжение выходит из допустимого диапазона напряжений – между верхней и нижней границами. Схема компаратора с окном может быть построена по схеме, показанной на рис.11.9.
Компаратор отслеживает значения входного напряжения лежащего в диапазоне от 4,8 В до 5,2 В. Именно в этом диапазоне питающих напряжений работают многие типы микросхем. Напряжение на выходе компаратора А1 равно Uвых1 = Ад(Uвх – 5,2 В), а на выходе компаратора А2 равно Uвых2 = Ад(4,8 В - Uвх). Рассмотрим состояния сигналов на выходах компараторов А1 и А2 в зависимости от входного сигнала. При
Uвх > 5,2 B Uвых1 = Uн, Uвых2 = -Uн;
4,8 < Uвх < 5,2 B Uвых1 = -Uн, Uвых2 = -Uн;
Uвх < 4,8 B Uвых1 = Uн, Uвых2 = -Uн.
Временные диаграммы выходных сигналов компараторов А1 и А2 показаны на рис.11.9.
Диоды VD1 и VD2 вместе с Rн образуют логическую схему, выполняющую операцию ИЛИ по отношению к выходным сигналам Uвых1 и Uвых2. Напряжение Uвых будет равно высокому уровню напряжения (+Uн), если хотя бы на одном из выходов компараторов А1 или А2 будет высокий уровень напряжения (+Uн). Напряжение на выходе схемы будет равно низкому уровню напряжения (-Uн), если на обоих выходах компараторов А1 и А2 будет низкий уровень сигнала (-Uн). Из временной диаграммы на рис.11.9 видно, что оба выхода компараторов принимают низкий уровень напряжения, если входной сигнал находится в допустимом диапазоне напряжений от 4,8 В до 5,2 В. Следовательно напряжение на выходе будет равно низкому уровню. Если входное напряжение падает ниже 4,8 В или повышается более 5,2 В, то на выходе одного из компараторов А1 или А2 будет высокий уровень напряжения и, следовательно, на выходе схемы будет высокий уровень напряжения, что сигнализирует об аварийном изменении напряжения питания.
2.5. Интегральные схемы компараторов
Промышленность выпускает большую номенклатуру компараторов в интегральном исполнении, рассчитанные на разные напряжения питания, выходные напряжения, имеющие различное быстродействие. Примером компаратора с окнами может служить отечественный компаратор К554СА1. Хорошие характеристики имеет компаратор LM311 (отечественный аналог К554СА3). Компаратор LM311 работает в широком диапазоне напряжений питания: от стандартного для ОУ питания 15 В до однополярного питания 5 В., применяемого для питания логических схем. Его выход совместим с ТТЛ схемами, а также со схемами на МОП – транзисторах. Кроме того, данный компаратор может работать на сигнальные лампочки или реле, переключая напряжения до 40 В при токах до 50 мА. Такая совместимость выхода компаратора с различной нагрузкой достигается благодаря тому, что выходной транзистор компаратора делается с открытым коллектором и свободным эмиттером. Выходная цепь компаратора может работать как на заземленную нагрузку, так и на нагрузку, подключенную к положительному или отрицательному выводу источника питания. В схеме компаратора предусмотрены возможности балансировки сдвига и стробирования. На рис.2.10 показана цоколевка компаратора LM311 с цепью стробирования и выходным транзистором. Вывод "Строб" заземлять нельзя, он управляется током от 3 до 5 мА. Поэтому на схеме вывод "Строб" подключается к земле через резистор с сопротивлением 1 кОм с помощью транзистора. Транзистор может управляться уровнями ТТЛ логики. При включении транзистора (подключение входа "Строб" к земле через резистор 1 кОм) компаратор отключается.
Основные характеристики компаратора LM311:
напряжение питания 15 В, 30 В, 5 В;
максимальный входной ток 250 на;
максимальный разностный входной ток 50 нА;
диапазон дифференциальных входных напряжений 30 в;
время срабатывания 200 нС;
мощность рассеяния при напряжении питания 15 В 135 мВт.