6.5. Компараторы

Компараторы – особый класс электронных схем, основная функция которых - сравнение входного сигнала с эталонным. В них состояние выходного сигнала изменяется при превышении входным сигналом порогового значения (рис. 6.14). Компараторы могут выполняться на базе различных элементов, в том числе и на операционных усилителях. При этом усиление входного сигнала значительно лишь вблизи порога, в основном работа ОУ происходит в области ограничения выходного напряжения (отрицательной или положительной).

На рисунке представлен компаратор LM311:

Рисунок 6.14 Принцип работы компаратора.

Основной характеристикой компаратора является зависимость “вход-выход” (зависимость выходного напряжения от входного), представленная на рис. 6.15

Рис. 6.15. Зависимость “вход-выход” для компаратора.

Схема простейшего компаратора детектора нулевого уровня (пороговое напряжение достаточно близко к нулю) представлена на рисунке 6.16

= =

Рис. 6.16. Схема включения компаратора.

Электронный генератор — электронное устройство, вырабатывающее электрические колебания определенной частоты и формы, используя энергию источника постоянного напряжения (тока). Различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением. Любой автогенератор содержит колебательную систему и усилительный элемент (на биполярном или полевом транзисторе), связанные положительной обратной связью. Основными характеристиками генератора являются форма, частота и мощность колебаний. По форме различают электронные генераторы гармонических (почти синусоидальных) колебаний и так называемые релаксационные генераторы различной формы.

Модель компаратора в среде Multisim представлена на рис. 6. 17, показания осциллографа на рис. 6.18.

Рис. 6.17. Компаратор в среде Multisim

Рис. 6.18. Показания осциллографа на входе/выходе компаратора

6.6. Стабилизатор напряжения

Стабилизатором напряжения называют преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на входе напряжение, находящееся в заданных больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки. По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны и исключения.

Рассмотрим стабилизатор постоянного тока – линейный стабилизатор (рис. 6.19). Он представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности P_расс= (U_in- U_out) * I_tрассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

Рис. 6.19. Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

• Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

• Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

• Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.

• Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

На рис. 6. 20 представлены модели: а) параллельного параметрического стабилизатора на стабилитроне; б) последовательного компенсационного стабилизатора на ОУ.

Рис. 6. 20. а) Модель параллельного параметрического стабилизатора на стабилитроне

Рис. 6. 20. б) Модель последовательного компенсационного стабилизатора на ОУ

Стабилизатор можно построить и с помощью интегральной схемы (показан на рисунке), например, LM7812CT – линейного регулятора напряжения. Модель изображена на рис. 6. 21.

Рис. 6.21. Модель стабилизатора на интегральной микросхеме