2.9.1. Компараторы. Триггер Шмитта

Компаратор (рисунок 2.25)осуществляет сравнение измеряемого входного напряжения (Uвх) с постоянным опорным напряжением (Uоп) и, при достижении входным напряжением уровня опорного напряжения, изменяет полярность напряжения на выходе операционного усилителя (ОУ), например, с +Uвыхmax на –Uвыхmax. При Uon=0, компаратор осуществляет фиксацию момента перехода выходного напряжения через ноль.

Компараторы применяются в системах автоматического управления, в измерительной технике, цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователях и др.

Рисунок 2.25

Разность напряжений Uвх-Uon является входным напряжением Uо ОУ. При Uвх<Uon, Uo<0 и Uвых=+Uвыхmax. При Uвх>Uon, Uo>0 и Uвых=

-Uвыхmax. Изменение полярности выходного напряжения происходит при переходе входного измеряемого напряжения через значение Uon.

Широкое применение получил компаратор, в котором ОУ охвачен положительной обратной связью по неинвертирующему входу с помощью резисторов R1 и R2 (рисунок 2.26).

Рисунок 2.26

Такой компаратор обладает передаточной характеристикой с гистерезисом и называется «Триггер Шмита». Переключение схемы в состояние -Uвыхmax происходит при достижении Uвх напряжения (порога) срабатывания Uср, а возвращение в исходное состояние Uвых=Uвыхmax при снижении Uвх до напряжения (порога) отпускания Uотп.

=

=

Ширина зоны гистерезиса

Важнейшим показателем ОУ, работающих в импульсном режиме является их быстродействие, которое оценивается задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения. Задержка срабатывания (время задержки выходного импульса) ОУ составляет единицы микросекунд, а время нарастания выходного напряжения – доли микросекунд.

2.9.2. Мультивибраторы

Мультивибраторы предназначены для генерирования последовательности импульсов прямоугольной формы с требуемыми параметрами: частотой, амплитудой, длительностью и др. Для построения мультивибраторов применяют ОУ в интегральном исполнении.

Рассмотрим схему симметричного мультивибратора на ОУ (рисунок 2.27). Её основой служит компаратор на ОУ с положительной обратной связью. Автоколебательный режим работы создаётся за счёт подключения к инвертирующему входу ОУ времязадающей RC-цепочки.

Рисунок 2.27

Пусть до момента времени t1 Uo>0. Это определяет напряжение на выходе ОУ Uвых=Uвыхm- и на его неинвертирующем входе U+=kUвыхm-, где k– коэффициент передачи цепи обратной связи. Конденсатор заряжается через резистор R напряжением полярностью без скобок. В момент t1 напряжение на инвертирующем входе достигает напряжения на неинвертирующем входе, то есть U= kUвыхm-. Напряжение Uo=0, что вызывает изменение полярности напряжения на выходе ОУ. Uвых=Uвыхm+. Напряжение U+ также изменяет знак и становится равным kUвыхm+, что соответствует Uo<0 и Uвых=Uвыхm+. С момента t1 начинается перезаряд конденсатора полярностью в скобках. В момент t2, Uc= kUвыхm+, Uo=0, ОУ переключается в противоположное состояние. Далее аналогично.

Частота следования импульсов симметричного мультивибратора