Компараторы. ОУ в качестве компараторов.Основы работы.

Очень часто бывает нужно установить, какой из двух сигналов больше, или определить, когда сигнал достигнет заданного значения. Например, при генерации треугольных колебаний через конденсатор пропускают положительный или отрицательный ток, полярность тока изменяют в тот момент, когда амплитуда достигает заданного пикового значения. Со многими подобными задачами помогут справиться

компараторы.

Простейшим компаратором является дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, построенный на основе транзисторов или операционных усилителей.

В зависимости от знака разности входных напряжений операционный усилитель оказывается в положительном или отрицательном насыщении. Коэффициент усиления по напряжению обычно превышает 100 000, поэтому, для того чтобы выход усилителя не насыщался, напряжение на входах должно быть равно долям милливольта.

Промышленность выпускает специальные интегральные схемы, предназначенные для использования в качестве компараторов.

К ним относятся, например, интегральные схемы типа LM306, LM311, LM393, NE527 и TLC372. Эти кристаллы обладают очень высоким быстродействием и даже не принадлежат к семейству операционных усилителей. Например, для схемы типа NE521 скорость нарастания составляет несколько тысяч вольт в 1 мкс. Для компараторов обычно не используют термин «скорость нарастания». Вместо этого говорят о задержке распространения относительно сигнала, заданного на вход.

Попробуем ответить на вопрос: можно ли использовать операционные усилители в качестве компараторов?

Иногда операционный усилитель используют в качестве компаратора, в основном, когда нужен только один простой компаратор. Фазовая компенсация, необходимая для стабильной работы операционного усилителя, означает, что он будет работать очень медленно в качестве компаратора. Но если требования к скорости не важны, операционного усилителя может быть достаточно. Но возникают ситуации, когда некоторые из них работают хорошо … некоторые работают не так, как ожидалось.

Почему?

Во многих операционных усилителях присутствуют встроенные диоды между входными клеммами, включенные противоположно друг другу (иногда  два или более последовательных диода). Эти диоды защищают входные транзисторы от обратного пробоя их соединений база-эмиттер. При многих процессах в интегральных схемах происходит сбой на дифференциальном входе, приблизительно в 6 В. Это может значительно изменить или повредить транзистор. На входном каскаде NPN, показанном ниже, диоды D1 и D2 обеспечивают защиту.

В большинстве распространенных применений операционного усилителя на входах почти нулевое напряжение, и эти диоды никогда не включаются. И такая защита может стать проблемой для работы компаратора. У нас будет ограниченный диапазон дифференциального напряжения (0,7 В или около того) для переключения одного входа на другой, неожиданно потянувшего его напряжение. В некоторых цепях это может быть совершенно неприемлемо.

Проблема в том, что производители операционных усилителей не всегда сообщали о наличии этих диодов.

Производители чаще просто предполагают, что мы собираемся использовать операционный усилитель в качестве операционного усилителя.

Вот несколько рекомендаций, которые могут помочь:

Операционные усилители с биполярными NPN-транзисторами, которые имеют диодную защиту —  OP07C , OPA227 , OPA277 и т. д.

Операционные усилители общего назначения с боковыми входными транзисторами PNP обычно не имеют входных защит. Например, LM324 , LM358 , OPA234 , OPA2251 и OPA244 .Эти операционные усилители обычно относятся к типу «с одним источником питания». Т.е. они имеют синфазный диапазон, который простирается до отрицательной клеммы питания или немного ниже. Их часто можно определить по входному току смещения, указанному как отрицательное число. Это говорит о том, что входной ток смещения вытекает из входных контактов. Однако стоит обратить внимание, что высокоскоростные операционные усилители, использующие входы PNP, обычно имеют входные защиты, поскольку это вертикальные PNP с более низким напряжением пробоя.

Суть … если вы планируете использовать операционный усилитель в качестве компаратора, будьте осторожны. Изучите его поведение на макете, проверяя влияние одного входного напряжения на другое.

Выходные каскады компараторов обычно обладают большей гибкостью в применениях, чем выходные каскады операционных усилителей. В обычном ОУ используют двухтактный выходной каскад, который обеспечивает размах напряжения в пределах между значениями напряжения питания. В выходном каскаде компаратора эмиттер, как правило, бывает заземлен и выход снимается с «открытого коллектора». С помощью внешнего резистора «притяжения», подключенного к источнику напряжения, можно сделать так, чтобы сигнал на выходе изменялся в пределах, скажем, от +5 В до потенциала земли. Описанная схема подошла бы для управления логическими схемами типа ТТЛ, получившими широкое распространение в цифровой электронике. Такая схема изображена на рисунке ниже.

Напряжение на выходе переключается с уровня +5 В на уровень потенциала земли, когда напряжение на входе становится отрицательным.

Эта схема представляет собой пример использования компаратора для аналого цифрового преобразования.

При желании можно представить, что внешний «притягивающий» резистор дополняет внутреннюю схему компаратора и выступает в качестве коллекторной нагрузки для выходного транзистора n-р-n типа. В связи с тем, что выходной транзистор работает как насыщенный или разомкнутый переключатель, строгих требований к величине сопротивления резистора не предъявляют. Обычно сопротивление выбирают в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч ом. Небольшие величины сопротивления обеспечивают большую скорость переключения и повышают помехоустойчивость. Правда, за счет увеличения рассеиваемой мощности. (При использовании операционного усилителя в качестве компаратора, «притягивающий» резистор был бы не нужен.)

Компаратор сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Стоит заметить, что в качестве опорного и сигнального может использоваться любой из двух входов компараторов.

Если опорный сигнал подается на неинвертирующий вход (+), а сигнальный подается на инвертирующий (-), то такой компаратор будет

инвертирующим. Когда сигнальное входное напряжение больше опорного, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения и остаётся неизменным пока сигнальное входное напряжение не уменьшиться ниже опорного напряжения, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения. Фактически на выходе можно устанавливать логическую «1» или «0».

И наоборот, если опорный сигнал подается на инвертирующий вход (-), а сигнальный подается на неинвертирующий (+), то такой компаратор будет

неинвертирующим. Когда сигнальное входное напряжение больше опорного, то выходное напряжение принимает значение положительного напряжения насыщения и остаётся неизменным пока сигнальное входное напряжение не уменьшиться ниже опорного напряжения, в этом случае на выходе будет напряжение отрицательного насыщения.

Между прочим, несмотря на то, что компараторы очень похожи на операционные усилители, в них никогда не используют отрицательную обратную связь, так как она понижает стабильность работы этих устройств. В то же время, положительную обратную связь используют довольно часто.

Некоторые пояснения по компараторам. 

а) напряжения на входах неодинаковы;

б) отсутствие отрицательной обратной связи приводит к тому, что входной импеданс (импеданс для дифференциального сигнала) не стремится принять высокое значение, характерное для операционного усилителя. В результате при срабатывании переключателя наблюдается изменение нагрузки и изменение (небольшое) входного тока; 

в) в некоторых компараторах размах дифференциального входного сигнала ограничен и составляет иногда всего ± 5 В.

Смотрите также

Простейшие компараторы на операционных усилителях

Kомпараторы на операционных усилителях

В описанных выше схемах в зависимости от характера управляющего сигнала осуществлялась

коммутация входного сигнала или запоминание последнего. Еще одну разновидность аналоговых коммутаторов представляют компараторы. Они осуществляют переключение уровня выходного напряжения, когда непрерывно изменяющийся во времени входной сигнал становится выше или ниже определенного уровня.

Рис. 14.5. Простейшая схема компаратора

 

Если включить операционный усилитель без обратной связи, как показано на рис. 14.5, то он будет представлять собой компаратор. Его выходное напряжение составляет:

Передаточная характеристика такого компаратора изображена на рис. 14.6. Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при очень малой величине разности напряжений

U₁ – U₂, поэтому она пригодна для сравнения двух напряжений с высокой точностью.

 

Рис. 14.6. Передаточная характеристика компаратора

 

При смене знака разности входных потенциалов выходное напряжение не может мгновенно перейти из одного уровня насыщения к другому, так как величина скорости нарастания операционного усилителя ограничена. Для стандартного частотно-скорректированного операционного усилителя она составляет около 1 В/мкс. Переход с уровня –12 В на уровень + 12В длится, таким образом, 24 мкс. Вследствие конечного времени восстановления операционного усилителя при его выходе из состояния насыщения задержка переключения компаратора еще увеличивается.

Так как в рассматриваемой схеме операционный усилитель не охвачен обратной связью и не нуждается в частотной коррекции, скорость нарастания увеличивается, и время восстановления уменьшается, по меньшей мере, в 20 раз.

Описанный компаратор имеет ограниченный диапазон входных напряжений. Если требуется сравнивать большие величины входных напряжений, можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 14.7.

 

 

Рис. 14.7. Суммирующий компаратор

 

Компаратор срабатывает при переходе величины U

_Pчерез нуль. При этом U₁ / R₁ = –U₂ / R₂ .

Таким образом, сравниваемые напряжения должны иметь противоположные знаки. Эту схему можно функционально расширить, если к неинвертирующему входу компаратора подключить еще несколько резисторов. При этом компаратор будет срабатывать, когда приведенная к неинвертирующему входу алгебраическая сумма входных напряжений будет больше или меньше нуля. Благодаря включению диодов напряжение на неинвертирующем входе компаратора не может превысить ± 0,6 В.

Компаратор с прецизионным входным напряжением. Для многих случаев применения необходимы компараторы, выходное напряжение которых принимает два фиксированных с высокой точностью значения U_МИН и.U_МАКС Наиболее точный и простой способ выполнения этого условия состоит в применении аналогового коммутатора, управляемого входным напряжением обычного компаратора.

При низких частотах переключения эта задача может быть также решена соответствующим включением частотно-скорректированного операционного усилителя (рис. 14.8).

 

 

Рис. 14.8. ОУ в качестве компаратора с прецизионным выходным напряжением

Схема представляет собой разновидность компаратора, изображенного на рис. 14.5. Когда выходное напряжение достигает значения ±(U_Z + 0,6В), операционный усилитель оказывается охваченным отрицательной обратной связью через цепочку стабилитронов. При этом дальнейший рост выходного напряжения прекращается. Кроме того, так как операционный усилитель не насыщается, из общего времени задержки срабатывания исключается время восстановления усилителя.

Двухпороговый компаратор фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона. Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть, как показано на рис. 14.9, операции логического умножения.

Для такой цели лучше всего подходит компаратор типа IС NE 521, так как эта ИС имеет в одном корпусе кроме двух идентичных компараторов с преобразователями уровня сигнала еще два логических элемента И-НЕ. Как показано на рис. 14.10, на выходе логического элемента единичный уровень сигнала будет иметь место тогда, когда выполняется условие: U₁<U_ВХ<U₂, так как в этом случае на выходах обоих компараторов будут единичные логические уровни.

 

Рис. 14.10. Двухпороговый компаратор

 

 

 

 

Рис. 14.10 — Временные диаграммы работы двухпорогового компаратора

 

 

 

 

LM339AD Texas Instruments, Счетверенный компаратор, O/P с открытым коллектором, 1,3 мкс 3 → 28 В, 14-контактный SOIC

Это изображение представляет ассортимент продукции

Посмотреть все компараторы

---

320 В наличии на складе для доставки NCR Plus в течение 10 рабочих дней, остальные PH в течение 14 рабочих дней

tickAdded

Посмотреть корзину

Цена за шт.

(с НДС)

units	Per Unit	Per Pack*
20 — 20	PHP53.785	PHP1,075.70
40 — 80	PHP52.71	PHP1, 054.20
100 — 180	PHP51.656	PHP1,033.12
200 — 980	PHP50. 622	PHP1,012.44
1000 +	PHP41.662	PHP833. 24
*Индикативная цена

Варианты упаковки:

Packmarkstandard Pack

Pell-CheckmarkProduction Pack

RS №:

517-181792

RS. Часть №:

LM339AD

Производитель:

Texas Instruments

Технические данные

• DOCPDFESD Руководство по контролю. 0109

Законодательство и соответствие

---

Де широкий диапазон напряжений. Диапазон входного напряжения синфазного сигнала включает землю, а устройства имеют выходы с открытым коллектором.

Компараторы, Texas Instruments

Ассортимент компараторов напряжения Texas Instruments включает не только обычные одинарные, двойные и счетверенные компараторы, но также оконные компараторы и устройства контроля повышенного и пониженного напряжения.

Хотя компараторы и операционные усилители внешне похожи, их работа на практике сильно различается. Операционные усилители предназначены для линейной работы с соответствующей обратной связью, тогда как компараторы рассчитаны на быстрое переключение и обычно работают в режиме без обратной связи. Специализированные компараторы напряжения имеют значительно более короткие задержки распространения и способны к более быстрому времени отклика в условиях насыщения. Большинство компараторов также более устойчивы к высоким дифференциальным входным напряжениям, и многие из них имеют выходы с открытым коллектором, позволяющие работать параллельно с другими устройствами.

Specifications

99555

Attribute	Value
Comparator Type	General Purpose
Mounting Type	Surface Mount
Package Type	SOIC
Power Тип питания	Двойной, одиночный
Тип выхода	Открытый коллектор
Количество каналов на чип	4
Typical Response Time	1. 3µs
Pin Count	14
Typical Single Supply Voltage	3 → 28 V
Dimensions	8.65 x 3.91 x 1.58mm
Длина	8,65 мм
Ширина	3,91 мм
Высота	1,58 ммм
9015 9015																											9015	106,02 дБ
Максимальная рабочая температура	+70 ° C
Минимальная температура	0 ° C
тип DALLAG ±9 В

320 В наличии на складе для доставки NCR Plus в течение 10 рабочих дней, остальные PH в течение 14 рабочих дней

tickAdded

Посмотреть корзину

Цена за штуку (в упаковке 20 шт. )

53,785 филиппинских песо

(exc. ​​VAT)

PHP60.239

(inc. VAT)

units	Per Unit	Per Pack*
20 — 20	PHP53.785	PHP1,075.70
40 — 80	PHP52.71	PHP1,054.20
100 — 180	PHP51. 656	PHP1,033.12
200 — 980	PHP50.622	1012,44 филиппинских песо
1000 +	PHP41.662	PHP833.24
*price indicative

Packaging Options:

checkmarkStandard Pack

empty-checkmarkProduction Pack

LM111JG Texas Instruments, Comparator , Открытый коллектор, O/P с открытым стоком, 115 нс, 165 нс 5 В, 8-контактный CDIP

Изображение только для справки, см. подробную информацию о продукте и спецификации

Просмотреть все Компараторы

---

68 In stock for delivery within 3 working days

tickAdded

View basket

Price Each (In a Pack of 2)

Was HK$481.175

You pay

HK$409.00

units	за единицу	за пачку *
2 +	HK $ 409,00	HK $ 818,00
* ПРАВИНАЯ ДЕЙСТВИЯ
!0003 checkmarkСтандартная упаковка empty-checkmarkПроизводственная упаковка RS Артикул: 796-7997 Произв. Part No.: LM111JG Manufacturer: Texas Instruments Product overview and Technical data sheets docPdfESD Control Selection Guide V1 docZipBuild or Request PCB Symbol & Footprint Legislation and Соответствие Подробная информация о продукте Одиночные компараторы семейства LMx11 LM111, LM211 и LM311 от Texas Instruments представляют собой компараторы дифференциального входного напряжения с широким диапазоном рабочего напряжения и временем отклика 200 нс. Входы этих устройств могут быть изолированы от заземления системы, а незадействованные выходы могут управлять нагрузками, относящимися либо к шине питания, либо к земле. Эти одиночные компараторы снабжены функциями балансировки и стробирования. Компараторы, Texas Instruments Ассортимент компараторов напряжения Texas Instruments включает не только обычные одинарные, двойные и счетверенные компараторы, но также оконные компараторы и устройства контроля повышенного и пониженного напряжения. Хотя компараторы и операционные усилители внешне похожи, их работа на практике сильно различается. Операционные усилители предназначены для линейной работы с соответствующей обратной связью, тогда как компараторы рассчитаны на быстрое переключение и обычно работают в режиме без обратной связи. Специализированные компараторы напряжения имеют значительно более короткие задержки распространения и способны к более быстрому времени отклика в условиях насыщения. Большинство компараторов также более устойчивы к высоким дифференциальным входным напряжениям, и многие из них имеют выходы с открытым коллектором, позволяющие работать параллельно с другими устройствами. Specifications Attribute Value Comparator Type General Purpose Mounting Type Through Hole Package Type CDIP Power Тип питания Одинарный Тип выхода Открытый коллектор, открытый сток Количество каналов на микросхему 1 Typical Response Time 115 ns, 165 ns Pin Count 8 Typical Single Supply Voltage 5 V Dimensions 10. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника