Компаратор представляет собой электронный компонент , который сравнивает два входных напряжения. Компараторы тесно связаны с операционными усилителями , но компаратор предназначен для работы с положительной обратной связью и с насыщением его выхода на одной или другой шине питания. При необходимости операционный усилитель можно использовать как плохо работающий компаратор, но его скорость нарастания будет снижена.
Компаратор
Бистабильный выход, который указывает, какой из двух входов имеет более высокое напряжение. Это,
где а также номинально являются положительным и отрицательным напряжениями питания (не показаны на схеме).
Пороговый детектор
Пороговый детектор с гистерезисом состоит из операционного усилителя и ряда резисторов , обеспечивающих гистерезис. [1] : 5 [2] : 7 [3] Как и другие извещатели, это устройство работает как переключатель напряжения , но с одним важным отличием. Состояние выхода детектора напрямую не зависит от входного напряжения, а зависит от падения напряжения на его входных клеммах (здесь обозначается как Va). Из Current закона Кирхгофа , эта величина зависит как от Vin и выходным напряжением самого порогового детектора, и умножается на коэффициент резистора.
В отличие от детектора перехода через нуль, детектор с гистерезисом не переключается, когда Vin равно нулю, скорее, выходной сигнал становится Vsat +, когда Va становится положительным, и Vsat-, когда Va становится отрицательным. Дальнейшее изучение уравнения Va показывает, что Vin может превышать ноль (положительный или отрицательный) на определенную величину до того, как выходной сигнал детектора будет переключен. Регулируя значение R1, величина Vin, которая вызывает переключение детектора, может быть увеличена или уменьшена. Гистерезис полезен в различных приложениях. Он имеет лучшую помехозащищенность, чем датчик уровня, поэтому используется в интерфейсных схемах. Его положительная обратная связь имеет более быстрый переход, поэтому он используется в приложениях для измерения времени, таких как частотомеры. Он также используется в нестабильных мультивибраторах, используемых в таких инструментах, как генераторы функций.
Детектор пересечения нуля
Нулевой детектор пересечения является компаратором с набором опорного уровня в нуле. Он используется для обнаружения переходов через ноль сигналов переменного тока. Это может быть операционный усилитель с входным напряжением на его положительном входе (см. Принципиальную схему) [ требуется пояснение ] .
Когда входное напряжение положительное, выходное напряжение - положительное значение, когда входное напряжение отрицательное, выходное напряжение - отрицательное значение. Величина выходного напряжения - это свойство операционного усилителя и его источника питания.
Приложения включают преобразование аналогового сигнала в форму, подходящую для использования для измерения частоты, в контурах фазовой автоподстройки частоты или для управления цепями силовой электроники, которые должны переключаться в определенном соотношении с формой волны переменного тока.
Этот детектор использует то свойство, что мгновенная частота FM- волны приблизительно определяется выражением где - разница во времени между соседними нулевыми переходами FM-волны
Триггер Шмитта
Бистабильный мультивибратор выполнен в виде компаратора с гистерезисом .
В этой конфигурации входное напряжение подается через делитель напряжения, образованный а также (которое может быть внутренним сопротивлением источника) к неинвертирующему входу, а инвертирующий вход заземлен или имеет опорный сигнал. Кривая гистерезиса не инвертирующая, а пороги переключения равны где это самая большая выходная величина операционного усилителя.
В качестве альтернативы можно поменять местами источник входного сигнала и землю . Теперь входное напряжение подается непосредственно на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход заземляется или имеет опорное значение. Кривая гистерезиса инвертируется, а пороги переключения равны. Такая конфигурация используется в релаксационном генераторе, показанном ниже.
Осциллятор релаксации
Используя RC-цепь для добавления медленной отрицательной обратной связи к инвертирующему триггеру Шмитта , формируется релаксационный осциллятор . Обратная связь через RC-цепь заставляет выход триггера Шмитта колебаться в виде бесконечной симметричной прямоугольной волны (т. Е. Триггер Шмитта в этой конфигурации является нестабильным мультивибратором ).
Рекомендации
- ^ "Рекомендации по применению AN-49, ред. A" (PDF) . Аналоговые устройства . Проверено 26 августа 2017 года .
- ^ Ханиотакис; Кори (2006). «MIT OCW: Схемы операционных усилителей: компараторы и положительная обратная связь» (PDF) . Массачусетский технологический институт . Проверено 26 августа 2017 года .
- ^ Кей, Искусство; Клейкомб, Тимоти (2014). "Компаратор с гистерезисным эталонным дизайном" (PDF) . Техасские инструменты . Проверено 26 августа 2017 года .
- ^ Примечания по применению продуктов Elliott Sound : Детекторы и компараторы нулевого пересечения