Гистерезисный компаратор

Гистерезисными называют схемы сравнения, у которых передаточ­ная характеристика неоднозначна. Применительно к ОУ это возможно только в том случае, когда усилитель охвачен цепью ПОС с коэффициен­том передачи, удовлетворяющим условию:

(7.6)

Рис. 7.3. Однопороговая схема сравнения двух напряжений (а) и временные диаграммы, поясняющие ее работу (б)

На рис.7.4 приведена передаточная характеристика ОУ для случаев boc<l/Koy, boc=1/Koy, и b_0C>1/Коу соответственно.

Рис 7 4. Передаточные характеристики ОУ с цепью ПОС при b_ос<1/Коу (1), Ь_ос=1/Коу (2), и Ь_ос>1/К_0У (3)

Очевидно, что увеличение коэффициента передачи цепи ПОС фак­тически приводит к повороту исходной характеристики ОУ вокруг начала координат по часовой стрелке. При этом если Ьос=1/К₀у, то на передаточ­ной характеристике (зависимость 3) появляется область неоднозначного соответствия между входным и выходным напряжением - гистерезис. Это позволяет построить устройства, у которых напряжения срабатывания и отпускания не равны между собой. Принципиальная схема такого устрой­ства сравнения и ее передаточная характеристика приведены на рис.7.5.

Предположим, что в некоторый момент времени входное напряже­ние схемы равно нулю, а на ее выходе присутствует напряжение положи­тельной полярности +и_0гр- Тогда к неинвертирующему входу ОУ прило­жено положительное напряжение

(7.7)

Рис. 7. 5. Схема гистерезисного компаратора (а) и его передаточная характеристика (б)

Такое состояние схемы является устойчивым и будет поддерживать­ся до тех пор, пока изменяющееся входное напряжение и_ВХ не увеличится до этого же уровня. В этот момент произойдет изменение выходного на­пряжения ОУ от +Uorp до —Uorp- ^и на неинвертирующем входе ОУ устано­вится напряжение

(7.8) одное дат- (7.9) (7.10)

Данное состояние также будет устойчивым до тех пор, пока входное напряжение и_ВХ не уменьшится такого же уровня.

Таким образом, напряжения срабатывания и отпускания в рассмат­риваемой схеме определяются следующими выражениями:

Из приведенных выражений видно, что при равенстве абсолютных значений напряжения ограничения на выходе ОУ пороговые напряжения равны по величине, но противоположны по знаку, т.е. передаточная харак­теристика устройства симметрична относительно начала координат.

Для получения различных напряжений срабатывания и отпускания в цепи ПОС ОУ необходимо использовать четырехполюсник, коэффициент передачи которого зависит от полярности его входного напряжения. При­мер такого устройства приведен на рис. 7.6а

В данном случае коэффициент передачи цепи ПОС для положитель­ных выходных напряжений ОУ практически не зависит от уровня этого напряжения и определяется падением напряжения на диоде VD, смещен­ном в прямом направлении. При отрицательных выходных напряжениях диод VD заперт и напряжение отпускания определяется как и в схеме на рис.7.5а, т.е. выражением (7.10). На рис. 7.66 приведена передаточная ха-

95

рактеристика данной схемы сравнения. Из рисунка видно, что она несим­метрична относительно начала координат.

Рис. 7.6. Схема гистерезисного компаратора с цепью нелинейной ПОС (а) и его передаточная характеристика (б)

Асимметрию передаточной характеристике схемы сравнения можно придать (как и в случае однопорогового устройства), используя дополни­тельные источники смещения. Пример такого решения приведен на рис.7.7д. Здесь источник смещения Есм подключен к неинвертирующему входу ОУ через резистор R дел- Напряжение на неинвертирующем входе равно

(7.11)

Рис. 7.7. Схема гистерезисного компаратора со смещенной характеристикой (а) и его передаточная характеристика (б)

Тогда напряжения срабатывания и отпускания компаратора опреде­ляются выражениями:

(7.12)

(7.13)

Применение гистерезисных компараторов позволяет в случае действия внешних помех значительно повысить надежность сравнения напряжений. Так, на рис. 7.8 показаны временные диаграммы работы однопорогового и гистерезисного компараторов в случае, когда входной сигнал кроме полезной составляющей содержит некоторый высокочастотный сигнал помехи.

Рис. 7.8. Временные диаграммы работы компараторов в условиях

действия напряжения помехи: входной сигнал (а) выходной сигнал

однопорогового (б) и гистерезисного (в) компараторов

Очевидно, что в случае использования однопороговой схемы срав­нения на выходе устройства будет сформировано несколько выходных им­пульсов (так называемый «дребезг» выходного напряжения), затрудняю­щих получение однозначного результата. В случае использования гистере­зисного компаратора с правильным выбором напряжений срабатывания и отпускания этого удается избежать и получить на выходе однозначный ре­зультат сравнения.

Дата добавления: 2015-05-06