Analog comparator что это

Аналоговый компаратор

Аналоговый компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения двух сигналов. Простейшая схема компаратора может быть построена на операционном усилителе без обратной связи. На один из входов операционного усилителя подается известное опорное напряжение, на другой — сравниваемый аналоговый сигнал, например сигнал с датчика.

Разберем, как работает эта схема.
Поведение операционного усилителя без обратной связи описывается уравнением:
Uout = (Uin1 – Uin2)*G

где Uout – напряжение на выходе операционного усилителя, Uin1 – напряжение на неинвертирующем входе, Uin2 – напряжение на инвертирующем входе, G – коэффициент усиления с разомкнутой петлей обратной связи.

В инженерных расчетах коэффициент усиления идеального операционного усилителя (G) обычно принимается равным бесконечности. Мы возьмем реальный операционный усилитель — LM358. Его коэффициент усиления равен приблизительно 100000.

Подадим на неинвертирующий вход усилителя опорное напряжение в 1.5 вольта, а на инвертирующий вход синусоидальный сигнал амплитудой 1 вольт и постоянной составляющей 1.5 вольта.

По приведенной выше формуле рассчитаем выходное напряжение операционного усилителя для двух случаев.
1) Uin2 < Uin1 на 1 мВ Uout = (Uin1 – Uin2)* G = 1 мВ * 100000 = 100 В 2) Uin2 > Uin1 на 1 мВ
Uout = (Uin1 – Uin2)* G = -1 мВ * 100000 = -100 В

Это в теории, на практике выходное напряжение операционного усилителя естественно не может выйти за пределы питающих напряжений. Реальное выходное напряжение операционного усилителя в этих случаях будет равно его положительному +Usat или отрицательному напряжению насыщения –Usat (saturation — насыщение).

У большинства операционных усилителей, включая и LM358, положительное и отрицательное напряжение насыщения при однополярном питании равно Vcc – (1..2) и 0 Вольт соответственно, где Vcc – это напряжение питания. Также существуют операционные усилители, у которых выходное напряжение насыщения практически равно напряжению питания (rail-to-rail усилители). Да, и не забудь, что на выходное напряжение усилителя оказывает влияние нагрузка. Низкоомная нагрузка на выходе усилителя будет уменьшать его выходное напряжение.

С учетом выше сказанного:
1) Uout = ~Vcc – 1.5= 5 – 1.5 = 3.5 В
2)Uout = ~0 В

То есть пока входной сигнал меньше опорного — на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения. Как только входной сигнал превысит опорный – выходное напряжение операционного усилителя станет равно нулю.

Описанная схема представляет собой инвертирующий компаратор. Если мы поменяем источники напряжения местами, то получим неинвертирующий компаратор. Попробуй самостоятельно разобраться, как при этом поведет себя схема.

Компаратор можно использовать для обработки сигналов датчиков. Например, на компараторе можно построить простой датчик освещенности.

К сожалению, такая схема компаратора обладает существенным недостатком. При подаче на вход усилителя зашумленного сигнала, на выходе будут наблюдаться многократные переключения напряжения. Если выход операционного усилителя управляет электромагнитным реле, такое поведение схемы вызовет подгорание контактов реле.

Для устранения этих колебаний в схему добавляют управляемую положительную обратную связь.

Триггер Шмитта

Триггер Шмитта – это компаратор с положительной обратной связью. В этой схеме часть выходного сигнала операционного усилителя подается на неинвертирующий вход и задает пороги переключения схемы.

Электрическая схема инвертирующего триггера Шмитта представлена ниже.

Разберемся, как она работает.

Операционный усилитель у нас запитан от двуполярного 5-ти вольтового источника питания. На инвертирующий вход Uin2 подается синусоидальный сигнал амплитудой +-2 В. Резисторы R1 и R2 имеют номиналы 25 кОм и 10 кОм соответственно.

Напряжение на неинвертирующем входе снимается с делителя напряжения подключенного к выходу операционного усилителя и мы можем рассчитать его значение для положительного и отрицательного напряжения насыщения.

1) Uin1 = +Usat*R2/(R1+R2) = 3.5*10/35 = 1 В
2) Uin1 = -Usat*R2/(R1+R2) = -3.5*10/35 = -1 В

Когда на выходе усилителя положительное напряжение насыщения – на неинвертирующем входе напряжение 1 В. Допустим, входной сигнал медленно нарастает от нуля. Пока напряжение сигнала меньше напряжения на неинвертирующем входе – ничего не происходит. Как только сигнал превысит порог в 1 вольт, выходное напряжение операционного усилителя «переключится» и станет равным отрицательному напряжению насыщения. Это изменит напряжение на неинвертирующем входе, оно станет равным (-1) вольт.

Входной сигнал будет нарастать до своего максимум, а потом пойдет на спад. Когда его амплитуда станет меньше 1 вольта, на выходе усилителя будет по-прежнему отрицательное напряжение насыщения. И только когда входной сигнал пересечет порог (-1) вольт, выходное напряжение снова «переключится» и станет равным положительному напряжению насыщения. Естественно это повлечет за собой изменение порогового напряжения..

На графике ниже ты можешь видеть, как меняется выходной сигнал операционного усилителя в зависимости от входного.

Благодаря такому поведению схемы, зашумленный сигнал не будет вызывать колебаний на выходе усилителя.

Триггер Шмитта демонстрирует такое свойство систем, как гистерезис. Которое заключается в том, что реакция системы на текущее воздействие зависит от воздействия, действующего на нее ранее. То есть поведение системы зависит от ее истории.

Если выразить поведение схемы в виде графика зависимости выходного напряжения от входного, то мы получим так называемую петлю гистерезиса.

Где Uht – верхний порог триггера Шмитта, Ult- нижний порог
Uht = +Usat*R2/(R2+R1)
Uht = -Usat*R2/(R2+R1)

Еще одно свойство триггера Шмитта, возникающее вследствие положительной обратной связи – это увеличение скорость переключения выходного напряжения, по сравнению с простым компаратором. Как только выходное напряжение операционного усилителя начинает меняться, положительная обратная связь увеличивает разностное напряжение (Uin1 – Uin2) и еще больше изменяет выходное напряжение, что в свою очередь еще больше увеличивает разностное.

Как и простейшая схема компаратора, триггер Шмитта имеет «неинвертирующую версию», но здесь мы на ней останавливаться уже не будем.

Теперь о недостатках схемы.

Пороговые значения триггера Шмитта задаются с помощью делителя напряжения, и они симметричны относительно «нуля питания». Именно поэтому в схеме используется двуполярный источник питания. Хотелось бы иметь возможность запитывать схему от однополярного источника и задавать несимметричные пороговые напряжения.

О расчете такой схемы и примерах ее использования в следующей статье….

Аналоговые компараторы

Компаратор — это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть U_вх — анализируемый сигнал и U_оп — опорный сигнал сравнения, а выходной U_вых — дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации:

Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор — это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.

Неопределенность состояния выхода компаратора при нулевой разности входных сигналов нет необходимости уточнять, так как реальный компаратор всегда имеет либо конечный коэффициент усиления, либо петлю гистерезиса (рис. 1).

Рис. 1. Характеристики компараторов

Рис. 2. Процессы переключения компараторов

Чтобы выходной сигнал компаратора изменился на конечную величину |U 1 _вых — U 0 _вых| при бесконечно малом изменении входного сигнала, компаратор должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления (эпюра 1 на рис. 2) при полном отсутствии шумов во входном сигнале. Такую характеристику можно имитировать двумя способами — или просто использовать усилитель с очень большим коэффициентом усиления, или ввести положительную обратную связь.

Рассмотрим первый путь. Как бы велико усиление не было, при U_вх близком к нулю характеристика будет иметь вид рис. 1а. Это приведет к двум неприятным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении U_вх выходной сигнал также будет изменяться замедленно, что плохо отразится на работе последующих логических схем (эпюра 2 на рис. 2). Еще хуже то, что при таком медленном изменении Uвх около нуля выход компаратора может многократно с большой частотой менять свое состояние под действием помех (так называемый «дребезг», эпюра 3). Это приведет к ложным срабатываниям в логических элементах и к огромным динамическим потерям в силовых ключах. Для устранения этого явления обычно вводят положительную обратную связь, которая обеспечивает переходной характеристике компаратора гистерезис (рис. 1б). Наличие гистерезиса хотя и вызывает некоторую задержку в переключении компаратора (эпюра 4 на рис. 2), но существенно уменьшает или даже устраняет дребезг U_вых.

В качестве компаратора может быть использован операционный усилитель (ОУ) так, как это показано на рис. 3. Усилитель включен по схеме инвертирующего сумматора, однако, вместо резистора в цепи обратной связи включены параллельно стабилитрон VD₁ и диод VD₂.

Рис. 3. Схема компаратора на ОУ

Пусть R₁ = R₂. Если U_вх — U_оп > 0, то диод VD₂ открыт и выходное напряжение схемы небольшое отрицательное, равное падению напряжения на открытом диоде. При U_вх — U_оп < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации U_ст. Это напряжение должно соответствовать единичному логическому уровню цифровых интегральных микросхем (ИМС), входы которых подключены к выходу компаратора. Таким образом, выход ОУ принимает два состояния, причем в обоих усилитель работает в линейном режиме. Многие типы ОУ не допускают сколько-нибудь существенное входное дифференциальное напряжение. Включение по схеме на рис. 3 обеспечивает работу ОУ в режиме компаратора практически с нулевыми дифференциальными и синфазными входными напряжениями. Недостатком данной схемы является относительно низкое быстродействие, обусловленное необходимостью частотной коррекции, так как ОУ работает в линейном режиме со 100%-ной обратной связью. Используя для построения компаратора обычные ОУ, трудно получить время переключения менее 1 мкс.

Аналоговый интегральный компаратор

Итак, компаратор — это быстродействующий дифференциальный усилитель постоянного тока с большим усилением, малым дрейфом и смещением нуля и логическим выходом. Его входной каскад должен обладать большим коэффициентом ослабления синфазной составляющей (КОСС) и способностью выдерживать большие синфазные и дифференциальные сигналы на входах, не насыщаясь, т.е. не попадая в режимы, из которых компаратор будет долго выходить. Для повышения помехозащищенности желательно снабдить компаратор стробирующим логическим входом, разрешающим переключение компаратора только в тактовые моменты.

Схема первого промышленного интегрального компаратора m А710 (отечественный аналог — 521СА2), разработанного Р. Видларом (R.J.Widlar) в США в 1965 г., приведена на рис. 4.

Рис. 4. Схема компаратора m А710

Она представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT₁, VT₂, нагруженный на каскады ОЭ на VT₅ и VT₆. Каскад на VT₅ через транзистор VТ₄ управляет коллекторным режимом входного каскада и через транзистор в диодном включении VТ₇ фиксирует потенциал базы транзистора VT₈, делая его независимым от изменений положительного напряжения питания. Каскад на VT₆ представляет собой второй каскад усиления напряжения.

Эмиттерные выводы транзисторов VT₅ и VT₆ присоединены к стабилитрону VD₁ с напряжением стабилизации 6,2 В, поэтому потенциалы баз указанных транзисторов соответствуют приблизительно 6,9 В. Следовательно, допустимое напряжение на входах компаратора относительно общей точки может достигать 7 В. На транзисторе VT8 выполнен эмиттерный повторитель, передающий сигнал с коллектора VT₆ на выход. Постоянная составляющая сигнала уменьшается до нулевого уровня стабилитроном VD₂.

Если дифференциальное входное напряжение превышает +5. +10 мВ, то транзистор VT₆ закрыт, а VT₅ близок к насыщению. Выходной сигнал компаратора при этом не может превысить +4 В, так как для более положительных сигналов открывается диод на VT₇, не допуская излишнего роста выходного напряжения и насыщения VТ₅. При обратном знаке входного напряжения VT₆ насыщается, потенциал его коллектора оказывается близок к напряжению стабилизации стабилитронов VD₁ и VD₂, а поэтому потенциал выхода близок к нулю. Транзистор VT₉ — источник тока 3 мА для смещения VT₈ и VD₂. Часть этого тока (до 1,6 мА) может отдаваться в нагрузку, требующую вытекающий ток на входе (один вход логики ТТЛ серии 155 или 133).

В дальнейшем эта схема развивалась и совершенствовалась. Схемы многих компараторов имеют стробирующий вход для синхронизации, а некоторые модификации снабжены на выходе триггерами-защелками, т.е. схемами, фиксирующими состояние выхода компаратора по приходу синхроимпульса. Кроме того, для повышения функциональной гибкости часть ИМС компараторов (например, МАХ917-920) содержит источник опорного напряжения, а у некоторых (например, МАХ910) порог срабатывания устанавливается цифровым кодом от 0 до 2,56 В с дискретностью 10 мВ , для чего на кристалле микросхемы имеются источник опорного напряжения и 8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь.

Выходные каскады компараторов обычно обладают большей гибкостью, чем выходные каскады операционных усилителей. В обычном ОУ используют двухтактный выходной каскад, который обеспечивает размах напряжения в пределах между значениями напряжения питания (например, +/-13 В для ОУ типа 140УД7, работающего от источников +/-15 В). В выходном каскаде компаратора эмиттер, как правило, заземлен, и выходной сигнал снимается с «открытого коллектора». Выходные транзисторы некоторых типов компараторов, например, 521СА3 или LM311 имеют открытые, т.е. неподключенные, и коллектор и эмиттер. Две основные схемы включения компараторов такого типа приведены на рис. 5.

Рис. 5. Схемы включения выходного каскада компаратора 521СА3

На рис. 5а выходной транзистор компаратора включен по схеме с общим эмиттером. При потенциале на верхнем выводе резистора равном +5 В к выходу можно подключать входы ТТL, nМОП- и КМОП-логику с питанием от источника 5 В. Для управления КМОП-логикой с более высоким напряжением питания следует верхний вывод резистора подключить к источнику питания данной цифровой микросхемы.

Если требуется изменение выходного напряжения компаратора в пределах от U + _пит до U — _пит, выходной каскад включается по схеме эмиттерного повторителя (рис. 5б). При этом заметно снижается быстродействие компаратора и происходит инверсия его входов.

Некоторые модели интегральных компараторов (например, AD790, МАХ907) имеют внутреннюю неглубокую положительную обратную связь, обеспечивающую их переходной характеристике гистерезис с шириной петли, соизмеримой с напряжением смещения нуля.

На рис. 6а приведена схема включения компаратора с открытым коллектором на выходе, переходная характеристика которой имеет гистерезис (рис. 1б). Пороговые напряжения этой схемы определяются по формулам

Из-за несимметрии выхода компаратора петля гистерезиса оказывается несимметричной относительно опорного напряжения.

Рис. 6. Компаратор с положительной обратной связью

1. Несмотря на то, что компараторы очень похожи на операционные усилители, в них почти никогда не используют отрицательную обратную связь, так как в этом случае весьма вероятно (а при наличии внутреннего гистерезиса — гарантировано) самовозбуждение компараторов.
2. В связи с тем, что в схеме нет отрицательной обратной связи, напряжения на входах компаратора неодинаковы.
3. Из-за отсутствия отрицательной обратной связи входное сопротивление компаратора относительно низко и может меняться при изменении входных сигналов.
4. Выходное сопротивление компараторов значительно и различно для разной полярности выходного напряжения.

Двухпороговый компаратор

Двухпороговый компаратор (или компаратор «с окном») фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона. Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть операции логического умножения (рис. 7а). Как показано на рис. 7б, 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. Такой компаратор выпускается в виде ИМС m А711 (отечественный аналог — 521СА1).

Рис. 7. Схема двухпорогового компаратора (а) и диаграмма его работы (б)

Параметры компараторов

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.

Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.

Основным динамическим параметром компаратора является время переключения t_п. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения U_вх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения U_вх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения U_д при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора t_п можно разбить на две составляющие: время задержки t_з и время нарастания до порога срабатывания логической схемы t_н. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

Рис. 8. Переходная характеристика компаратора m А710 при различных превышениях скачка входного напряжения U_д над опорным: 1 — на 2 мВ; 2 — на 5 мВ; 3 — на 10 мВ; 4 — на 20 мВ

Справочные данные на популярные компораторы

Введение

Один из самых простых модулей микроконтроллеров AVR — это аналоговый компаратор. Он сравнивает между собой два напряжения и запоминает результат сравнения в регистре. Также он может вызывать прерывания, если результат сравнения изменился, и управлять схемой захвата таймера Т1 (конечно если он есть).

Обычно аналоговый компаратор используется как однобитный АЦП. Например, компаратором можно отслеживать уровень заряда батареи или момент перехода переменного напряжения через ноль. Еще он может быть задействован для измерения длительности аналоговых сигналов и в ряде извращений нестандартных решений. Таких как многоразрядный АЦП последовательного приближения.

В этой статье мы разберемся, как пользоваться аналоговым компаратором на примере atmega16.

Входы компаратора

Принцип работы компаратора AVR ничем не отличается от дискретного аналогового компаратора. У него есть два входа: неинвертирующий — AIN0 и инвертирующий — AIN1. Если напряжение на выводе AIN0 больше напряжения на AIN1 — на выходе компаратора будет единица. Если напряжение на AIN0 меньше напряжения на AIN1, на выходе будет ноль.

AIN0 можно подключать к выводу общего назначения PB2 или к внутреннему источнику опорного напряжения на 1.2 В. AIN1 — к выводу PB3 или к одному из 8-и входов модуля АЦП. Если входы компаратора подключают к выводам общего назначения, то эти выводы нужно настроить на вход и отключить подтягивающие резисторы.

Регистры компаратора

Основной регистр управления компаратором — это ACSR (Analog Comparator
Control and Status Register). Он задает конфигурацию компаратора и хранит статусные флаги.

ACD (Analog Comparator Disable) — включение компаратора. 1 — запрещает работу аналогового компаратора, 0 — разрешает. По умолчанию компаратор всегда включен. Для уменьшения энергопотребления в спящих режимах, его рекомендуется отключать. При изменении бита ACD нужно запрещать прерывания компаратора, сбрасывая бит ACIE. В противном случае может произойти прерывание.

ACBG (Analog Comparator Bandgap Select) — подключение внутреннего источника опорного напряжения (ИОН) на 1.23 В к положительному входу компаратора (AIN0). 1 — подключает ИОН, 0 — отключает.

ACO (Analog Comparator Output) — этот бит хранит состояние выхода аналогового компаратора, то есть результат сравнения входных напряжений.

ACI (Analog Comparator Interrupt Flag) — флаг прерывания. Он устанавливается аппаратно, когда происходит событие определенное битами ACIS1 и ACIS0. Если прерывания компаратора разрешены, то вызывается обработчик. Флаг ACI сбрасывается аппаратно при выполнении обработчика. Также он может быть очищен программно, если записать в него 1.

ACIE (Analog Comparator Interrupt Enable) — разрешение прерываний компаратора. Когда этот бит установлен в 1 и прерывания разрешены глобально ( установлен флаг I регистра SREG), компаратор генерирует запрос на прерывание при изменении состояния его выхода.

ACIC (Analog Comparator Input Capture Enable) — подключает выход компаратора к схеме захвата таймера Т1. 1 — выход компаратора подключен к схеме захвата, 0 — не подключен.

ACIS1, ACIS0 (Analog Comparator Interrupt Mode Select) — эти биты определяют событие, по которому будет вызываться прерывание компаратора. Все варианты перечислены в таблице.

Блок схема ниже поясняет работу компаратора и назначение конфигурационных битов регистра ACSR.

Если инвертирующий выход компаратора нужно подключить к выходу мультиплексора АЦП, то задействуются еще два регистра — SFIOR и ADMUX

Когда бит ACME регистра SFIOR установлен в 1 и модуль АЦП выключен (бит ADEN регистра ADCSRA сброшен), то отрицательный вход компаратора подключается к выходу мультиплексора АЦП. Если бит ACME сброшен, то вход компаратора подключается к выводу AIN1. С помощью регистра ADMUX можно выбирать, какой из восьми выводов ADC7 — ADC0 будет подключен к отрицательному входу компаратора.

Пример использования аналогового компаратора

В качестве примера сделал проект измеряющий длительность сигнала (время от положительного фронта до отрицательного). В проекте задействован компаратор и 16-и разрядный таймер Т1.

Принцип работы программы следующий. Неинвертирующий вход компаратора подключен к внутреннему опорному источнику, а на инвертирующий вход подается аналоговый сигнал. Прерывания компаратора настроены на срабатывание по отрицательному фронту сигнала на его выходе. Таймер Т1 ведет непрерывный счет на максимальной частот (с прескалером = 1), прерывания и схема захвата не используется.

При наступлении прерывания компаратора, микроконтроллер сохраняет значение счетного регистра таймера Т1 и переключает прерывание компаратора на срабатывание по положительному фронту (своего выходного сигнала!). В следующее прерывание компаратора микроконтроллер снова сохраняет значение счетного регистра, меняет режим и выставляет флаг. В основном цикле программы, по сигналу этого флага, сохраненные значения таймера Т1 переписываются в буферы, вычисляется длительность импульса и результат выводится на дисплей. Далее цикл повторяется.

Проект учебный и не претендует на точность и широкий диапазон измерений. Программа может замерять длительности от 5 до 2000 us. При меньших длительностях она не успевает обрабатывать входной сигнал, при больших возникает переполнение счетного регистра таймера. Ссылки на проекты внизу.

Файлы

Остальные проекты добавлю позже.

37. Аналоговые компараторы. Классификация. Основные параметры. Область применения. Однопороговые и двухпороговые компораторы.

Аналоговые компараторы предназначены для сравнения двух аналоговых сигналов между собой или одного входного аналогового сигнала с заданным эталонным уровнем.

Компараторы представляют собой специализированные ОУ с дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления и быстродействием без обратной связи. Обычно они изготовляются в виде интегральных схем. На входы компаратора поступают аналоговые сигналы, а с выхода снимаются напряжения, близкие к +U_n или -U_n , т.е. снимается “0” или “1”.

Основные параметры компараторов можно разделить на статические и динамические. К статическим относятся:

• пороговая чувствительность – минимальный разностный сигнал, который можно обнаружить компаратором и зафиксировать на выходе как логический сигнал;
• напряжение смещенияU_СМ — определяет смещение передаточной характеристики компаратора относительно заданного положения;
• входные токиI_ВХ(+)иI_ВХ(-) — токи, протекающие через входные шины компаратора;
• разность входных токов ∆I_ВХ = I_ВХ(-) — I_ВХ(+) — ток, протекающий через закороченные входы;
• напряжение гистерезисаU_Г — разность входных напряжений, вызывающих срабатывание компаратора при увеличении или уменьшении входного напряжения;
• коэффициент ослабления синфазного сигнала К_ОСС — отношение синфазного сигнала U_СИН к дифференциальному сигналу ∆U_ВХ , вызывающему срабатывание компаратора

• входное сопротивление R_ВХ;
• выходные логические уровни – значение напряжения U 1 _ВЫХ и U 0 _ВЫХ;
• выходной ток I_ВЫХ — ток в выходной шине компаратора.

Гистерезис компаратора проявляется в том, что переход из состояния U 0 _ВЫХ в состояние U 1 _ВЫХ происходит при входном напряжении U_ВХ1, а возвращение из U 1 _ВЫХ в U 0 _ВЫХ — при напряжении U_ВХ2. Наличие гистерезиса, как правило, связано с использованием в компараторе положительной обратной связи.

Основным динамическим параметром, определяющем его быстродействие, является время задержки выходного сигнала относительно входного. На рис. 85 показаны переходные характеристики компаратора при различных значениях уровня входного сигнала ∆U_ВХ =2…20мВ. Из приведенного графика следует, что при изменении входного напряжения время задержки t_З также изменяется.

Классификация компараторов.

Интегральные схемы компараторов можно разделить по совокупности параметров на три группы:

Кроме этого, компараторы можно разделить на стробируемые и нестробируемые, а также с памятью и без памяти.

Компараторы общего применения имеют средние характеристики. Однако они, как правило, потребляют меньшую мощность, могут работать при низком напряжении питания и в одном корпусе располагаются до четырех компараторов. Прецизионные компараторы отличаются повышенным коэффициентом усиления, меньшим пороговым напряжением смещения, малым входным током.

В отличие от операционных усилителей, в компараторах практически никогда не применяют отрицательную обратную связь, так как она снижает стабильность их работы, однако для устранения «дребезга» выходного напряжения иногда вводится положительная обратная связь.

Компараторы бывают однопороговые и двухпороговые. Ниже представлена схема однопорогового компаратора и его передаточная характеристика (рис.86), а также приведена схема двухпорогового компаратора, представляющая собой триггер Шмитта (рис.87).

Рис. 86. Однопороговый компаратор(а) и его передаточная

Компаратор (рис. 87) охватывается положительной обратной связью через делитель напряжения R₁, R₂.

Рис. 87. Двухпороговый компаратор(а) и его передаточная характеристика(б)

Меняя соотношение делителя R₁R₂, можно изменять напряжение срабатывания :

При R₂=0 компаратор становится однопороговым.

Передаточную характеристику можно перемещать влево и вправо подачей дополнительного напряжения U_см на инверсный вход компаратора (рис. 88):