11.8. Схемы компараторов

Методические указания

Схема компаратора на ОУ, охваченном положительной обратной связью, приведена на рис. 11.36. В задачах требуется найти выходное напряжение как функцию входного. Так как компаратор имеет, как известно, гистерезис, то рекомендуется сначала рассмотреть поведение схемы при нарастании входного напряжения, а затем — при убывании. Рассмотрим сначала случай, когда входное напряжение меньше напряжения отрицательного питания. Например, пусть напряжение на входе составляет - 100 В (оговоримся, что такая величина приемлема лишь теоретически, на практике необходимо учитывать предельно допустимое входное напряжение). Очевидно, что выходное напряжение в этом случае будет равно положительному напряжению ограничения, поскольку напряжение на инвертирующем входе ниже напряжения на неинвертирующем входе. Теперь можно найти конкретное значение напряжения на неинвертирующем входе. Это облегчается тем, что входной ток ОУ принимается равным нулю, а его входное сопротивление - бесконечности. Полученная величина напряжения на неинвертирующем входе является искомым порогом срабатывания. Действительно, компаратор срабатывает (то есть изменяет своё выходное напряжение от уровня близкого к +12 В до уровня примерно - 12 В) в том случае, когда напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входе будут примерно равны. Далее, по аналогии с изложенным выше, необходимо рассмотреть случай изменения входного напряжения в обратном направлении. Для этого сначала необходимо допустить, что входное напряжение имеет значительную положительную величину. Повторив предыдущие рассуждения, придем к выводу, что выходное напряжение компаратора равно -12 В. Затем определим напряжение на неинвертирующем входе, оно и будет пороговым. В задачах, схемы которых находятся в файлах с11_096...11_099, используются диоды. Их следует считать идеальными. Это означает, что прямое падение напряжения и обратный ток диода равны нулю. Рассмотрим пример решения задачи. Задача 1

Файлс11_088 Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: Зависимость выходного напряжения от входного напряжения и построить график этой зависимости.

Расчет Пороговые напряжения вычисляются по методу узловых потенциалов и равны:

Ответ. Зависимость выходного напряжения от входного имеет гистерезисный характер. Пороговое напряжение при нарастании входного напряжения равно 8 В, при убывании - О В. График зависимости приведен на рис. 11.38.

Экспериментальная проверка результатов расчета

Измерить пороговые напряжения можно по осциллограммам входного и выходного напряжений (рис. 11.39), курсоры на экране осциллографа выставлены на моменты времени, соответствующие пороговым напряжениям. На табло молено прочесть значения порогов, положительное и отрицательное напряжения ограничения для ОУ. На puc. 11.40 приведена характеристика выход-вход, полученная в режиме В/А, на которой также можно видеть пороговые напряжения в точках пересечения характеристики с осью абсцисс. Наклон линий, соответствующих переключениям компаратора, вызван конечной скоростью нарастания выходного напряжения операционного усилителя.

Задачи для самостоятельного исследования

Задача 1.(с11_088) Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: График выходного напряжения как функцию от входного напряжения.

Задача 2. (с11_089) Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от-12 В до +12 В. Найти: График выходного напряжения как функцию от входного напряжения.

Задача 3. (cll_090.ca4) Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: График выходного напряжения как функцию от входного напряжения.

Задача 4. (с11_091) Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: График выходного напряжения как функцию от входного напряжения.

Файлы с11_092...с11_099 с задачами 5...12 размещены на прилагаемой к книге дискете.