Применение компараторов

Двухпороговый компаратор

Двухпороговый компаратор, или компаратор «с окном», фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона (Рис. 4.10).

Рис. 4.10. Двухпороговый компаратор: a — схема включения, б — временные диаграммы

Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть операции логического умножения (Рис. 4.10а). Как показано на Рис. 4.106, на выходе логического элемента единичный уровень сигнала будет иметь место тогда, когда выполняется условие

так как в этом случае на выходах обоих компараторов будут единичные логические уровни.

Рис. 4.11. Схема двухпорогового компаратора на аналоговых компараторах с открытым коллектором

Такой компаратор выпускается в виде отдельной ИМС рА711 (отечественный аналог — 521СА1).

Пример реализации двухпорогового компаратора на двух компараторах 4-каналыгой микросхемы 1401СА1 представлен на Рис. 4.11.

Компараторы имеют выходы с открытым коллектором. Подключение двух или несколько выходов с открытым коллектором к общему нагрузочному резистору, подключенному к напряжению питания, реализует (если логической единице соответствует высокий уровень напряжения) операцию логического умножения — «проводное (монтажное) И». Если входное напряжение меньше V и больше У2, то выходные транзисторы обоих компараторов заперты. А так как выход схемы соединяется с напряжением питания через нагрузочный резистор Rc, то выходное напряжение имеет высокий уровень. В противном случае какой-либо из транзисторов остается открытым, и на выходе устанавливается низкий уровень напряжения. Значения пороговых напряжений определяются выбором резисторов R, R2, R2.

Детектор пересечения нудя

Рис. 4.12. Схема нуль-органа

Компаратор можно использовать для преобразования гармонических колебаний в симметричные прямоугольные. Такое преобразование может выполнить схема, называемая нуль-органом, или детектором пересечения нуля. На Рис. 4.12 представлена схема нуль-органа на компараторе с однополярным питанием и выходом с открытым коллектором.

Делитель напряжения R4, R5 устанавливает опорное напряжение на неинвертирующем входе. Если выбрать Rx + R2 = R>, (при R3 = R4), то условие переключения компаратора V = V2 будет удовлетворено при ^IN = 0. Сопротивление резистора положительной обратной связи /?6 выбирается очень большим по сравнению с /?5 (/?6 — 2000Л5), для того, чтобы гистерезис переходной характеристики компаратора был малым, обычно AV < 10 мВ. В то же время наличие даже столь малого гистерезиса заметно ускоряет переключение компаратора. Диод VD включен для того, чтобы потенциал инвертирующего входа компаратора никогда не опускался ниже -0.1 В. При отрицательном напряжении на входе диод смещается в прямом направлении. Тогда напряжение в точке соединения резисторов R1 и R2 приблизительно будет равно -0.7 В.