32 - OZ jako napěťový komparátor


Úvod viz otázka zapojení s OZ

Napěťové komparátory jsou obvody, u kterých se na výstupu objeví signál při dosažení rovnosti hodnot napětí vstupního a referenčního. Výstupní signál nemusí být v žádném okamžiku podobný signálu vstupnímu.


Komparátory bez hystereze


Komparace dvou nezávislých napětí je jednou z nejčastěji užívaných aplikací operačních zesilovačů. Výstup komparátoru přináší jednobitovou informaci, které ze dvou vstupních napětí je vyšší. Takovéto vlastnosti splňuje jednoduchý komparátor bez zpětné vazby naznačený na obr.7

obr.7: Komparátor bez hystereze a jeho stabilní charakteristika

(Modrá char. odpovídá zapojení vstupů podle symbolů ve schématické značce, červené symbolům v závorkách)


Změna logického stavu na výstupu nastane při prahovém napětí

Charakteristika je jednoznačnou funkcí. (Modrá i červená čára prochází jedním napětím UR).

Vzhledem k tomu, že se jedná o obvod impulsní, jsou předepsány zpravidla požadavky na maximální rychlost změny výstupního napětí při komprimaci. Parametr, který bezprostředně ovlivňuje rychlost překlopení je rychlost přeběhu S[V/s]. Mimo běžné operační zesilovače, jejich rychlost průběhu bývá malá, existují speciální OZ, které mají vysokou rychlost průběhu a proto jsou využívány výhradně pro komparační účely. Některé typy OZ mají dokonce výstupní napětí v úrovních logiky TTL.


    1. Komparátory s hysterezí


Komparátory s hysterezí jsou užívány v těch případech, kdy považujeme odstranit vliv působení rušivých signálů na přesnost komparace a zamezit kmitání komparátoru při pomalých změnách vstupního napětí. Zavedení hystereze znamená zavedení kladné zpětné vazby z výstupu komparátoru na jeho vstup. Podle způsobu zavedení zpětné vazby rozlišujeme invertující a neinvertující zapojení komparátorů.




KOMPARÁTORY S KLADNOU ZPĚTNOU VAZBOU


Na obr.8 je naznačena modifikace obr.7, zavedením kladné zpětné vazby. Vzniklý obvod má výraznou nelinearitu a dvojznačnou statickou charakteristiku.

obr.8: Invertující komparátor s kladnou zpětnou vazbou


Zpětnovazební rezistory R1 a R2 jsou zapojeny do neinvertujícího vstupu – jedná se tedy o kladnou zpětnou vazbu. Na výstupu se proto může vyskytovat pouze kladné, nebo záporné saturační napětí. Stav obvodu je určen polaritou, amplitudou vstupního signálu a předchozím stavem obvodu.

Na invertující vstup přivedeme záporné napětí ui, pro které platí

Na neinvertujícím vstupu je napětí dané děličem sestaveným z odporů R1, R2, napájený napětím u0, tedy

Toto napětí je kladnější, než napětí na invertujícím vstupu. Na výstupu tedy bude kladné saturační napětí UOS(+).

Jestliže budeme zvyšovat vstupní napětí ui, nebude se stav obvodu měnit, pokud vstupní napětí nepřekročí prahové napětí Uip(+). Toto napětí odpovídá napětí na neinvertujícím vstupu podle rovnice:

Výstupní napětí nyní odpovídá zápornému saturačnímu napětí a do kladné hodnoty saturačního napětí se překlopí, pokud vstupní napětí ui poklesne pod hodnotu určenou záporným prahovým napětím Uip(-)

Statická charakteristika na obr.8 je dvojznačná. Při nulovém napětí na vstupu ui, může být na výstupu kladné, nebo záporné saturační napětí. Jedná se tedy o bistabilní klopný obvod. Obvod bývá rovněž nazýván Schmittův klopný obvod. Při popisu bývá používán termín „hystereze“ h, která je určena vztahem

Hystereze h je určena děličem R1, R2 a velikostí obou saturačních napětí UOS.

dlabos.wz.cz