dlabos.wz.cz - pokud chcete nepatrně podpořit zkvalitnění tohoto webu, použijte odkaz přes reklamní systém http://7w.cz/666 a následně pokračujte kliknutím na šipku vpravo nahoře.

Může obsahovat pravopisné i faktické chyby. Obrázky lze zvětšit obvykle nabídkou pravým tlačítkem - zobrazit obrázek nebo otevřít obrázek.

5. KOMPARÁTORY

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.

1. 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 U_R).

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.

2. 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.

1. 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 u_i, 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 U_OS(+).

Jestliže budeme zvyšovat vstupní napětí u_i, nebude se stav obvodu měnit, pokud vstupní napětí nepřekročí prahové napětí U_ip(+). 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 u_i poklesne pod hodnotu určenou záporným prahovým napětím U_ip(-)

Statická charakteristika na obr.8 je dvojznačná. Při nulovém napětí na vstupu u_i, 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 U_OS.

3. Vliv referenčního napětí invertujícího komparátoru na statickou charakteristiku

Zapojením odporu R₁ na pomocné referenční napětí U_R, vznikne zapojení podle obr.9. Tím se ovšem změní i statická charakteristika obvodu.

obr.9: Invertující komparátor s hysterezí a referenčním napětím (statická charakteristika obvodu)

Pokud bude referenční napětí nulové (U_R=0), platí čárkovaná charakteristika a prahová napětí budou U_ip(+) a U_ip(-).

Pro nenulové referenční napětí, se prahové hodnoty změní na U_ip1(+) a U_ip1(-).

Pro U_R = 0:

Napětí na invertujícím vstupu bude dáno děličem složeným z odporů R₁, R₂, napájeného ze zdroje u₀:

Pro U_R  0:

Na invertujícím vstupu bude napětí, které určíme z obr.10

obr.10 obr.11

obr.10 je možné překresli podle obr.11, a pak platí

Pro prahové napětí U_ip1(+) a U_ip1(-) tedy platí

Poznámka:

Zavedením referenčního napětí se nemění velikost hystereze komparátoru, ale pouze se posunuje celá charakteristika ve směru osy u_i ve smyslu referenčního napětí.

4. Neinvertující komparátor s kladnou zpětnou vazbou

Neinvertující komparátor je naznačen na obr.12. Tento komparátor má rovněž hysterezní charakteristiku.

obr.12: Neinvertující komparátor s hysterezí

Předpokládejme nejprve: U_R = 0

Prahové napětí, pro které podle zákona superpozice ze zdrojů u_i a u₀ vyvolá na výstupu děliče z odporů R₁ a R₂ na neinvertujícím vstupu OZ právě nulové napětí. Pro tento uzel platí:

platí

po dosazení pak

napětí u_i nahradíme prahovým napětí U_ip, výstupní napětí u₀ nahradíme saturačním napětím U_OS.

V případě kladného prahového napětí můžeme psát

odtud vynásobením hodnotou odporu R₁, určíme kladné prahové napětí

Pro záporné prahové napětí bude platit

z toho

Dále budeme předpokládat: U_R  0

Protože platí

můžeme pro proudy i₁ a i₂ psát

Dále platí:

napětí u_i opět nahradíme prahovým napětím U_ip a výstupní napětí saturačním napětím U_OS

Pak lze psát:

rozdělíme zlomek vlevo na dva

druhý člen zleva převedeme na pravou stranu

na pravé straně převedeme na spol. jmenovatel

vynásobíme celou rovnici odporem R₁

na pravé straně vykrátíme R₁

na pravé straně roznásobíme

na pravé straně sloučíme a vytkneme U_R, dále pak rozdělíme na dva zlomky

analogicky

Z výsledků je zřejmé, že zavedení referenčního napětí neovlivňuje hysterézi.

5. Změna hystereze diodami

V některých aplikacích je požadován komparátor s hysterezí a součastně je kladen požadavek, aby jedno prahové napětí bylo nulové. Tyto požadavky je možné splnit výpočtem odpovídajícího napětí U_R, lze však problém řešit i použitím diody v kladné zpětné vazbě podle obr.13

obr.13: Změna hystereze komparátoru diodou

Pokud bude na výstupu komparátoru saturační napětí U_OS(+), bude dioda D polarizována propustně. Nebudeme-li uvažovat úbytek napětí na diodě, pak se prahové napětí U_ip(+) nebude měnit proti stavu bez diody. Bude-li však na výstupu záporné saturační napětí U_OS(-), rozpojí se kladná zpětná vazba a komparátor bude komparovat s nulou. Výsledkem bude poloviční hystereze proti původnímu stavu a přesná komparace v nule. Polaritu diody volíme podle toho, kterou polovinu hystereze chceme zachovat.

Podobné vlastnosti má tato modifikace i u neinvertujícího komparátoru.

Může obsahovat pravopisné i faktické chyby. Obrázky lze zvětšit obvykle nabídkou pravým tlačítkem - zobrazit obrázek nebo otevřít obrázek.

dlabos.wz.cz - pokud chcete nepatrně podpořit zkvalitnění tohoto webu, použijte odkaz přes reklamní systém http://7w.cz/666 a následně pokračujte kliknutím na šipku vpravo nahoře.