Устройство и принцип действия

Аналоговые компараторы напряжения предназначены для определения момента равенства двух напряжений и выработки цифровых выходных сигналов 0 или 1 в зависимости от знака разности сравниваемых сигналов. Компаратор представляет собой одноразрядный аналого-цифровой преобразователь. По сути дела, компаратор напряжения чувствителен к полярности напряжения, приложенного между его сигнальными входами. Напряжение на выходе компаратора будет иметь высокий уровень всякий раз, когда разность напряжений между неинвертирующим и инвертирующим сигнальными входами положительна и, наоборот, когда разностное напряжение отрицательно, выходное напряжение компаратора соответствует логическому нулю.

Графическая зависимость выходного напряжения от разности входных сигналов и условное графическое обозначение компаратора приведены на рис.14.1. Помимо основных сигнальных входов и выходов, компараторы напряжения могут иметь служебные входы различного назначения: балансировки, стробирования, согласования уровней и др. Наличие балансировочного входа позволяет осуществлять балансировку выхода при помощи внешнего подстроечного резистора и дает возможность скорректировать напряжение смещения нулевого уровня, возникающее во входном дифференциальном каскаде. С помощью балансировки можно также установить предпочтительное начальное состояние выхода.

Рис.13.10. Универсальный фильтр второго порядка

а) б)

Рис.14.1. Передаточная характеристика (а) и условное графическое обозначение стробируемого компаратора напряжения (б)

Входы стробирования предназначены для фиксации момента времени, когда производится сравнение входных сигналов и выдача результата сравнения на выход. Результаты сравнения могут появляться на выходе компаратора только во время строба (компаратор со стробом без памяти) или могут фиксироваться в элементах памяти компаратора до прихода очередного импульса строба (компаратор с памятью). Кроме этого, стробирование может выполняться по уровню импульса или по его фронту. Для указания стробирования по фронту на входе стробирования изображают направление перепада от низкого уровня к высокому (рис.14.2, а) или, наоборот, от высокого к низкому (рис.14.2, б).

Рис.14.2. Условное обозначение входа стробирования по переднему (а) и заднему (б) фронту импульса

Поскольку импульс строба приходит одновременно с изменяющимся входным сигналом, то минимальная длительность строба (или его фронта) должна быть такой, чтобы входной сигнал успел пройти входной каскад компаратора, прежде чем сработает ячейка памяти. Это время называет обычно временем разрешения выборки. Применение стробирования повышает помехозащищенность компараторов, так как помеха может изменить состояние выхода только на малое время разрешения выборки.

Компараторы напряжения условно делятся на две группы в соответствии с временными диаграммами (рис. 14.3): с характеристикой без гистерезиса и с гистерезисом.

К компараторам второй группы предъявляется ряд дополнительных требований, определяемых их функциональным назначением. Основными из них являются, минимальная ширина петли гистерезиса передаточной характеристики, наличие которой приводит к неоднозначности срабатывания компаратора, и более высокие требования к точности и стабильности уровней срабатывания.

Рис.14.3. Временные диаграммы работы компаратора без гистерезиса (б) и с гистерезисом (в)