Компараторы. Триггер Шмитта

  Компаратор (рисунок 2.25)осуществляет сравнение измеряемого входного напряжения (Uвх) с постоянным опорным напряжением (Uоп) и, при достижении входным напряжением уровня опорного напряжения, изменяет полярность напряжения на выходе операционного усилителя (ОУ), например, с +Uвыхmax на –Uвыхmax. При Uon=0, компаратор осуществляет фиксацию момента перехода выходного напряжения через ноль.

  Компараторы применяются в системах автоматического управления, в измерительной технике, цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователях и др.

                                                   Рисунок 2.25                                                        

  Разность напряжений Uвх-Uon является входным напряжением Uо ОУ. При Uвх<Uon, Uo<0 и Uвых=+Uвыхmax. При Uвх>Uon, Uo>0 и Uвых=

-Uвыхmax. Изменение полярности выходного напряжения происходит при переходе входного измеряемого напряжения через значение Uon.

  Широкое применение получил компаратор, в котором ОУ охвачен положительной обратной связью по неинвертирующему входу с помощью резисторов R1 и R2 (рисунок 2.26).

                                                    Рисунок 2.26

  Такой компаратор обладает передаточной характеристикой с гистерезисом и называется «Триггер Шмита».Переключение схемы в состояние -Uвыхmax происходит при достижении Uвх напряжения (порога) срабатывания Uср, а возвращение в исходное состояние Uвых=Uвыхmax при снижении Uвх до напряжения (порога) отпускания Uотп.

                                             =

                                 =

Ширина зоны гистерезиса

  Важнейшим показателем ОУ, работающих в импульсном режиме является их быстродействие, которое оценивается задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения. Задержка срабатывания (время задержки выходного импульса) ОУ составляет единицы микросекунд, а время нарастания выходного напряжения – доли микросекунд.

Мультивибраторы

  Мультивибраторы предназначены для генерирования последовательности импульсов прямоугольной формы с требуемыми параметрами: частотой, амплитудой, длительностью и др. Для построения мультивибраторов применяют ОУ в интегральном исполнении.

  Рассмотрим схему симметричного мультивибратора на ОУ (рисунок 2.27). Её основой служит компаратор на ОУ с положительной обратной связью. Автоколебательный режим работы создаётся за счёт подключения к инвертирующему входу ОУ времязадающей RC-цепочки.

                                               Рисунок 2.27

  Пусть до момента времени t1 Uo>0. Это определяет напряжение на выходе ОУ Uвых=Uвыхm- и на его неинвертирующем входе U+=kUвыхm-, где k– коэффициент передачи цепи обратной связи. Конденсатор заряжается через резистор R напряжением полярностью без скобок. В момент t1 напряжение на инвертирующем входе достигает напряжения на неинвертирующем входе, то есть U=kUвыхm-. Напряжение Uo=0, что вызывает изменение полярности напряжения на выходе ОУ. Uвых=Uвыхm+. Напряжение U+ также изменяет знак и становится равнымkUвыхm+, что соответствует Uo<0 и Uвых=Uвыхm+. С момента t1 начинается перезаряд конденсатора полярностью в скобках. В момент t2, Uc=kUвыхm+, Uo=0, ОУ переключается в противоположное состояние. Далее аналогично.

  Частота следования импульсов симметричного мультивибратора

Одновибраторы

  Одновибраторы предназначены для формирования прямоугольного напряжения требуемой длительности при воздействии на входе короткого запускающего импульса.

  В одновибраторе имеется два состояния: устойчивое и неустойчивое. Устойчивое состояние характеризует исходный режим работы – режим ожидания. Неустойчивое состояние наступает с приходом входного запускающего импульса. Оно продолжается некоторое время, определяемое времязадающей цепью схемы, после чего одновибратор возвращается в исходное устойчивое состояние. Выходной импульс формируется в результате следования одного за другим двух тактов переключения схемы.

  Для построения одновибраторов используют интегральные операционные усилители (рисунок 2.28).

Рисунок 2.28

  Основой схемы одновибратора служит мультивибратор, в котором для создания ждущего режима работы параллельно конденсатору С включен диод VD. В исходном состоянии напряжение на выходе одновибратора равно Uвыхmax, что определяет напряжение на неинвертирующем входе ОУ:U(+)=kUвыхm. Напряжение на инвертирующем входе U(-)=0. Поступивший в момент времени t1 входной импульс, переводит ОУ в состояние Uвыхmax. На неинвертирующий вход передаётся напряжение U(+)=kUвыхm, поддерживающее его изменённое состояние. Воздействие напряжения положительной полярности на выходе ОУ вызывает процесс зарядя конденсатора С в цепи с резистором R. В момент t2 при U(-)=Uc=kUвыхm происходит возврат ОУ в исходное состояние.

Выпрямители