Подадим на неинвертирующий вход усилителя опорное напряжение в 1.5 вольта, а на инвертирующий вход синусоидальный сигнал амплитудой 1 вольт и постоянной составляющей 1.5 вольта.
Vcc – 1.5= 5 – 1.5 = 3.5 В
То есть пока входной сигнал меньше опорного — на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения. Как только входной сигнал превысит опорный – выходное напряжение операционного усилителя станет равно нулю.
Описанная схема представляет собой инвертирующий компаратор. Если мы поменяем источники напряжения местами, то получим неинвертирующий компаратор. Попробуй самостоятельно разобраться, как при этом поведет себя схема.
Электрическая схема инвертирующего триггера Шмитта представлена ниже.
Благодаря такому поведению схемы, зашумленный сигнал не будет вызывать колебаний на выходе усилителя.
Как и простейшая схема компаратора, триггер Шмитта имеет «неинвертирующую версию», но здесь мы на ней останавливаться уже не будем.
О расчете такой схемы и примерах ее использования в следующей статье….
Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments)
Перед вами – глава из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах каталога компании КОМПЭЛ. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей. Если же знаний недостаточно, следует вначале ознакомиться с учебными курсами TI Precision Labs (TIPL). Авторы обещают обновлять и дополнять статьи цикла.
Мы публикуем главы Поваренной книги на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.
Компаратор с гистерезисом и без гистерезиса
Исходные данные для расчета представлены в таблицах 74 и 75.
Таблица 74. Исходные данные для расчета компаратора
| Вход | Выход | Питание | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| ViMin | ViMax | VoMin | VoMax | Vcc | Vee | Vref |
| 0 В | 5 В | 0 В | 5 В | 5 В | 0 В | 5 В |
Таблица 75. Пороговые значения
| Нижний порог переключения VL | Верхний порог переключения VH | VH – VL |
|---|---|---|
| 2,3 В | 2,7 В | 0,4 В |
Описание схемы
Компараторы используются, чтобы сравнить два входных сигнала и сформировать выходной сигнал в зависимости от того, какой из входных сигналов больше (рисунок 84). Шум или дребезг входных сигналов могут привести к множественным переключениям компаратора. Для борьбы с такими переключениями используется гистерезис, устанавливающий верхнюю и нижнюю границу переключения.
Рис. 84. Схемы компараторов с гистерезисом (слева) и без гистерезиса (справа)
Рекомендуем обратить внимание:
- следует использовать компаратор с минимальным собственным током потребления;
- точность задания пороговых значений гистерезиса определяется точностью номиналов резисторов;
- задержка срабатывания определяется параметрами используемого компаратора.
Порядок расчета компаратора с гистерезисом
- Выбираем значение резистора R1 = 100 кОм. Значения пороговых напряжений были определены в таблице исходных данных (таблица 74): VL = 2,3 В, VH = 2,7 В.
- Рассчитаем R2 по формуле 1:
- Рассчитаем R3 по формуле 2:
- Проверяем полученное значение гистерезиса, согласно формуле 3:
Порядок расчета компаратора без гистерезиса
- Выбираем пороговое значение Vth = 2,5 В.
- Выбираем значение резистора R4 = 100 кОм.
- Рассчитываем R5 по формуле 4:
Моделирование схемы
Временные диаграммы работы схемы представлены на рисунках 85 и 86.
Рис. 85. Временные диаграммы работы схемы: шум присутствует только в начальный короткий интервал времени 0…120 мкс
Рис. 86. Увеличенная осциллограмма напряжений: интервал 40…110 мкс
Рекомендации
Параметры компаратора, используемого в расчете, приведены в таблице 76.
Таблица 76. Параметры компаратора, используемого в расчете
| 2,7…5,5 В | |
|---|---|
| VinCM | Vee – 200 мВ…Vсс + 200 мВ |
| Vout | Vee + 230 мВ…Vcc – 210 мВ (при 4 мА) |
| Vos | 1 мВ |
| Iq | 40 мкА |
| Ib | 1 пА |
| UGBW | – |
| SR | – |
| Число каналов | 1, 2 |
Список ранее опубликованных глав
Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
Подадим на неинвертирующий вход усилителя опорное напряжение в 1.5 вольта, а на инвертирующий вход синусоидальный сигнал амплитудой 1 вольт и постоянной составляющей 1.5 вольта.
Vcc – 1.5= 5 – 1.5 = 3.5 В
То есть пока входной сигнал меньше опорного — на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения. Как только входной сигнал превысит опорный – выходное напряжение операционного усилителя станет равно нулю.
Описанная схема представляет собой инвертирующий компаратор. Если мы поменяем источники напряжения местами, то получим неинвертирующий компаратор. Попробуй самостоятельно разобраться, как при этом поведет себя схема.
Электрическая схема инвертирующего триггера Шмитта представлена ниже.
Благодаря такому поведению схемы, зашумленный сигнал не будет вызывать колебаний на выходе усилителя.
Как и простейшая схема компаратора, триггер Шмитта имеет «неинвертирующую версию», но здесь мы на ней останавливаться уже не будем.
О расчете такой схемы и примерах ее использования в следующей статье….
«>