17.5. КОМПАРАТОРЫ

В описанных выше схемах в зависимости от характера управляющего сигнала осуществлялась коммутация входного сигнала или запоминание последнего. Еще одну разновидность аналоговых коммутаторов представляют компараторы. Они осуществляют переключение уровня выходного напряжения, когда непрерывно изменяющийся во времени входной сигнал становится выше или ниже определенного уровня.

17.5.1. ПРОСТЕЙШАЯ СХЕМА КОМПАРАТОРА

Если включить операционный усилитель без обратной связи, как показано на рис. 17.20, то он будет представлять собой компаратор. Его выходное напряжение составляет

Передаточная характеристика такого компаратора изображена на рис. 17.21. Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при очень малой величине разности напряжений поэтому она пригодна для сравнения двух напряжений с высокой точностью.

При смене знака разности входных потенциалов выходное напряжение не может мгновенно перейти из одного уровня насыщения к другому, так как величина скорости нарастания операционного усилителя ограничена. Для стандартного

Рис. 17.20. Компаратор.

Рис. 17.21. Передаточная характеристика компаратора.

частотно-скорректированного операционного усилителя она составляет около Переход с уровня на уровень длится, таким образом, Вследствие конечного времени восстановления операционного усилителя при его выходе из состояния насыщения задержка переключения компаратора еще увеличивается.

Так как в рассматриваемой схеме операционный усилитель не охвачен обратной связью и не нуждается в частотной коррекции, скорость нарастания увеличивается и время восстановления уменьшается по меньшей мере в 20 раз.

Существенно меньших значений времени задержки можно добиться, если использовать специализированные ИС-компараторы. Они предназначены для работы без обратной связи и имеют особо малые значения времени восстановления. Коэффициент усиления, а следовательно, и точность установки порога срабатывания этих ИС несколько меньше, чем у стандартных операционных усилителей. Выход такого усилителя связан, как правило, со встроенным преобразователем уровня сигнала, благодаря которому такой компаратор может непосредственно соединяться со входами цифровых схем. Компаратор фирмы National имеет, например, выход с открытым коллектором, а его время задержки составляет около 500 нс. Компаратор фирмы имеет стандартный ТТЛ-выход и время задержки около 8 нс. Особенно низкое время задержки, составляющее около 5 нс, у компаратора фирмы Advanced Micro Devices со стандартным ЭСЛ-выходом.

Описанные компараторы имеют ограниченный диапазон входных напряжений. Если ребуется сравнивать большие величины входных напряжений, можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 17.22 Компаратор срабатывает при переходе величины через нуль.

Рис. 17.22. Суммирующий компаратор.

Рис. 17.23. Операционный усилитель в качестве компаратора с прецизионным выходным напряжением.

При этом

Таким образом, сравниваемые напряжения должны иметь противоположные знаки. Эту схему можно функционально расширить, если к -входу компаратора подключить еще несколько резисторов. При этом компаратор будет срабатывать, когда приведенная к -входу алгебраическая сумма входных напряжений будет больше или меньше нуля. Благодаря включению диодов напряжение на -входе компаратора не может превысить