Элементы аналого-цифровых устройств и систем. Аналоговые электронные ключи и коммутаторы. Величина напряжения на выходе АЭК, страница 4

Условное обозначение аналогового компаратора и его характеристика переключения приведены на рис. 7. 13. Из-за неидеальности  входного дифференциального каскада, в реальных компараторах может наблюдаться смещение характеристики  на величину U_см.0, для устранения которого используются внешние цепи балансировки аналогично ОУ.

Рис. 7. 13. Условное обозначение и характеристика

              переключения компаратора

Компараторы характеризуются статическими и динамическими параметрами. К основным статическим параметрам относятся:

- пороговая чувствительность – минимальное значение разностного сигнала DU_вх,  который может обнаружить компаратор;

- напряжение смещения U_см.0;

- входные токи  и  и их разность ;

-  входное сопротивление для разностного сигнала;

-  коэффициент относительного ослабления синфазного сигнала;

-  уровни выходных сигналов  и ;

-  максимальный выходной ток I_вых.m.

Основным динамическим параметром компаратора, характеризующим его быстродействие, является время задержки распространения t_зд.р скачкообразного сигнала DU_вх. На рис. 7. 14, а показаны переходные характеристики компаратора при подаче скачкообразного входного сигнала.

Параметр t_зд.р определяется как интервал времени от момента подачи скачка входного сигнала до момента, когда выходной сигнал достигает уровня  (или ). Время задержки существенно зависит от величины разностного сигнала и с его увеличением быстродействие компаратора повышается (рис. 7. 14, б).

Рис. 7. 14. К определению динамических характеристик компаратора

Промышленностью выпускаются интегральные компараторы с различными параметрами:

- общего применения (t_зд.р < 300 нс, К₀  < 100 дБ);

- быстродействующие (t_зд.р < 30 нс);

- прецизионные (К₀  > 100 дБ,  U_см.0 <  3 мВ,  DI_вх < 10 нА).

Современные интегральные компараторы  имеют расширенные функциональные возможности. Так, например, выпускаются компараторы со стробированием, которые выполняют сравнение только при подаче стробирующего сигнала или компараторы с внутренней памятью, сохраняющие результат сравнения на заданное время. Отдельные типы компараторов имеют прямые и инверсные выходы, или выходы с открытым коллектором или открытым эмиттером. В одной интегральной схеме может содержаться от 1 до 4 компараторов.

Компараторы относятся к классу аналого-цифровых элементов, выполняя функции сопряжения аналоговых и цифровых устройств, и широко применяются в различных устройствах: в устройствах контроля и сигнализации,  импульсных модуляторах, в аналого-цифровых преобразователях и т.д.

На рис. 7. 15, а показано устройство допускового контроля, работающего по принципу «меньше», «больше» и «норма».

Рис. 7. 15. Устройство допускового контроля

Рис. 7. 16. Широтно-импульсный модулятор

Устройство реализовано на двух компараторах, на объединенные входы которых подается контролируемый сигнал U_вх. На вторые входы компараторов поданы напряжения уставки U_уст.1 и U_уст.2. Принцип работы устройства допускового контроля поясняется временными диаграммами на рис. 7. 15,  б.

На рис. 7. 16, а показана схема широтно-импульсного модулятора (ШИМ) на основе компаратора. На первый вход компаратора подается напряжение с генератора линейно изменяющегося напряжения ГЛИН, а на второй вход - непрерывный сигнал U_вх. На выходе компаратора формируются импульсы, длительность которых прямо пропорционально величине входного сигнала.

Компараторы напряжений составляют также основу самых быстродействующих АЦП параллельного преобразования.