Ось напряжений для входного и выходного сигналов общая и непрерывная.

Масштабная сетка для входного сигнала по напряжению выбирается таким образом, чтобы изображение занимало не менее 3 и не более 6 масштабных делений с коэффициентами пропорциональности 1; 2; 2,5; 3; 5. Границы для входного напряжения соответствуют +U_m и –U_m относительно временной оси.

Границы для выходного напряжения соответствуют +Е1 и –Е2 относительно временной оси. Масштабная сетка для выходного сигнала выбирается таким образом, чтобы напряжение источника питания занимало не менее 3 и не более 6 масштабных делений.

По оси времени зарисовать входной сигнал симметричной треугольной формы. В рассматриваемом отрезке времени не менее 8 безразмерных масштабных деления. Зарисовать два периода. Пунктиром отметить уровень постоянного напряженияU₀. Указать точки срабатывания компаратора. В схеме прямого сравнения это точки пересечения переменного напряжения и уровня постоянного напряжения. В схемах сравнения на нуль-органе это точки пересечения переменного напряжения и уровни противоположной полярности постоянного напряжения. По свойствам операционного усилителя и нуль-органа определить уровни устойчивых состояний выходного сигнала. Зарисовать выходной сигнал.

Компаратор – это устройство, которое имеет два устойчивых состояния, каждое из которых зависит от соотношения двух сигналов U1 и U2. Если напряжение U1 больше напряжения U2, то на выходе компаратора будет один фиксированный уровень (уровень положительного ограничения), если меньше, то будет другой фиксированный уровень (уровень отрицательного ограничения). Переключение компаратора из одного состояния в другое называют срабатыванием. В зависимости от параметров сигналов U1 и U2 компаратор называют:

1.схемой сравнения, если оба сигнала переменные;

2.дискриминатором уровня, если один из сигналов имеет постоянный уровень;

3.нуль – органом, если один из сигналов имеет уровень, равный нулю;

4.триггером Шмидта, если сравниваемый уровень не является входным сигналом, а формируется в схеме за счёт положительных обратных связей.

СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.

1. Если напряжение, подаваемое на инвертирующий вход равно напряжению, подаваемому на не инвертирующий вход U1_ВХ = U2_ВХ, то напряжение на выходе равно нулю U_ВЫХ = 0.

2. Если напряжение, подаваемое на инвертирующий вход, больше напряжения, подаваемого на не инвертирующий вход U1_ВХ > U2_ВХ, то напряжение на выходе будет отрицательным U_ВЫХ < 0.

3. Если напряжение, подаваемое на инвертирующий вход, меньше напряжения, подаваемого на не инвертирующий вход U1_ВХ < U2_ВХ, то напряжение на выходе будет положительным U_ВЫХ > 0.

4. Если выход соединён с инвертирующим входом через линейную цепь, то образуется отрицательная обратная связь (ООС).

5. Если выход соединён с не инвертирующим входом через линейную цепь, то образуется положительная обратная связь (ПОС).

6. Линейный режим будет в том случае, когда выходное напряжение больше отрицательного максимального напряжения, но меньше положительного максимального напряжения. В реальных ОУ предельное значение выходного напряжения êU_{ВЫХ.МАКС} ê= (0,8 ¸ 0,95)Е. При анализе устройств на ОУ принимают U_{ВЫХ.МАКС} = ± Е. Е – напряжения источников питания.

7. При наличии ООС в линейном режиме (-- Е2 < U_ВЫХ < +Е1) напряжение на инвертирующем входе повторяет напряжение не инвертирующего входа с погрешностью d = , .

Любой усилительный элемент может быть использован в качестве компаратора.. Усилительный элемент, как компаратор, работает в режиме больших сигналов, превышающих уровни ограничения. Уровень ограничения определяет порог срабатывания компаратора, который называют чувствительностью компаратора. Разность напряжений на входе, при которых компаратор переходит из одного состояния в другое и обратно называют разрешающей способностью.

На рис. 5 представлена передаточная характеристика ОУ без обратной связи, из которой следует, что уровень ограничения – чувствительность компаратора не более 1мВ. Это в большинстве практических устройств является идеальным условием сравнения двух сигналов. При прямом сравнении сигналов (рис3) срабатывание происходит при равных по величине и полярности двух сигналов. Сравнение двух сигналов равных по величине и разных по полярности может осуществляться при использовании нуль-органа. Нулевой потенциал может подключаться к неинвертирующему входу (рис 6), при этом полярности выходных уровней будут противоположны полярностям входных сигналов. Такой компаратор называют инвертирующим.При подключении нулевого потенциала к инвертирующему входу (рис7) полярность выходного сигнала повторяет полярность входного. Это неинвертирующий нуль-орган.

Схемы сравнения двух разнополярных напряжений представлены на рис1 и рис2. Сравнение осуществляется на симметричном делителе на сопротивлениях R1 и R2, выход которого подключается к нуль – органу. При равных по величине R1 = R2 напряжение на выходе делителя будет менять полярность, т. е. переходить через нуль, когда напряжения равны по абсолютной величине и противоположные по полярности: U_вх1 = - U_вх2. При этом происходит срабатывание нуль-органа и на выходе устанавливается уровень в соответствии схемы нуль-органа. Особенностью применения схемы сравнения на нуль-органе является то, что установка выходных уровней не зависит от места подключения сигналов U1 и U2.

ЗАДАЧА 1.

Зарисовать диаграммы напряжений на входе и выходе компаратора.

Исходные данные: схема рис1 – схема сравнения на инвертирующем нуль-органе;

U1=U₀=+2 В;

U2=U_m=6 В – симметричный треугольный сигнал;

Напряжение питания операционного усилителя Е1=Е2= ± 9 В.

Выбираем масштабный коэффициент по напряжению для входного и выходного сигналов . Выбираем 10 масштабных делений в рассматриваемом отрезке времени. Границы по напряжению для входного сигнала +6 и –6 В, для выходного +10 и –10 В. Зарисовываем входной сигнал – два периода симметричного треугольного сигнала и уровень постоянного напряжения. Пунктиром обозначаем уровень постоянного напряжения противоположной полярности (–2В). Этот уровень эквивалентен нулевому потенциалу на входе ОУ (U_ср=0_экв). Устанавливаем точки срабатывания компаратора в местах пересечения переменного сигнала и пунктирной линии. Эти точки определяют время срабатывания компаратора.В соответствии со свойствами нуль-органа зарисовать выходной сигнал.

При U_вх>0_экв на выходе U_вых=–Е. При U_вх<0_экв на выходе U_вых=+Е.

ЗАДАЧА 2.

Зарисовать диаграммы напряжений на входе и выходе компаратора.

Исходные данные: схема рис 2 – схема сравнения на неинвертирующем нуль-органе;

U1=U₀=+2 В;

U2=U_m=6 В – симметричный треугольный сигнал;

Напряжение питания операционного усилителя Е1=Е2= ± 9 В.

Выбираем масштабный коэффициент по напряжению для входного и выходного сигналов . Выбираем 8 масштабных делений в рассматриваемом отрезке времени. Границы по напряжению для входного сигнала +6 и –6 В, для выходного +10 и –10 В. Зарисовываем входной сигнал – два периода симметричного треугольного сигнала и уровень постоянного напряжения. Пунктиром обозначаем уровень постоянного напряжения противоположной полярности (–2В). Этот уровень эквивалентен нулевому потенциалу на входе ОУ (U_ср=0_экв). Устанавливаем точки срабатывания компаратора в местах пересечения переменного сигнала и пунктирной линии. Эти точки определяют время срабатывания компаратора.В соответствии со свойствами нуль-органа зарисовать выходной сигнал.

При U_вх>0_экв на выходе U_вых=+Е. При U_вх<0_экв на выходе U_вых=–Е.

ЗАДАЧА 3.

Зарисовать диаграммы напряжений на входе и выходе компаратора.

Исходные данные: схема рис 3 – схема прямого сравнения;

U1=U₀=+2 В;

U2=U_m=6 В – симметричный треугольный сигнал;

Напряжение питания операционного усилителя Е1=Е2= ± 9 В.

Выбираем масштабный коэффициент по напряжению для входного и выходного

сигналов . Выбираем 8 масштабных делений в рассматриваемом отрезке времени. Границы по напряжению для входного сигнала +6 и –6 В, для выходного +10 и –10 В. Зарисовываем входной сигнал – два периода симметричного треугольного сигнала и уровень постоянного напряжения. Устанавливаем точки срабатывания компаратора в местах пересечения переменного сигнала и уровня постоянного напряжения. Эти точки определяют время срабатывания компаратора.В соответствии со свойствами ОУ зарисовать выходной сигнал.

При U_вх>U₀ на выходе U_вых=+Е. При U_вх<U₀ на выходе U_вых= –Е.

Дата добавления: 2015-07-18