Měření komparátoru

1. Zadání

Podle schéma zapojení s využitím operačních zesilovačů sestavte jednotlivé komparátory a ověřte jejich funkci.

1. Změřte dobu odezvy přímého výstupu komparátoru na náběžnou a sestupnou hranu obdélníkového vstupního impulsu

2. Ověřte funkci komparátoru s hysterezí v dynamickém režimu pro vstupní sinusový a trojúhelníkový průběh

3. Ověřte vztah pro hysterezi UH komparátoru s hysterezí v dynamickém režimu pro tři hodnoty R2

4. Ověřte funkci Schmittova obvodu v dynamickém režimu při vstupním sinusovém a trojúhelníkovém průběhu

5. Ověřte vztah pro hysterezi UH přesného Schmittova obvodu v dynamickém režimu pro tři hodnoty R2

1. Teorie úlohy

Komparátory jsou určeny k porovnávání dvou napětí nebo proudů. Polarita rozdílu těchto veličin je určena dvouhodnotovým výstupním signálem. Konstrukčně jsou komparátory řešeny jako rychlé rozdílové zesilovače s antisaturačními obvody, které zamezují přebuzení vstupních obvodů komparátorů. Výstup komparátorů je obvykle slučitelný s užívanými typy logických obvodů TTL, ECL, CMOS.

Statické vlastnosti komparátoru jsou určeny napěťovým posuvem U0 vstupních obvodů komparátoru a zesílením v aktivní části převodní charakteristiky.

Dynamické vlastnosti komparátoru jsou určeny dobou odezvy t0 výstupního napětí komparátoru při buzení jeho vstupu skokovým signálem definované velikosti U. S rostoucí amplitudou skokového vstupního signálu se doba odezvy zkracuje.

Komparátory s hysterezí se užívají v těch případech, kdy je nutno odstranit vliv působení rušivých signálů na přesnost komparace a zamezit kmitání komparátoru při pomalých změnách vstupního napětí.

Zavedení hystereze znamená zavedení kladné zpětné vazby z výstupu komparátoru na vstup. Podle způsobu zavedení kladné zpětné vazby rozlišujeme invertující a neinvertující zapojení.

Neinvertující komparátor s hysterezí na obrázku má zavedenou kladnou paralelní napěťovou zpětnou vazbu z výstupu komparátoru na jeho neinvertující vstup

Napěťová hystereze vstupního napětí UH je pak určena

UH = UP2 – UP1 = (R2/R1 + R2) * (U2H – U2L)

U tohoto zapojení napěťová a proudová nesymetrie přímo ovlivňuje jeho vstupní napěťovou hysterezi.

Nevýhodou těchto komparátorů s hysterezí je značná teplotní a časová nestabilita komparačních úrovní, daná stabilitou hodnot úrovní H a L výstupního napětí komaprátoru.

Proto se pro přesné komparace používá Schmittův klopný obvod, tvořený dvěma komparátory a bistabilním klopným obvodem typu RS a hradly NAND.

Napěťová hystereze Schmittova obvodu je určena rozdílem referenčních napětí.

UH = UP2 – UP1

Komparátory se Schmittovým klopným obvodem jsou používány v mnoha aplikacích, např. při generaci periodických signálů. Typickým obvodem obsahujícím Schmittův klopný obvod je časovač NE555.