6.ZpetnaVazbaAJejiVyuziti

• Komparátor

Komparátor, je ideální operační zesilovač s nezapojenou zpětnou vazbou, viz obr. 6.11, který pracuje v nelineárním režimu, protože jeho diferenční napětí je nenulové s výjimkou rovnosti napětí , kdy má právě nulovou hodnotu a kdy na jeho výstupu dochází k okamžité změně polarity výstupního napětí. Říkáme také, že ideální operační zesilovač má nekonečně velkou dobu přeběhu tj. a nekonečně velkou šířku pásma, tudíž výstupní napětí je pravoúhlé. Kladnou hodnotu má, platí-li na vstupu zesilovače pro napětí podmínka a zápornou hodnotu při podmínce . Velikost výstupního napětí ideálního operačního zesilovače s nezapojenou zpětnou vazbou je vzhledem k jeho nekonečně velkému zesílení neomezená, ale u reálného operačního zesilovače je limitována velikostí napájecího napětí. Mluvíme o saturaci výstupního napětí, zmíněné na konci předcházejícího odstavce této kapitoly. Zavedením kladné zpětné vazby tvořené děličem napětí , můžeme zlepšit vlastnosti komparátoru. Pro napětí neinvertujícího vstupu ideálního operačního zesilovače, kam je zavedena zpětná vazba, platí podle 2. Kirchhoffova zákona

,

kde je referenční napětí a pro napětí na rezistoru platí z děliče napětí

.

Po dosazení a úpravě získáme vztah

.

Při dané hodnotě referenčního napětí a měnícím se napětí se při dosažení komparační podmínky mění polarita napětí, takže při kladné saturaci výstupního napětí má hodnotu a záporné saturaci hodnotu . Vlivem kladné zpětné vazby vykazuje výstupní napětí hysterezi s absolutní hodnotou danou vztahem , tedy při symetrickém napájení , takže při dostatečné šířce hystereze, komparační podmínka není citlivá na šumy napětí . U kladné polarity výstupního napětí totiž nedojde k překlopení polarity výstupního napětí při hodnotě napětí , ale až při dosažení hodnoty napětí . Podobně u záporné polarity výstupního napětí nedojde k překlopení polarity výstupního napětí při hodnotě napětí , ale až při dosažení hodnoty napětí .

Obr. 6.11 Zapojení komparátoru: komparátor, komparátor s kladnou zpětnou vazbou (s hysterezí)

Určete hodnoty napětí, při kterých bude docházet ke změně výstupního napětí komparátoru na obr. 6.12 při napájení jeho invertujícího vstupu harmonickým napětím o efektivní hodnotě 2 V, který je napájen ze souměrného stejnosměrného zdroje o napětích UN = ±15 V. Rezistory zpětnovazební sítě mají hodnoty R1 = 10 kΩ a R2 = 90 kΩ. Nakreslete časové průběhy vstupních a výstupního napětí.

Obr. 6.12 Komparátor s hysterezí, příklad 6.3

♦

V důsledku velkého zesílení operačního zesilovače, ale i díky účinku kladné zpětné vazby bude výstupní napětí zesilovače v saturaci podle relace mezi napětími a , a to kladné, kdy výstupní napětí bude pro a záporné, kdy bude a . Počítací šipky jsou zakresleny na obr. 6.13. Napětí neinvertujícího vstupu je definováno děličem napětí. Ke změně výstupního napětí dochází při rovnosti napětí invertujícího a neinvertujícího vstupu operačního zesilovače