Операционный усилитель в режиме компаратора

Операционный усилитель в режиме компаратора

Компаратор – сравнивающее пороговое устройство, формирующее на выходе потенциальный сигнал с уровнем напряжения питания в том случае, когда разница потенциальных уровней входных сигналов отличается от нуля.

Для реализации компараторов с помощью операционных усилителей следует учитывать следующие требования:

·  необходимо определять знак разницы уровней сравниваемых сигналов;

· уровень выходных сигналов независимо от знака разницы входных сигналов должен быть положительным;

· компаратор должен обладать возможностью регулирования порога срабатывания при сравнении исследуемого сигнала с эталонным.

Операционный усилитель, работающий по схеме прямого масштабного усиления и не имеющий контура обратной связи, отвечает

первому требованию. Однако полярность выходного сигнала будет определяться знаком разницы сравниваемых напряжений, т.е. второе требование остается невыполненным. Для устранения этого недостатка при практической реализации компаратор формируют из

двух операционных усилителей (рис.3.8,а).

Рис.3.8. Операционный усилитель в режиме компаратора

Причем исследуемый сигнал одновременно подают на прямой вход первого усилителя и инверсный вход второго, а эталонный сигнал – на инверсный вход первого усилителя и прямой вход второго. Поскольку каждый усилитель усиливает разницу уровней  между  прямым  и  инверсным  входами,  то  первый  будет иметь на выходе «+Uпит» при положительной разности, а второй – при отрицательной разности уровней исследуемого и эталонного сигналов (рис.3.8,б).

Для удовлетворения третьему требованию на прямой вход первого усилителя параллельно исследуемому сигналу подают отрицательное опорное напряжение с амплитудой, соответствующей положительной области зоны нечувствительности. На инверсный вход второго усилителя подают положительное опорное напряжение с амплитудой, соответствующей отрицательной области зоны нечувствительности.

Для регулирования амплитуды всей зоны нечувствительности, а, в случае необходимости и ее положительной или отрицательной составляющих опорные сигналы формируют с помощью делителей напряжения R2 и R3. Уровень эталонного сигнала так же регулируют с помощью делителя напряжения R1.

В том случае, когда уровень входного сигнала меньше уровня

эталонного, на выходе первого усилителя формируется сигнал высокого уровня отрицательной полярности «-Uпит». В том случае, когда уровень входного сигнала выше уровня эталонного, сигнал с уровнем «-Uпит» формируется на выходе второго усилителя.

Для исключения подачи отрицательного напряжения на входы последующих устройств автоматики применяют диодные развязки VD1 и VD2.