Усилители переменного напряжения; температурная стабилизация усилительного каскада; обратные связи в усилителях (пз); главные параметры.
Операционные усилители (ОУ); АЧХ ОУ; базисные схемы включения операционных усилителей; компараторы на ОУ.
Генераторы гармонических колебаний. Главный режим работы транзистора; параметры одиночного импульсной последовательности и прямоугольного импульса.
Генераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы).
Силовые транзисторные ключи MOSFET и IGBT.
Лекция 5. Усилители переменного напряжения; обратные связи в усилителях.
Операционные усилители (ОУ).
5.1. Электронные усилители. Классификация
Усилитель – устройство, увеличивающее мощность элетрических сигналов. Они строятся на базе типовых усилительных каскадов. Структурная схема усилительного каскада приведена на рис. 5.1. Ко входу усилителя подключается источник входного сигнала, что продемонстрирован в виде генератора напряжения Ес с внутренним сопротивлением Rс . Входной сигнал – гармонические колебания синусоидальной формы. Данный маломощный сигнал прикладывается к входному сопротивлению Rвх каскада и руководит энергией источника питания громадной мощности. В выходной цепи усилителя источник усиленного сигнала продемонстрирован в виде генератора Евых с внутренним сопротивлением Rвых. Внешняя нагрузка Rн потребляет энергию усиленного сигнала.
По назначению различают усилители напряжения, мощности и тока.
 |
Усилитель напряжения – в то время, когда входное сопротивление усилителя Rвх » Rс, а сопротивление нагрузки Rн » Rвых. Это снабжает довольно громадные трансформации напряжения на нагрузке при маленьких трансформации токов во входной и выходной цепях.
Усилитель тока – привыполнении условий Rвх « Rс и Rн « Rвых. При этих условиях обеспечивается протекание тока заданной величины в выходной цепи при малых мощности и значениях напряжения входной и выходной цепях.
Усилитель мощности – привыполнении условий Rвх ? Rс и Rн ? Rвых.
По характеру трансформации во времени усиливаемого сигнала – усилители постоянного и переменного тока.
В зависимости от рабочего диапазона частот:
— низкочастотные (НЧ) – 20 Гц – 1мГц;
— видеоусилители – 1 – 30 мГц;
— высокочастотные (ВЧ) – 30 – 100 мГц;
— сверхвысокочастотные (СВЧ) 100 мГц.
По виду усиливаемых сигналов – усилители гармонических и импульсных сигналов.
В зависимости от схемы включения транзистора, усилительные каскады выполняются по схемам с неспециализированным эмиттером, с неспециализированной базой и с неспециализированным коллектором. Громаднейшее распространение взяла схема усилительного каскада с неспециализированным эмиттером.
5.2. Усилительный каскад по схеме с неспециализированным эмиттером
Усилительный каскад по схеме с неспециализированным эмиттером, его временные диаграммы и эквивалентная схема сигналов продемонстрированы на рис. 5.2.
| Рис. 5.2. Усилительный каскад по схеме с ОЭ: а – принципиальная схема; б – временные диаграммы сигналов; в – эквивалентная схема |
Назначение элементов схемы:
ес — источник сигналов с внутренним сопротивлением Rс.
R1, R2 – делитель напряжения, смещающий эмиттерный переход в прямом направлении и определяющий начальный режим работы усилителя совместно с резистором Rэ. Через делитель течет ток делителя Iд, создающий падение напряжения на R2, приложенное минусом к базе, а плюсом через Rэ к эмиттеру транзистора.
Ср1, Ср2 – разделительные конденсаторы маленькой емкости, пропускающие переменную составляющую соответственно входного и усиленного выходного сигналов и не пропускающие постоянную составляющую (для постоянной составляющей конденсатор Ср – разрыв цепи).
Rэ, Сэ — цепочка последовательной ООС по постоянному току эмиттера. Она помогает для термостабилизации режима работы усилителя: постоянная составляющая тока Iэ0 формирует на Rэ падение напряжения, плюс которого через R2 приложен к базе транзистора, а минус к эмиттеру. Величина этого падения напряжения зависит от температуры: с ростом
температуры – возрастает, при понижении температуры – значительно уменьшается. Переменная составляющая тока эмиттера проходит через конденсатор Сэ большой емкости, сопротивление которого переменному току Хс мало. Исходя из этого ООС по переменному току фактически отсутствует.
Rк — резистор коллекторной нагрузки усилителя. Совместно с транзистором VТ определяет коэффициент усиления усилителя.
Сф — конденсатор фильтра громадной емкости (блокировочный конденсатор), делает две функции:
— шунтирует источник питания Ек, предотвращая прохождение переменных токов через громадное внутреннее сопротивление источника Ек;
— подпитывает схему усилителя энергией при вероятных краткосрочных перегрузках источника питания Ек (Сф заряжен постоянным напряжением, равным Ек).
Потому, что транзистор есть нелинейным элементом, для усиления сигнала без частоты и искажений амплитуды, его нужно настроить в режиме спокойствия (при отсутствии входного сигнала) в одном из классов работы А, Б, В и т.д. Данный начальный режим работы усилителя характеризуется постоянными составляющими тока коллектора Iк.0 , напряжения коллектора Uкэ.0 , напряжения Uбэ.0 и тока базы Iб.0.
В режиме спокойствия через транзистор текут токи
Iэ0 = Iк0 + Iб0.
Определим положение рабочей точки в режиме спокойствия с учетом Rэ и класса работы А. Для этого на семействе выходных статических черт транзистора (рис. 5.3) нужно выстроить динамическую чёрта. Уравнение динамической характеристики (линии нагрузки) усилителя ОЭ в этом случае
Uк = Eк – IкRк – IэRэ = Eк – Iк (Rк + Rэ / ?).
 |
| Uбэ 0 n |
| Р |
Для крайних случаев: при Uк = 0 Iк = 
; при Iк = Iэ = 0 Uк = Eк. По этим двум крайним точкам — M (Uк = 0; Iк = 
) и N (Uк = Eк; Iк = 0) строится линия нагрузки MN. При работе в классе «А» рабочую точку Р0 в режиме спокойствия выбирают в средней части линейного участка входной характеристики транзистора.
Ток IБ0 определяется из величины прямого смещения эмиттерного перехода:
, где Uб = Ек 
и Rб = 
.
Так, рабочей точке исходного режима Р0 соответствуют координаты Iб0 и Uбэ0 (рис.5.3.). Перенося точку Р0 на выходные статические характеристики, возможно взять рабочую точку усилителя Р2 и на нагрузочной прямой с координатами Iк0 и Uкэ0. Пунктирные участки на входных и выходных чертях определяют линейный диапазон трансформации входного и выходного сигналов.
Физические процессы в усилителе с ОЭ поясняют временные диаграммы (см. рис. 5.2, в). На них входное напряжение усиливаемого сигнала отличается от напряжения источника сигнала благодаря наличия Rс и образовывает величину
Uвх = Ес 
,
где Rвх – входное сопротивление усилителя.
Прямое напряжение на базе транзистора будет изменяться по закону входного сигнала. По этому же закону будут изменяться и другие физические размеры в транзисторе: в фазе с входным знаком — потенциальный барьер эмиттерного перехода, токи транзистора Iэ = Iк + Iб, падение напряжения на Rк, создаваемое током коллектора; в противофазе по отношению к входному сигналу будет изменяться напряжение на коллекторе транзистора, причем амплитудный размах IкRк и Uк будет однообразен.
К примеру, хорошая полуволна входного усиливаемого сигнала сокращает величину прямого смещения эмиттерного перехода на величину входного сигнала, другими словами возрастает потенциальный барьер эмиттерного перехода. Это приводит к уменьшению инжекции главных носителей заряда из эмиттера в базу, другими словами к уменьшению тока Iэ = Iк + Iб. Выходной ток транзистора Iк формирует меньшее падение напряжения IкRк, другими словами ведет к росту отрицательного напряжения на коллекторе. С выхода усилителя (с коллектора транзистора) через Ср2 снимается отрицательная полуволна усиленного сигнала.
При подаче на вход отрицательной полуволны усиливаемого сигнала физические процессы подобны: увеличится прямое смещение эмиттерного перехода, уменьшится его потенциальный барьер, увеличится инжекция главных носителей заряда из эмиттера в базу, другими словами увеличатся токи транзистора, среди них и выходной ток Iк, увеличится падение напряжения на Rк, уменьшится отрицательное напряжение на коллекторе, через Ср2 снимется хорошая полуволна усиленного сигнала.
Так, усилитель с ОЭ усиливает сигнал по току и напряжению и меняет фазу выходного сигнала на 1800 по отношению к входному сигналу.
Главные параметры усилителя с ОЭ:
1. Входное сопротивление Rвх h11 (много Ом…единицы кОм).
2. Выходное сопротивление Rвых Rк (единицы…десятки кОм).
3. Коэффициент усиления по току
Ki = 
= 
(десятки — много).
Коэффициент усиления по напряжению
Кu = 
(десятки — много)
символ минус говорит о изменении фазы выходного сигнала по отношению к входному.
Коэффициент усиления по мощности
Kp = |Кi|·|Кu| = Rн
5.3. Эмиттерный повторитель
На рис. 5.4 приведены принципиальная и эквивалентная схемы эмиттерного повторителя и временные графики, поясняющие его работу. Эмиттерный повторитель — это усилитель с ОК, поскольку по переменной составляющей коллектор транзистора через блокировочный конденсатор Сф заземлен на корпус. Это усилитель со 100 % ООС, поскольку выходное падение напряжения IэRэ абсолютно приложено через R2 к входу транзистора в противофазе, другими словами Uб = Uвх – Uвых, откуда Uвых = Uвх – Uб. Тогда коэффициент усиления по напряжению будет
KU = 
.
Так как Uб образовывает десятые доли вольта и Uвх чуть больше Uвых, то коэффициент усиления по напряжению получается чуть меньше единицы (Ku 1). Другими словами по напряжению эмиттерный повторитель не усиливает.
Коэффициент усиления по току
Ki = 
,
другими словами Ki = 1 + ?.
Эмиттерный повторитель — это усилитель тока: KiI 1.
Коэффициент усиления по мощности Ku = KiKu Ki.
Выходное сопротивление Rвых = 
= R’н мало (десятки Ом).
Входное сопротивление Rвх = 
= Rвых(1 + ?) громадно и образовывает много килоом.
С подачей на базу хорошей полуволны входного сигнала отрицательный потенциал базы уменьшится, увеличится потенциальный барьер эмиттерного перехода. Транзистор призакроется: ток эмиттера уменьшится, уменьшится минус на эмиттере, с выхода через Ср2 снимется хороший выходной сигнал.
Отрицательная полуволна входного сигнала увеличит минус на базе, другими словами уменьшит потенциальный барьер эмиттерного перехода, что приведет к приоткрытию транзистора: эмиттерный ток увеличится, увеличится минус на эмиттере, с выхода снимется отрицательный сигнал.
Так, выходной сигнал снимается с эмиттера, сам усилитель повторяет сигнал по амплитуде (Кu чуть меньше единицы) и по фазе (по полярности); из этого он и был назван – эмиттерный повторитель.
Так как Uб = Uвх – Uвых, то на вход эмиттерного повторителя возможно подавать сигналы с громадной амплитудой, впредь до величины, равной Ек.
Владея высоким входным и малый выходным сопротивлениями, эмиттерный повторитель обширно употребляется в блоках детектирования Преисподняя и РТК для согласования большого сопротивления детектора ИИ с низким волновым сопротивлением коаксиального кабеля.
Операционные усилители (ОУ
5.4.1. Неспециализированные сведения об операционных усилителях
В хорошей электронике операционным усилителем принято именовать линейный преобразователь, при помощи которого возможно осуществлять разные математические операции – суммирование, вычитание, интегрирование, дифференцирование и др. Это и выяснило наименование таких усилителей – операционные (решающие), на базе которых методом введения обратных связей возможно проводить математические операции. Интегральные ОУ предназначены не только для исполнения математических операций, но и для осуществления преобразования сигналов (усиления, обработки, формирования сигналов).
Условное функциональное обозначение и графическое изображение ОУ приведено на рис. 5.5. 
Современные ОУ строятся по схеме прямого усиления с дифференциальными равноправными по электрическим параметрам входами (инверсный вход «0» либо «?» и неинверсный вход – без обозначения либо «+») и двухтактным двухполярным (по амплитуде сигнала) выходом. Главным элементом ОУ есть входной каскад, выстроенный по схеме дифференциального усилителя (ДУ), назначение которого – усиление разности сигналов, замечаемой между его входами (рис. 5.6,а). ДУ имеет два транзистора VT1 и VT2 с коллекторными нагрузочными резисторами RК . Эмиттерные токи этих транзисторов формируются посредством генератора стабильного тока (ГСТ) I0 , выполненного на транзисторах VT3 и VT4. При идентичности параметров транзисторов VT1 и VT2, равенстве коллекторных резисторов и условии, что входные сигналы U? = U+ = 0, разность выходных сигналов ДУ будет равна нулю, потому, что для совершенного ДУ эмиттерный ток I0 делится пополам между транзисторами VT1 и VT2.
И
Из теории дифференциальных усилителей как мы знаем, что в режиме баланса потенциал каждого выхода имеет относительно земли синфазный уровень напряжения: .
Режиму баланса соответствует диаграмма (рис. 5.6, б) до момента времени t1. При появлении в момент t1 сигнала U? транзистор VT1 приобретает больший ток смещения и его коллекторный ток IK1 возрастает, а ток транзистора VT2 значительно уменьшается, поскольку
IK1 + IK2 = I0 . Так, с повышением входного напряжения U? , выходное напряжение на выходе первого транзистора значительно уменьшается (приращение сигнала инвертировано по фазе). На втором выходе ДУ напряжение будет возрастать (приращение сигнала не инвертировано по фазе). Полный дифференциальный выходной сигнал между выходами ДУ определяется соотношением:
Изменение выходных сигналов заканчивается, в то время, когда целый ток I0 начинает течь через транзистор VT1. В момент времени t2 транзистор VT2 переходит в режим отсечки. Потому, что входное сопротивление ДУ обратно пропорционально величине его рабочего тока I0 , то данный ток задается в большинстве случаев маленьким (десятки микроампер), а это со своей стороны определяет низкий коэффициент усиления ДУ:
,
где — крутизна биполярного транзистора. Поэтому, в интегральных ОУ употребляются последующие каскады усиления для получения громадной величины коэффициента усиления по напряжению. В общем виде коэффициент усиления по напряжению ОУ равен произведению коэффициентов усиления всех его каскадов: 
.
Полные значения входных напряжений U? , U+ и UВЫХ ограничены напряжением питания операционного усилителя +Uпит и ?Uпит ? (? ± 15 В). Обычным свойством передаточной характеристики ОУ есть то, что она чувствительна к разности входных напряжений и не зависит от их полных значений. Из этого свойства вытекает введение двух понятий: синфазного входного напряжения UСИНФ для неспециализированной составляющей напряжений на обоих их входах, которая должна быть подавлена усилителем, и дифференциального входного напряжения UД , на которое усилитель реагирует:
, ,
где К = 1/2 либо 0.
Для упрощения определения параметров ОУ в большинстве случаев полагают К = 0, тогда UСИНФ =U+ .
Интегральные ОУ в большинстве случаев складываются из входного дифференциального каскада, каскадов усиления, каскада, преобразующего двухфазный выход дифференциального усилителя в однофазный и каскада для сдвига уровня. На выходе усилителя употребляется эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах, снабжающий передачу сигналов как хорошей, так и отрицательной полярности. В современных ОУ К0 достигает величины порядка 1*105 и более.
При анализе и рассмотрении схемных ответов на базе операционных усилителей и выводе главных соотношений, довольно часто употребляется понятие совершенного операционного усилителя. В совершенном ОУ принято вычислять:
- операционный усилитель владеет вечно громадным входным и нулевым выходным сопротивлением;
- входы ОУ симметричны и не потребляют ток;
- напряжение между входами ОУ равняется нулю;
- коэффициент усиления по напряжению ОУ пытается к бесконечности, а напряжение на выходе равняется нулю при отсутствии входных сигналов.
5.4.2. Амплитудно-частотная черта ОУ
 |
Амплитудно-частотная черта (АЧХ) ОУ – зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты. Любой многоканальный усилитель на высоких частотах возможно представлен схемой замещения (рис. 5.7), в которой генератор сигнала К0 UВХ нагружен на последовательность интегрирующих RC цепочек, число которых равно каскадов ОУ (R и C — соответственно личная передаточная проводимость и емкость нагрузки каскада).
Коэффициент передачи по напряжению одной RC цепочки:
, (5.1)
где — круговая частота среза.
Соответственно частота среза . Модуль АЧХ RC цепочки определяется соотношением:
. (5.2)
 |
Вид АЧХ для двухкаскадного ОУ в соответствии со схемой замещения представлен на рис. 5.8 (кривая 1), где коэффициент и частота усиления отложены в логарифмическом масштабе. Коэффициент усиления измеряется в децибелах (1 дБ = 20lg K). Изменяя частоту вдесятеро (на декаду), приобретаем уменьшение коэффициента усиления так же вдесятеро (падение усиления на 20 направляться). Как видно из рисунка, на низких частотах К асимптотически приближается к величине коэффициента усиления без обратной связи К0 . С ростом частоты за частотой среза fср1 , на которой К понижается до значения 0,707 К0 (на 3 дБ), скорость высокочастотного спада равномерна и образовывает 20 дБ / дек. В многокаскадном усилителе любой каскад имеет собственную передаточную проводимость и емкость нагрузки, исходя из этого на частоте fср2 для второго каскада скорость высокочастотного спада будет составлять уже 40 дБ / дек. Современные операционные усилители имеют скорректированную АЧХ [8], которая для ОУ без обратной связи имеет форму кривой 2. Сростом частоты усиление падает и график пересекает линию ноль децибел на частоте единичного усиления ft . Эта частота определяет активную полосу частот ОУ, в которой коэффициент усиления К? 1. Произведение частоты входного сигнала на коэффициент усиления без обратной связи К равняется полосе единичного усиления ft = К fВХ. Для исключения амплитудно-фазовых искажений в заданной полосе частот нужно в данной полосе обеспечить равномерность амплитудной характеристики. Это достигается введением в ОУ отрицательной обратной связи (ООС). При повышении глубины ООС (уменьшении коэффициента усиления ОУ) расширяется полоса частот равномерной амплитудной характеристики (кривая 3). Диапазон частот от нуля до верхней предельной частоты fb носит название полосы пропускания на малом сигнале, которая связана с полосой единичного усиления ОУ с ООС соотношением fb = ft КОС , где КОС — коэффициент усиления с обратной связью.
5.4.3. Схемы включения операционных усилителей
Число схем на ОУ непрерывно возрастает по мере развития элементной появления и базы новых ОУ, исходя из этого особенно серьёзным есть знание анализа и принципов построения так называемых типовых (базисных) схем включения ОУ. Существует три базисные схемы включения операционных усилителей:
— инвертирующее включение ОУ;
— неинвертирующее включение ОУ;
— дифференциальное включение ОУ.
Эти схемы являются базой для построения вторых схем на операционных усилителях и расчета их параметров. При анализе базисных схем и упрощении расчета их параметров довольно часто употребляется понятие совершенного операционного усилителя. Разглядим базисные схемы включения ОУ.
5.5.3.1. Инвертирующее включение ОУ
Эквивалентная схема инвертирующего включения ОУ приведена на рис. 5.9. В данной схеме входной сигнал и сигнал обратной связи поступают на инверсный вход ОУ. Введение ООС ведет к тому, что сейчас схема владеет коэффициентом усиления с обратной связью КОС . Определим значение КОС исходя из особенностей совершенного ОУ.
Вычисляем напряжение между входами равным нулю. Тогда потенциал неинверсного входа и потенциал инверсного входа, а следовательно и потенциал точки А (точка суммирования токов) кроме этого равен нулю. При условии, что входное сопротивление ОУ RВХ велико, можно считать, что ток от источника сигнала iC = UC / R1 протекает лишь по резистору обратной связи RОС , создавая на нем падение напряжения:
. (5.3)
Падение напряжения на резисторе RОС с громадной точностью равняется напряжению выхода UВЫХ , так как потенциал левого выхода резистора RОС (точка А) равен нулю (неестественный нуль-потенциал схемы). Следовательно, возможно записать:
.
Коэффициент усиления по напряжению с обратной связью:
(5.4)
Символ минус в выражении (4.4) говорит о том, что напряжение на выходе ОУ находится в противофазе с входным напряжением. В настоящем ОУ с учетом ограниченного значения коэффициента усиления К0 выражение для КОС имеет форму:
. (5.5)
Входное сопротивление при инвертирующем включении ОУ можно считать приближенно RВХ ? R1. Выходное сопротивление
где RВЫХ.0 — выходное сопротивление ОУ без обратной связи.
Примечание. Сопротивление RC в данной схеме и потом помогает для уменьшения токов смещения ICM в схемах на операционных усилителях.
5.4.3.2. Неинвертирующее включение ОУ
Эквивалентная схема неинвертирующего включения ОУ приведена на рис. 5.10.
В данной схеме напряжение обратной связи создается делителем R1 – RОС :
. Полагая, что напряжение между входами ОУ близко к нулю, возможно записать, что UOC = UC , откуда коэффициент усиления по напряжению:
. (5.6)
Входное сопротивление при неинвертирующем включении ОУ громадно и определяется приближенно соотношением:
. (5.7)
Выходное сопротивление где ? =R1/ROC .
5.4.3.3. Дифференциальное включение ОУ
Эквивалентная схема дифференциального включения ОУ приведена на рис. 5.11. Она является сочетанием инвертирующей и неинвертирующей схем включения и позволяет взять разность двух входных сигналов с заданным коэффициентом усиления.
Для 
получения коэффициента усиления по напряжению данной схемы так же, как и прежде думаем, что разность напряжений на входах ОУ равна нулю, а токи сигналов не ответвляются на его входы. Составим совокупность уравнений для напряжений на инверсном и неинверсном входах:
— инверсный вход:
,откуда напряжение на инверсном входе ; (5.8)
— неинверсный вход:
(5.9)
Учитывая, что для совершенного ОУ напряжение между входами равняется нулю , решая совместно (9.7) и (9.8) возьмём выражение для
выходного напряжения:
(5.10)
где n =ROC /RВХ = nR/R – коэффициент усиления усилителя с обратной связью. В случае, если сопротивления в схеме отличаются, тогда выходное напряжение возможно выяснено:
. (5.11)
5.4.3.4. Сумматор на ОУ
 |
По аналогии со схемами включения ОУ различают инвертирующий и неинвертирующий сумматоры. Схема инвертирующего сумматора приведена на рис. 5.12. Исходя из принципа суперпозиции, напряжение на выходе инвертирующего сумматора возможно выяснено соотношением:
, где KOC i =ROC /Ri – коэффициент передачи i – го входного сигнала по инвертирующему входу. В схеме неинвертирующего сумматора входные напряжения подаются на неинверсный вход, а все резисторы, за исключением сопротивления обратной связи ROC , делают однообразными. Напряжение на выходе для того чтобы сумматора определяется соотношением:
5.4.3.5. Компараторы
Компаратор (от британского Compare) – это устройство, сравнивающее напряжение сигнала на одном из входов с опорным напряжением на втором входе. При применении в качестве компаратора ОУ, на его выходе будет устанавливаться хорошее либо отрицательное напряжение насыщения ±Uнас . В большинстве случаев в ОУ напряжение питания и напряжение насыщения связаны соотношением: ±Uнас = ± 0,9 Uпит . Компараторы используют во многих схемах и устройствах, к примеру:
— в триггере Шмитта либо схеме, преобразующей сигнал произвольной формы в прямоугольный либо импульсный сигнал;
— в детекторе нуля – схеме, индицирующей направление и момент прохождения входного сигнала через 0 В;
— в детекторе уровня — схеме, индицирующей момент успехи входным напряжением данного уровня опорного напряжения,
— в генераторе сигналов треугольной либо прямоугольной формы и т.п.
Отличительной изюминкой компараторов есть отсутствие ООС, т.е. коэффициент усиления по напряжению определяется собственным коэффициентом усиления К0 ОУ.
На рис. 5.13. изображена схема компаратора, чувствительная к напряжению на входе (?). В данной схеме входной сигнал подается на инверсный вход, а неинверсный вход помогает для задания опорного напряжения Uоп . Потому, что в схеме компаратора задействованы оба входа, то для анализа его работы и поведения выходного напряжения направляться использо-
вать третью базисную схему включения – дифференциальное включение ОУ и соотношение (5.10).
При в то время, когда Uоп = 0, схема компаратора трудится как детектор нуля (рис.5.13.б). В том случае, в то время, когда UВХ положительно (в течение первого полупериода), UВЫХ равняется ? UНАС , потому, что потенциал входа (+) меньше потенциала входа (?) (см. рис. 5.13. б). Во второй полупериод, в то время, когда UВХ отрицательно, UВЫХ будетравно +UНАС , так как потенциал входа (+) больше потенциала входа (?). Так, UВЫХ показывает, в то время, когда UВХ положительно либо отрицательно по отношению к нулевому опорному напряжению.
В то время, когда Uоп 0 схема компаратора трудится как детектор уровня (рис. 5.13. в). На промежутке M – N UВЫХ равняется ? UНАС , потому, что потенциал входа (+) меньше потенциала входа (?) (Uоп UВХ ). При UВХ Uоп (промежуток N – K) UВЫХ равняется +UНАС .
В случае, если поменять местами входы подачи формирования и входного напряжения опорного, то возможно взять схему компаратора, чувствительную к напряжению на входе (+).
На практике в некоторых случаях напряжение входа может колебаться довольно опорного уровня. Такие колебания более чем возможны из-за неизбежных наводок на провода, подходящие к входным зажимам ОУ (напряжение шумов). В этом случае напряжение UВЫХ будет колебаться от одного уровня насыщения к второму, что может приводить к фальшивым срабатываниям устройств сигнализации, измерения либо аккуратных механизмов. С целью предотвращения реакции выходного напряжения на фальшивые пересечения опорного уровня, в компараторы вводят хорошую обратную сообщение (ПОС). Такие компараторы носят название компараторы с ПОС либо регенеративные компараторы, триггеры Шмитта. ПОС осуществляется методом подачи на неинверсный вход некоей части выходного напряжения UВЫХ посредством резистивного делителя R3 — R4 (рис. 5.14). Напряжение, формируемое резистивным делителем, будет иметь разные значения, потому, что оно зависит от символа UВЫХ . Оно именуется верхним либо нижним пороговым напряжением и в компараторах с ПОС устанавливается машинально:
. (5.12)
Хорошая обратная сообщение формирует эффект спускового механизма, ускоряя переключение UВЫХ из одного состояния в второе. Когда
UВЫХ начинает изменяться, появляется регенеративная обратная сообщение, заставляющая UВЫХ изменяться ещё стремительнее. В момент времени равный нулю (рис. 5.14. а, б), UВХ отрицательно, исходя из этого выходное напряжение равняется +UНАС и на неинверсном входе будет установлен порог UП.В. . В момент времени t1 напряжение UВХ +UНАС и компаратор переключается по выходу в напряжение ? UНАС . Наряду с этим на неинверсном входе установится порог UП.Н. . Очередное переключение компаратора случится в момент t2, в то время, когда UВХ станет более отрицательным чем напряжение ? UНАС .В случае, если пороговые напряжения превышают по величине амплитуду шумов, то ПОС не допустит фальшивых срабатываний на выходе (рис. 5.14. а, б). Диапазон напряжений ? UНАС ? U ? +UНАС носит название «Гистерезис» либо «Территория нечувствительности».
