Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Исходное задание
Вариант 6-1-21
Компаратора для однополярных напряжений с гистерезисной характеристикой
|
Uв.т.с В |
UН.Т.С. В |
U вых.max В |
Токр. ср ◦C |
R экв кОм |
|
4 |
2.8 |
12 |
±40 |
5.1 |
Выбор и анализ схемы
Выбор ОУ производился исходя из значений Tокр.ср. и Uвых.max. Подходящим оказался высокочастотный ОУ типа А709 с относительно небольшим быстродействием. Этот ОУ обладает большим входным сопротивлением, большим коэффициентом усиления, линейной передаточной характеристикой.
Параметры ОУ типа К140УД12:
|
Параметры |
|
|
Коэффициент усиления мВ |
25 |
|
Входное дифференциальное сопротивление Rвх.д, МОм |
50 |
|
Входное напряжение смещения нуля Uсм0, мВ |
5 |
|
Разность входных токов Iвх, нА |
6 |
|
Амплитуда выходного сигнала Uвх, В |
12 |
|
Номиналы напряжений питания E+k, E-k, В |
15 |
Описание работы схемы
В рассмотренных компараторах могут быть получены характеристики с гистерезисными свойствами. Введение гистерезиса в работу компаратора несколько снижает точность сравнения, однако делает его невосприимчивым к шумам и помехам. Гистерезис достигается включением более высокого опорного напряжения, когда Uх изменяется от низкого к высокому уровню по сравнению со значением Uо, изпользуемым, когда Uх изменяется от высокого к низкому уровню. При этом высокое значение опорного напряжения называется верхним порогом срабатывания (Uвпс), а низкое - нижним порогом срабатывания (Uнпс). Это достигается введением положительной обратной связи.
Получение гистерезисной характеристики рассмотрим на примере компаратора, в котором сравниваемые напряжения подаются на оба входа (рис.9)
В представленной схеме, которая приведена без согласующего элемента, на инвертирующий вход подается измеряемое напряжение Uх, а на неинвертирующий - часть опорного напряжения Uо и напряжение положительной обратной связи. Благодаря действию положительной обратной связи схема имеет два устойчивых состояния. Переход из одного состояния к другому определяется соотношением напряжений на входах ОУ. Найдем эти соотношения для приведенной схемы, считая параметры ОУ идеальными.
Учитывая, что за счет Rвх= , Uх=Uа ,а переключение компаратора происходит при Uа=Uб, используя принцип суперпозиции, можно записать :
Отсюда следует, что условие переключения определяется равенством :
Uх=Uп Uос (30)
Где :
На рис.9б показана идеальная характеристика компаратора для положительной полярности сравниваемых напряжений Uх и Uо.
Допустим, что в исходном состоянии выходное напряжение имеет положительную полярность. В этом случае напряжение неинвертирующего входа, определяющее верхний порог срабатывания равно
Uвпс=Uп+Uос (31)
При переходе схемы в другое состояние выходное напряжение становится отрицательным и потенциал неинвертирующего входа, определяющий в данном случае нижний порог срабатывания схемы становится равным :
Uнпс=Uп-Uос (32)
При этом ширина петли гистерезиса, определяющая помехоустойчивость схемы, равна :
Если величина Uо=0, то характеристика компаратора становится симметричной относительно нуля.
Введение положительной обратной связи позволяет получить гистерезисную характеристику и у компаратора для сравнения разнополярных напряжений.
Рассмотрим примеры использования компараторов в детекторах уровня, генераторах прямоугольных импульсов, ждущих мультивибраторах.
Расчет схемы:
;
;
Выберем:
Пересчитаем Uв.т.с. и Uн.т.с для реальных номиналов резисторов (используя стандартный ряд E12).
Рассчитаем согласующий элемент. В качестве транзистора выбираем КТ315А, параметры которого приведены ниже:
UКЭmax =25 В Iк max=100 мА UКЭнас=0,4 В h21э=20 … 90
Чтобы получить на выходе Uвых. max = 12 В, возьмем Eк = 12 В.
Выберем ток коллектора транзистора в режиме насыщения:
Iк=10 мА.
Резистор R6 рассчитаем по формуле
Найдем ток базы:
Расчитаем номинал R5 по формуле:
ыВозьмем из стандартного ряда номиналы, наиболее близкие к рассчитанным:
Рассчитаем погрешности:
Вычислим абсолютное значение систематической ошибки, вызванную конечностью величин Ku и Rвх.д:
Вычислим относительную величину составляющей систематической ошибки, вызванной конечностью величин Ku и Rвх.д:
Найдем составляющие систематической ошибки, вызванной смещения нулевого уровня.
Систематическая составляющая ошибки смещения, приведенная ко входу. Определяет абсолютную величину смещения.
Относительная величина составляющей системной ошибки, обусловленной смещением нулевого уровня компаратора.
Моделирование в среде Micro-Cap