Назначение, схема, функционирование и временные диаграммы пикового детектора на компараторе. Идеализированная схема дифференциатора на операционном усилителе и её проблемы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Назначение, схема, функционирование и временные диаграммы пикового детектора на компараторе

Компаратор представляет собой схему операционного усилителя, которая производит сравнение сигналов напряжения. Компаратор сравнительно просто узнать на принципиальной схеме из-за отсутствия цепи отрицательной обратной связи. Компаратор является единственным из базовых схем операционных усилителей, где не используется отрицательная обратная связь. Поскольку в компараторе не используется отрицательная обратная связь, любое входное напряжение, сколь бы низким они ни было, вызывает насыщение выхода. Это означает, что выходное напряжение повышается до максимально возможного уровня, каким обычно является напряжение питания. Входное напряжение в компараторе может быть подано как на инвертирующий, так и на неинвертирующий входной зажим. На Рис. 1 представлены два основных варианта схем компаратора. На Рис. 1А входное напряжение Ein подается на инвертирующий зажим. Неинвертирующий зажим, обозначеннный Eref, заземлен. Поскольку он заземлен, на него подается 0 В. Этот 0 В служит опорным уровнем для любого напряжения, подаваемого на инвертирующий зажим. Входное напряжение в схеме, представленной на Рис. 1В, подается на неинвертирующий зажим. Инвертирующий зажим заземлен, и 0 В на нем служит опорным уровнем для входных напряжений, подаваемых на неинвертирующий зажим. В обоих случаях напряжение питания составляет +/- 15 В.

Рис. 1. Схемы компараторов

Пиковые детекторы предназначены для измерения максимального за некоторый отрезок времени значения сигнала.

Пиковые детекторы могут работать в двух различных режимах -- режиме слежения и режиме хранения. В режиме слежения входной сигнал больше ранее запомненного пикового значения, и выходное напряжение детектора соответствует входному до тех пор, пока входное напряжение не начнет снижаться. В этот момент устройство переходит в режим хранения, в котором будет оставаться до тех пор, пока входное напряжение вновь не превысит ранее достигнутого уровня.

Пока входной сигнал меньше ранее сохраненного значения, на выходе компаратора А присутствует низкий уровень, и УВХ находится в режиме хранения. Если входной сигнал становится больше ранее сохраненной величины, на выходе компаратора появляется высокий уровень, и УВХ переключается в режим выборки. В результате УВХ отслеживает входной сигнал до момента окончания его роста. Для увеличения помехоустойчивости можно предусмотреть небольшой (несколько милливольт) гистерезис переключения компаратора.

компаратор усилитель пиковый дифференциатор

2. Идеализированная схема дифференциатора на операционном усилителе и её проблемы

Дифференциатор -- это устройство, выходное напряжение которого пропорционально скорости изменения сигнала на входе. Дифференциатор можно рассматривать как ФВЧ первого порядка, в котором используется участок характеристики с наклоном 20 дБ/декада.

Дифференциатор на рис. 2 состоит из резистора R2, конденсатора С1 и ОУ. Изменения входного напряжения вызывают протекание тока через конденсатор С1, этот ток должен течь также через резистор R2. За счет большого внутреннего коэффициента усиления ОУ его инвертирующий вход является виртуальной землей, поэтому выходное напряжение ОУ оказывается пропорциональным скорости изменения входного напряжения.

Рис. 2

Практическая реализация дифференцирующей схемы, показанной на рис. 2, сопряжена со значительными трудностями по следующим причинам:

- во-первых, схема имеет чисто ёмкостное входное сопротивление, которое в случае, если источником входного сигнала является другой операционный усилитель, может вызвать его неустойчивость;

- во-вторых, дифференцирование в области высоких частот приводит к значительному усилению составляющих высоких частот, что ухудшает соотношение сигнал/шум;

- в-третьих, в этой схеме в петле обратной связи ОУ оказывается включенным инерционное звено первого порядка, создающее в области высоких частот запаздывание по фазе до 90о:

Оно суммируется с фазовым запаздыванием операционного усилителя, которое может составлять или даже превышать 90о, в результате чего схема становится неустойчивой.

Устранить эти недостатки позволяет включение последовательно с конденсатором дополнительного резистора R1. Следует отметить, что введение такой коррекции практически не уменьшает диапазона рабочих частот схемы дифференцирования, т.к. на высоких частотах из-за снижения усиления в цепи обратной связи она все равно работает неудовлетворительно. Величину R1С (и, следовательно, ноль передаточной функции RС цепи) целесообразно выбирать так, чтобы на частоте f1 усиление петли обратной связи составляло 1.

Размещено на Allbest.ru