Назначение, параметры

Компараторы являются простейшими аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), т.е. устройствами, преобразующими непрерывный сигнал в дискретный. Они предназначены для сравнения входного сигнала с опорным. При этом в зависимости от того, больше входной сигнал опорного или меньше, на выходе компаратора за минимальное время должно установиться напряжение логической «1» или логического «0».

Выходные напряжения компаратора согласуются с ТТЛ, ТЛЭС или КМОП схемами.

Основными параметрами компараторов наряду с параметрами, характеризующими ОУ, являются чувствительность (точность, с которой различаются входные сигналы и опорное напряжения), быстродействие (характеризуемое временем переключения t_п), нагрузочная способность.

Время t_п — это промежуток от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение достигает порога срабатывания логической схемы. При измерении этого параметра на один вход подается постоянное напряжение перегрузки, равное 100мВ, а на другой — перепад напряжения той же полярности, но большей амплитуды. Время t_п отсчитывается с момента, когда импульсное напряжение сравняется с постоянным напряжением (его часто называют напряжением перегруза). Напряжение U₁ (рис. 7.1) называется напряжением восстановления. Обычно U₁ = 5 мВ.

Время t_п можно разбить на две составляющие: время задержки t_з и время нарастания t_н до порога срабатывания логической схемы. Можно в качестве компаратора использовать обычный ОУ без ОС. Однако независимо от быстродействия (широкополосности) последних трудно получить время t_п меньше 1 мкс, причем основной вклад в t_п будет давать задержка. Это объясняется тем, что в режиме перегрузки (нормальном для компаратора), как правило, насыщаются транзисторы усилительных каскадов ОУ. Поэтому после снятия перегрузки требуется значительное время для рассасывания накопленного в базах транзисторов заряда. Это является основной причиной разработки специализированных интегральных компараторов напряжения со временем переключения менее 100 нс. В этих компараторах предусмотрены специальные меры, обеспечивающие быстрый выход усилительных каскадов из режима насыщения.

Кроме того, в отличие от ОУ выходной сигнал компаратора обычно изменяется в пределах, позволяющих производить непосредственное управление логическими интегральными схемами. Компараторы могут иметь дополнительные стробирующие входы, изменяя потенциал которых, можно включить компаратор в работу или выключить его.

Компаратор не предназначен для работы с ООС, поэтому в нем не предусмотрены цепи коррекции, устраняющие самовозбуждение. Схемы компараторов схожи со схемами ОУ, но обычно проще их.