Особенности применения полупроводниковых компараторов

Компараторы, получившие наибольшее распространение, можно разделить на четыре группы: общего применения (К521СА2, К521СА5), прецизионные (К521СА3, К597СА3), быстродействующие (К597СА1, К597СА2) и специализированные (К521СА1, К521СА4, К1121СА1, К140СА1).

К недостаткам компараторов К521СА2 и К521СА5 следует отнести недостаточно высокое быстродействие (90 и 30 нс), низкую чувствительность (около 3 мВ) и отсутствие выхода, согласованного с КМОП схемами. Для устранения последних двух недостатков можно использовать схему, показанную на рис. 7.2.

Транзисторы VT1 и VT2 образуют ДУ с ГСТ, выполненном на транзисторе VT3. чтобы ток ГСТ I_г полностью переключался из цепи VT2 в транзистор VT1 или наоборот, необходимо изменить напряжение на базе VT2 на 100 мВ. Из этого следует, что при типовом для компараторов К521СА5 и К521СА2 коэффициенте усиления, равном 10³, его чувствительность станет 0,1 мВ, что эквивалентно коэффициенту усиления 3*10⁴. Поскольку цепь VT1 и R_н управляется переключаемым внутренним током компаратора, увеличение потребляемой мощности не происходит. Сигналы на выходе компаратора и дополнительного каскада совпадают по фазе.

Выходное напряжение лог.0 будет равно U_оп-0,5 В, а лог. 1 — около ^–U_п⁺. При изменении U_вых от напряжения лог. 1 до напряжения лог. 0 время переключения будет составлять примерно 50 нс, т.е. почти не отличаться от собственного времени переключения компаратора. При обратном переключении из напряжения лог. 0 в лог. 1 время будет определяться постоянной времени t_н = R_нС_н, где С_н — емкость нагрузки. При работе компаратора на простейший КМОП элемент и U⁺_п = 9 В (R_н = 5,1 кОм) это время не превышает 100 нс. Изменяя значение U⁺_п, можно получить любой величины диапазон изменения напряжения на выходе дополнительного каскада.

В прецизионных компараторах К521СА3, К597СА3 при обработке высокочастотных входных сигналов можно устранить влияние статических ошибок введением низкочастотной ОС (рис. 7.3). Для высокочастотного входного сигнала ООС отсутствует, из-за малого сопротивления конденсатора С. Диод образует цепь заряда для конденсатора в фильтре нижних частот и уменьшает тем самым время восстановления нормального режима работы устройства.

Если к этому времени не предъявляются особые требования, то диод можно исключить. Чтобы ООС не влияла на чувствительность компаратора постоянная времени RС-цепи должна быть больше периода входного сигнала, умноженного на коэффициент усиления компаратора. Схема на рис. 7.3 с указанными номиналами элементов хорошо работает при частоте входного сигнала более 1 кГц. Схема склона к возбуждению только при работе на большую емкость нагрузки. При работе же на логический элемент схема работает устойчиво. Вводя положительную ОС можно существенно улучшить переходные характеристики компараторов (уменьшить их время переключения).