Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

Детектор нуля.

Оглавление: 22/07/20

Детектор нуля с защитой от помех.

Детектор «нуля» в резонансном контуре.

Опубликовано: 21/11/15


В параллельный колебательном контуре присутствуют гармонические колебания на частоте
резонанса при снятии питания с контура схемой управления. Это можно видеть при
моделировании схемы в LTspice — красный луч. При открытии транзистора колебания ослабляются. При
его закрытии в контуре возникают колебания на частоте резонанса.

Загрузить файл проекта LTSpice.


Ниже приводится полная LTSpice эмуляция вывода и поддержания резонанса в параллельном
колебательном контуре. Библиотеки
LTSpice серии 74HCT можно загрузить по данной ссылке.

Загрузить файл проекта LTSpice.


В рассматриваемой схеме использован детектор нуля основанный на диодах и логической микросхеме «исключающее или»
— 74HCT02. На диод подаётся плюс питания. При уменьшении амплитуды напряжения на стоке транзистора от максимума
к нулю, диод открывается и через него начинает течь ток. Рост тока через диод приводит к падению напряжения на
входе логической микросхемы 74HCT02, на выходе микросхемы образуется логическая единица, которая перебрасывает
D-триггер в противоположное состояние. Слева на право. Таймер и D-Триггер за ним в схеме от незнания основ
схемотехники. Идея этой связки в том, что после начала генерации сигналы на выходе двух триггеров сбрасываются.
На практике это не работает.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Схема запускается после нескольких попыток подачи питания.


Принципиально важен порядок переключения транзисторов. После опредедения нуля необходимо открыть закрытый транзистор,
после этого закрывать противоположный, открытый транзистор. Видимо это специфика поступления энергии в параллельный
колебательный контур


Привёденная схема детектора нуля работает как в эмуляторе, так и в практических реализациях. Детектор нуля хорошо работает
на частотах 25-50кГц. В чём проблема использования детектора нуля на более высоких и низких частотах? Первое это диод.
Диоды начинают закрываться или открываться начиная с 0,7V для кремниевых и 0,3V для германиевых диодов. Очередную погрешность
в определение нуля вносят цифровые микросхемы для которых логический ноль это уровень напряжения до 2V.
Ниже приведены графики синусоид для разных амплитуд сигналов.


На графиках видно насколько различается время срабатывания транзисторных ключей в зависимости
от амплитуды исходного сигнала. То же относится и к частотам. При выборе схемы детектора нуля
пренебрегать данным фактом не следует. В рассмотриваемой схеме, на частотах от 80кГц, ключи
начинают срабатывать позже настолько, что делают эффективность работы неприемлемой. Это проявляется
в значительном увеличении нагрева транзисторов. То же самое относится и к компараторам с любыми видами
обратной связи.


Точки максимумов и минимумов амплитуд токов или напряжений являются не только условием эффективной
работы ключей, но и точками через которые энергия поступает в колебательный контур.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ


Каких либо схем и описаний позволяющих решить проблему предварительнго определения нуля на данный момент
найти не удалось. Интересными показались две схемы. Первая это патент US6920220.pdf

Загрузить файл проекта LTSpice.


Идея состоит в том, что анализируемый сигнал (красный луч) сдвигается по фазе относительно исходного и
уже по этому сигналу работает определение нуля.

Детектор нуля на генераторе с внешней синхронизацией.

Опубликовано: 06/12/15


Ниже приводится схема детектора нуля опубликованная на сайте
listbb.ru
Это генератор на триггере Шмитта с внешней синхронизацией от датчика тока. В случае
если сигнал с трансформатора тока отсутствует, схема начинает работать как генератор сигналов на
заданной частоте, которую можно подстраивать резистором R1.

Загрузить файл проекта LTSpice.


На практике схема не отрабатывает определение нуля при изменении частоты внешней синхронизации,
что неизбежно в схемах с индукционным нагревом.

Загрузить файлы проектов DipTrace.


Проявив упорство, подстраивая резистор, задающий частоту генератора на sn74hc14n, можно добиться впечатляющих результатов:

Полярное питание на LM78XX/LM79XX.

Опубликовано: 20/12/15


Для LM7812/LM7912 использован трансформатор AC 2*15V, для LM7805/LM7905 трансформатор AC 2*9V Фазы обмоток должны совпадать.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ
Схема не впечатлила. В случае расхождений выходных напряжений обмоток трансформаторов, минусовое напряжение значительно уходит
от граничного значения стабилизатора напряжения.

Загрузить файлы DipTrace.




Обязательно следует делать схему с возможностью некоторой регулировки выходного, постоянного
напряжения, в силу расхождений выходного напряжения трансформаторов. Трансформатор по
переменному току не должен превышать более чем на три вольта выходное напряжение стабилизатора.
Конденсаторы ёмкостью в 3300мкф каждый — этого мало.

Схемы питания.

Детектор нуля. Исключающее «или» на компараторе.

Опубликовано: 22/12/15

Загрузить проект LTSpice.

Загрузить файлы DipTrace.


На практике всё упростилось. Подбором резистора, 100k по схеме, можно подобрать режим, чтобы компаратор формировал короткие
импульсы при переходах через нуль как в эмуляторе. Но работа схемы не стабильна. Возможно это специфика компаратора.


Переменный резисиор в 1k — деталь абсолютно лишняя. Переменный резисторв в 100k явный перебор, хватит и пятидесяти.

Осциллограмма работы на частоте в 30кГц.


Схему со счетов сбрасывать не стоит, работает стабильно. В положительной части синусоиды можно подстраивать длительность
прямоугольного импульса в широких пределах. Для раннего определения нуля можно попытаться «развернуть» по фазе трансформатор
тока на 180 градусов.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

Детектор нуля. Фильтр автоматичсекой подстройки частоты.

Опубликовано: 08/01/16


В интеренет часто даются ссылки на Кухтецкого Сергея Владимировича и его схемы индукционного нагрева, использующего в качестве
фильтра автоматической настройки частоты микросхему CD4046:
Способы подстройки частоты лабораторного инвертора.


Так взять и повторить? Это не мультивибратор, тут нужно и правда знать что Вы делаете. Нужно либо стать спецом и понимать
что происходит в схемах, либо чтобы кто-то руководил. Но понять при этом до конца всё равно не выйдет. Вот потому в инете очень
много схем вроде работающих, а оно не получается. Потому как схемы сырые. Один сделал — заработало но Вы не знаете его уровня по
силовой электронике. Он выложил — люди повторяют так как есть, не учитывают много факторов. И у них бабах, в лучшем случае просто
не работает. Это все не спроста. Тут как бы, мягко говоря, идет Тесла бизнес. Поэтому добиться работающего с пояснениями — только
разве что книжки читать многотомные. И все самому начинать понимать, да и описать сложно все это. Поэтому тут на шарика не прокатит.
Либо Вы разбираетесь полностью, погружаетесь с головой, либо вас ктото ведет. Ну или вы просто везунчик.

Детектор нуля на компараторе ad9696kn. Инвертирующий вход.

Опубликовано: 10/01/16


Собрано две схемы. Минус питания компаратора организован на микросхеме
IСL7660
Допускаю, лучше обойтись без IСL7660.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Встречно параллельные диоды в схему не впаяны.




Cхема в формате diptrace по ссылке: c3.zip. Схема и разводка платы связаны. Вносить измения необходимо
в DipTrace Schematic. Затем в PCB Layout выполнить File -> Renew Design from Schematic -> By Components.




Подстроечным резистором можно добиться точного определения нуля компаратором. При этом второй фронт
запаздывает на 500ns на частоте 64кГц и 200ns на частоте 108 кГц. Практически идеальное определение нуля
на частоте 2мГц. После 2Мгц триггер шмитта портит фронт выходного сигнала.


Стоит обратить внимание на фронты выходного сигнала. Триггер шмитта sn74hc14n призван
корректировать незначительные изменения амплитуды входного сигнала. Этого не происходит. Если учесть,
что синусоида идёт с генератора, сигнал чистый, можно предположить, ничего хорошего в реальной схеме
от данного детектора ждать не стоит. Если на вход схемы подавать меандр с генератора, сигнал на выходе
триггера шмитта чистый.


В схему впаяны диоды шоттки 1n5819, включены встречно-параллельно. Диоды ограничили амплитуду
сигнала на входе компаратора до 1V. Качество фронтов на выходе триггера шмитта по прежнему
оставляет желать лучшего.

Детектор нуля на компараторе. Неинвертирующий вход.

Опубликовано: 11/01/16




Схема с сигналом на неинвертирующем входе работает на частотах до 1мГц.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Cхема и
печатная плата в diptrace по ссылке: c2.zip.






  • Первая схема, с исходным сигналом на инвертирующем входе, более удачна, работает на частотах более 2мГц.


  • Триггер шмитта sn74hc14n не убирает ВЧ помехи исходного сигнала. Выход — поставить менее быстродействующий
    компаратор или составить схему устраняющую ложные срабатывания, которые присущи триггеру шмитта.


  • На осциллограммах показано, как частота влияет на раннее определение нуля компаратором в зависимости от
    частоты. Разброс 900 до 200 ns.


Стоит учитывать замечания Кухтецкого С.В. по конструированию трансформатора тока.

Фильтр автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) на 74HCT4046N (CD4046).

Опубликовано: 15/01/16



Первое недоразумение возникло при использовании триггера шмитта SN74HC14. При подаче меандра на вход 5 триггера с генератора
на его выходе постоянное напряжение +5V. После добавления резисторов 10K, как указано ниже, и подачи меандра с генератора амлитудой в 6V на вход
COMP_IN, триггер шмитта заработал должным образом.

Очередная проблема возникла при попытке понять как работает 4046. На два входа COMP_IN и SIG_IN подавались одинаковые
сигналы с двух каналов генератора. На выходе ожидался аналогичный сигнал.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Ожидание закончилось через несколько дней, после того, как сигнал с
выхода VCO_OUT был подключен ко входу SIG_IN. Параллельно данный сигнал необходимо подавать и на вход силового блока, где происходит необходимая
инверсия входного сиганла (включение транзистора) с возможностью задержки по переднему фронту до 1,2мкс.




Параметры резисторов обвязки 4046 взяты из схемы Кухтецкого С.В. Данная схема более или менее держит частоту от 100 до 150 кГц.


Если убрать сигнал со входа SIG_IN, работа микросхемы, после возвращения его восстанавливается только при выключении питания.



Схема ФАПЧ на 74HCT4046.

Опубликовано: 20/01/16


На фотографии показано. Если контур вне резонанса, то ток (синий луч) с трансформатора тока отстаёт от напряжения (желтый луч).




Если генератором подобрать резонансную частоту, то ток и напряжение (синий и желтый лучи) совпадут. Колебательный контур находится в резонансе.




В этом и состоит задача. Научить 4046 определять и генерировать (синтезировать) ту частоту, на которой ток и напряжение совпадут.
Каких либо описаний нет, поэтому за основу для рассмотрения и последующей реализации взята схема
индукционного нагрева.


Основой микросхемы 4046 является Генератор Управляемый Напряжением (ГУН/VCO). Это значит, при изменении напряжения на входе VCO_IN/9
будет меняться частота на выходе VCO_OUT/4. В простейшем случае, это может быть переменный резистор.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ


На вход 4046 подаются два сигнала, имеющих форму меандра, оба положительны. Первый, детектируемый (входной) сигнал, подаётся с датчика
тока на SIG_IN/14 Второй — опорный, с которым происходит сравнение.


  • Опорный сигнал формируется алгоритмом детектора фаз микросхемы и подаётся с выхода VCO_OUT/4 на вход COMP_IN/3. Дополнительно, сигнал с VCO_OUT/4
    управляет силовыми ключами, тем самым меандр на входе COMP_IN/3 отражает изменение напряжения в колебательном контуре.


  • После ряда итераций, устанавливается частота при которой выходной сигнал VCO_OUT/4 (напряжение) будет повторять форму детектируемого
    SIG_IN/14 (тока). Ток и напряжение совпадут, колебательный контур будет выведен в резонанс.


Резонансная частота колебательного контура может меняться, например в системах индукционного нагрева. В этом случае, 4046 автоматически
произведёт автоматическую подстройку частоты.


Алгоритмы сравнения определяется выбором компаратора, которых в модификации 4046А три. Их различает алгоритм сравнения сигналов и формирование
на выходе каждого из компараторов, своей формы сигнала, которые отражают меру рассогласования фаз на входе COMP_IN/3 и SIG_IN/14.


Для описания логики работы компараторов стоит обратиться к документации 74HCT4046A.
Ниже приведена схема работы первого компаратора PC1_OUT.


Из диаграммы следует.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ На вход 4046 компаратора должны подаваться сигналы меандра. На вход COMP_IN/3 должен подаваться сигнал с генератора
VCO_OUT/4. На выходе данного компаратора PC1_OUT/2 результирующий сигнал сложения двух входных сигналов по алгоритму исключающего или.


  • Согласно базовой концепции микросхемы 4046 между выходом используемого компаратора и входом генератора управляющего напряжением
    (ГУН/VCO) обязательно должен быть внешний фильтр низких частот .


  • В зависимости от сигналов рассогласования, который определяется выбором компаратора, необходимо правильно подбирать и расчитывать
    фильтр низких частот (LPF).


Для алгоритма «исключающего или» рекомендован активный фильтр низких частот с инвертирующим входом.

The Integrating Amplifier.


Получить представление о работе активного фильтра, который использован в схеме индукционного нагрева
можно в эмуляторе LTspice. Дополнительная информация о настройках LTSpice: LTspice_Tutorial_1.pdf

Загрузить файл проекта LTSpice.


Компаратор II часто используется в интернет разработках, в основном неправильно. Алгоритм формирования
сигналов рассогласования на выходе запускается положительными перепадами входных импульсов. Если входной сигнал отстаёт от опорного,
то выходное напряжение компаратора будет находиться на низком уровне. Если наоборот, опорный сигнал отстаёт от входного, то выходное
напряжение будет на высоком уровне.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Высокий или низкий уровень сигнала на выходе будет удерживаться без изменения до тех
пор, пока существует разность фаз. Поэтому уравнивание фазы требует некоторого времени.


Худшим вариантом фильтра низкой частоты который преобразует сигнал разницы фаз второго компаратора в управляющее напряжение для ГУН является RC цепочка.


Более оптимальным и простым в реализации является фильтр на основе повторителя напряжения
LM310 или Lead Lag loop фильтр.


Прочие варианты фильтров и аргументацию их испоользования можно найти в
лабораторной работе и стрнаницах книг по настройкам
ФАПЧ серии 4046.

Схема и настройка ФАПЧ на 74HCT4046.

Опубликовано: 24/01/16


Cхема ориентирована для изучения работы 74HCT4046 в разных режимах. В схеме предусмотрены перемычки, которыми можно выбрать фазовый детектор
— «Компаратор I». Для данного фазового детектора на плате выполнена разводка активного фильтра низких частот. Для «Компоратора II» 4046,
выполнена разводка фильтра низких частот Lead Lag loop. Частотой генератора управляемого напряжением (ГУН/VCO) можно управлять с помощью
переменного резистора. Если ни один из фильтров низких частот (LPF) не устроит, к плате можно подключить внешний. Предусмотрена подстройка
диапозона рабочих частот.



Загрузить файлы проекта diptrace (схема и печатная плата).


На вход генератора управляемого напряжением (ГУН/VCO) подаётся напряжение и в зависимости от его значения генератор формирует (синтезирует)
определённую частоту.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ На входе ГУН возможно изменение напряжение от нуля до пяти вольт. Рабочий диапазон микросхемы 19мГц. Делим 19мГц/5V
получаем, что измение в один вольт должно с высокой точностью менять частоту генерации в 3.8мГц.


Определить диапозон рабочих частот обязательное требование в спецификацииях по использованию микросхем серии 4046 и её аналогов. Без задания
этого диапазона результаты работы микросхемы непредсказуемы. Чем точнее будет указан возможный диапазон, тем эффективней будет работа фильтра.
Ниже приведена типовая схема включения. Границы частотного диапазона задаются резисторами R1 и R2 и конденсатором C1


Поэтому первое, с чего следует начать проектирование — это определить диапазон частот в котором будет эксплуатироваться ФАПЧ на основе микросхем
серии 4046. В случае с индукционным нагревом оценить возможный разброс частот резонансного контура на холостом ходе и нагреве разных металлов.


Для спирального индуктора индукционной плиты определены следующие резонансные частоты. Ёмкость 0,44мкф-23,4кГц; 0,33мкф-27.2кГц; 0,165мкф-38.5кГц;
0,22 мкф-32,1кГц; 0,11мКф*39,1.1кГц. Малая ёмкость конденсаторов из-за высокой индуктивности индуктора, по той же причине незначительные измнения
в частоте при поднесении металла +-5 кГц.


Пока останавлюсь на ёмкости конденсатора 0,22мкф — частота 32.1кГц. При нагреве металла рабочая частота снизится. Центральная частотота — 30кГц.
Для номиналов определения резисторов и конденсатора необходимо обратиться к соответсвующей номограмме в описании микросхемы. Конденсатор должен
быть выбран как можно меньшей ёмкости, ближайшей к 100pf, но не менее.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Рабочее напряжение микросхемы 5V. Если центральная частота 30кГц, можно
предусмотреть уход частоты на +-10кГц. Тоесть выбирать нижнюю частоту в районе 20кГц.


Из номограммы следует, сопротивлению 150ком и ёмкости конденсатора 2,7n соответствует частота примерно 22кГц.
Надо впаять и посмотреть. Резисторы R1 и R2 временно поставить по 150k и замерить минимальную и максимальную
частоты генератора. Для этого необходимо убрать все перемычки и поочередно подать на вход ГУН/VCO плюс
питания, а затем нуль.




Нуль питания показал частоту 23,7кГц — это соответсвует номограмме. При подключении ко входу VCO пяти вольт питания с LM7805 частота ушла за восемь
мегагерц. Что не так? Через джампер JP2.1 был подключен переменный резистор 10k.Увеличение напряжения от 0V до 5V плавно изменяет частоту на выходе
генератора управляемого напряжением (ГУН/VCO). При значениях на входе более 4,98V резко растёт частота и происходит срыв генерации. Из приведенной
ниже выдержки из документации видно, что амплитуда на входе генератора управляемого напряжением должна меняться от 0,9V до 4,1V иначе происходит
резкий срыв генерации. Компаратор II начинает работу с нижней частоты и поднимается вверх, но он более помехоустойчив, так как начинает работу по
фронту импульса. Компаратор I начинает работать со средней частоты и если средняя частота будет близка к резонансной, генератор управляемый напряжением
практически сразу будет на неё настроен.


Частоты по напряжениям следующие: 0,9V-27,405кГц; 1.5V-30,0199; 2.5V-34,57кГц; 4.1V-43.69; 4.95V-64кГц (!).Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Средняя частота
(43.69кГц+27,405кГц)/2 = 35,547кГц. 35,47/кГц(4.1V-0,9V)=11,10кгц на вольт. После замены резистора R1.11 (верхняя частота)
на 300ком (допустимый максимум) верхняя граница снизилась до 38кГц, но при этом увеличилась и нижняя частота. Изменение
сопротивления любого из резисторов R1.11 или R2.12 влияет как на верхнюю так и на нижнюю частотную границу. В схему, к
выходу микросхемы R2, были впаяны переменнный резистор 100кОм и последователно ему по схеме постоянный резистор 100кОм.
Результат настроек:




Ниже приводится excel файл с расчётом lead lag фильтра низких частот. Пока неясен принцип и
критерий начальных условий — шага перестройки частоты b времени установки выходной частоты (settling time). Буду признателен за ссылки.
В остальном расчёт проведён по формулам из документации.


НазваниеФормулаРасчёт
Fmin: Минимальная частота25600
Fmax: Максимальная частота33400
Settling time: Время установления выходной частоты0,07
F step (Гц): Шаг перестройки частоты475
2FL: Fmax — Fmin7800
Nmax: Fmax/Fstep70,31578947
Kn: 1/Fmax0,014221557
Kp: Усиление компаратора 5V/(3,14*4)0,398089172
Wn: 5/Settling time (график Fig.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ 20,016985872
С2: 0,1 мКф на усмотрение пользователя0,0000001
R4 (Ом): [(Tau1+Tau2)*2*Wn*Df-1]/(Kp*Kv*Kn*C2)10609,9865
Tau2: Tau2=R4*C20,001060999
Tau1: (Tau2+Tau1)-Tau20,015924873
R3 (Ом): Tau1/C2-R4148638,7471

Загрузить расчёт в XLS.


Центральная частота, без сигнала на входе 4046 — 29,1кГц. Стабильно, без сбоев в синхронизации,
приведённый выше расчёт даёт работу схемы в границах от 27кГц до 31кГц.

Вход ГУН/VCO на частоте 27кГц

Вход ГУН/VCO на частоте 31кГц


Первое, с чего следует начать, это выбрать из таблицы коэффициент damping ratio (Eps) который определяется
чтобы damping ratio выбранной кривой был на 20% меньше overshoot и амплитуда сигнала по прошествии времени
установления выходной частоты (settling time) должна быть быть менее 5%. Точки пересечения кривых по оси
X(Wdt) = 4.5 В примере расчёта данного в докумекентации к выбрано значение Wnt по оси X = 5.
По нему определяют Wn = Wnt/settling time = 5/0.001 = 5000


Ниже преведена графическое представление сигнала и все его параметры.

Детектор нуля. Логика работы.

Опубликовано: 18/05/16


Компараторы включены в противофазе.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Первый компаратор формирует положительный фронт по росту исходного сигнала,
второй по его спаду. К выходу каждого компаратора подключен Д-Триггер. На входе данных триггера всегда плюс.


При переходе через нуль, по положительному фронту сигнала происходит переключение триггера. И на его выходе формируется плюс.
Дальнейший дребезг сигнала на выходе компаратора в районе «нуля» не влияет на триггер, ложных переключений триггера не
происходит, произошёл «захват» нуля.




В момент перехода из нулевого значения верхнего по схеме триггера формируется сигнал сброса в нулевое значение нижнего по схеме триггера и так далее.


При включении схемы случается, что на выходе верхнего и нижнего триггера одновременно устанавливается плюс, схема не работает. Данную ситуацию
отслеживает U5 (исключающее или) и в случае возникновения данной ситуации запускается генератор U7/U12, который сбрасывает оба триггера в нулевое,
начальное значение после чего отключается.




Cиловые ключи, с которыми будет работать схема, должны включаться и выключаться немногим ранее «нулевого» значений исходного сигнала. Эта возможность
показана на осциллограмме и реализуется регулировкой напряжения срабатывания каждого из компараторов.


Необходимо понять почему греется LM7805.


Схему предполагается использовать в индукционном нагреве с датчиком тока. Собран стенд. Частота переключения ключа генератором соответствует или близка
резонансной. Осциллограф сломан и даёт примерную форму сигнала, детектор вполне работоспособен.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Ложных срабатываний нет.



Детектор нуля на Д-Триггере с защитой от помех.

Опубликовано: 01/06/16


Загрузить файлы проекта в diptrace (схема и печатная плата) и эмуляция в ltspice. В архиве две версии проектов
diptrace с использованием вывода latch компаратора LT1016 и без.


Схему предполагается использовать в индукционном нагреве с датчиком тока. Отсутствуют ложные переключения после определения нуля. Индивидуальная
настройка напряжения срабатывания компаратора по напряжению позволяет предварительно определить нуль как по росту так и спаду исходного сигнала.




На входе установлен стабилизатор напряжения на пять вольт LM7805. LM7805 греется, температура на радиаторе 47 градусов. Нагрев дают компараторы.
Полярное питание компараторов формируется микросхемой IСL7660/MAX1044. После включения следует проверить наличие пяти вольт на микросхемах и -5V
на соответствующем входе питания компараторов.




В компараторах используется управляющий сигнал latch — «защелка». Когда на входе Latch появляется логическая единица, то компаратор «защелкивает»
логический уровень, который у него данный момент на выходе и сохраняет их состояние до тех пор, пока на Latch держится логическа единица. Поэтому
для начальной настройки компаратора, необходимо соеденить Latch выводы с землёй. В схеме использован компаратор LT1016.


Регулируя переменным резистором напряжения срабатывания верхнего по схеме компаратора необходимо добиться на выходе компаратора меандра.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ
Напряжение срабатывания должно быть выше нуля.




Регулируя переменным резистором напряжения срабатывания нижнего по схеме компаратора необходимо добиться на выходе компаратора меандра. Напряжение
срабатывания должно быть ниже нуля.




На фотографии ниже показаны меандры, которые сформированы компаратором включения синий луч и меандр выключения — жёлтый луч. Временным курсором
необходимо замерить и запомнить предустановленную разницу между фронтами. В данном примере это 2 микросекунды.




При включении схемы случается, что на выходе верхнего и нижнего триггера одновременно устанавливается логическая единица, схема не работает. Данную
ситуацию отслеживает U2.4 (исключающее или) и в случае возникновения данной ситуации запускается генератор U6.1/U6.2, который сбрасывает оба триггера
в нулевое, начальное значение после чего отключается. Для проверки генерации необходимо подать +5V на управляющий вход генератора U6.1.1 На фотографии
ниже показана работа данного генератора при сопротивлении 200 ом и ёмкости 6,8nf.




К выходу каждого компаратора подключен D-триггер. На входе данных триггера всегда плюс. Поэтому при переходе через нуль, по положительному фронту сигнала
CP1/CP2 с компаратора происходит переключение триггера и на его выходе так же формируется плюс. Произошёл «захват» нуля. Дальнейший дребезг сигнала на
выходе и выходе компаратора в районе «нуля» не влияет на триггер, ложных переключений триггера не происходит.


В момент перехода из нулевого значения верхнего по схеме триггера формируется сигнал сброса в нулевое значение нижнего по схеме триггера.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Сигнал сброса
подаются на входы CLR 13 и формируется логическими цепочками — U6.4. Длительность импульса задаётся резистором и конденсатором.


Переключение триггера в нулевое состояние происходит по спаду фронта сигнала сброса. Ранее указывалось время между фронтами меандров, формируемым компаратором
и равна двум микросекундам. На осциллограмме, сразу за жёлтым лучём идёт спад сигнала. Запись значения в триггер происходит по подёму фронта. Но возникает
дребезг, который приводит к преждевременному переключению триггра. В течении выполнения принудительного сброса, триггер игнорирует любые изменения фронта сигнала
записи на входах CP1 и CP2. Поэтому длительность импульса сброса обязана быть в полтора-два раза выше, подбирается подстроечным резистором и равна 4
микросекундам. Осциллограммы сигналов сброса приводятся на фотографии ниже.




Итог работы схемы. На осциллограммениже показано, что схема настроена и позволит включить и выключить силовые ключи за 700ns до фактического перехода
исходного сигнала через нуль.



Помехоустойчивый детектор нуля на мультивибраторе.

Опубликовано: 02/06/16


Загрузить файлы проекта в diptrace (схема и печатная плата) и эмуляция в ltspice.


Схему предполагается использовать в индукционном нагреве с датчиком тока. Отсутствуют ложные переключения после определения нуля. Индивидуальная настройка
напряжения срабатывания компаратора по напряжению позволяет предварительно определить нуль как по росту так и спаду исходного сигнала.




Идея использовать ждущий мультивибратор основана на том, что одновибратор генерирует импульсы напряжения при подаче на его вход запускающих сигналов от
другого источника.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ В моём случае, в роле данного источника выступает выход компаратора. Ждущий мультивибратор U2.2/U2.1 и U2.3/U2.4, используемый в
данной схеме, по спаду фронта с компаратора, должен генерировать импульс заданной длительности. Все последующие переходы через нуль (помехи, дребезг),
в течении генерации импульса мультивибратором будут проигнорированы схемотехникой мультивибратора. Сформированный мультивибратором импульс изменяет
состояние RS-триггера, который составлен из элементов «И-НЕ» U6.1 и U6.4. Формировать петлю гистерезиса при подобном подходе нет смысла.


Для получения пяти вольт используется стабилизатор LM7805. Одно из условий корректного определения нуля не только в данной схеме наличие полярного питания.
Полярное питание формируется микросхемой IСL7660/MAX1044. LM7805 греется, температура на радиаторе 47 градусов. Нагрев дают компараторы. Если решить
проблему с нагревом не удастся стоит отказаться от данной технологии формирования питания непосредственно на плате.


Начать после первоначальной сборки схемы стоит с проверки наличия питания пяти вольт на микросхемах и -5V на соответствующем входе питания компараторов.




В схеме использованы компараторы с входом latch — «защелка». Когда на входе Latch появляется логическая единица, то компаратор «защелкивает» логический
уровень, который у него в данный момент на выходе и сохраняет его состояние до тех пор, пока на Latch держится логическая единица.


Для начальной настройки компараторов, необходимо соединить Latch выводы с землёй. Нижний компаратор по схеме отвечает за момент включения силовых ключей.
Момент срабатывания данного компаратора необходимо настроить в отрицательной области напряжения.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ




Верхний компаратор отвечает за момент выключения силовых ключей. Момент срабатывания данного компаратора необходимо настроить в положительной области
напряжения исходного сигнала.




На осциллограмме, приведённой ниже, показаны сигналы снятые с выходов компараторов, настроенных по описанной методике. Временным курсором осциллографа
замеряем и запоминаем величину между фронтами. В данных настройках она составляет 1,8 микросекунд.




В отличии от схемы с детектором нуля на D-триггере использование компараторов с входом latch — «защелка» обязательна. Длительность импульса ждущего
мультивибратора настраивается подстроечными резисторами R1/R9 и установлена равной четырём микросекундам. Осциллограммы снимаются с выходов U2.1.3 и
U2.4.11. Почему столь экстравагантный сигнал показал синий луч — неизвестно.


Абсолютно важно чтобы длительность импульса мультивибратора была в полтора-два раза больше ранее измеренной временной разницы между фронтами.




Итоги работы показаны ниже. Делителями напряжения R2/R8 на входах компаратора подстраивают моменты включения и выключение силовых ключей. Увеличивая
сопротивление данного переменного резистора будет уменьшаться точность подстройки. Так например 50к разделить на 20 оборотов и 5к на 20 оборотов.




Диоды в схеме ограничивают максимум рабочего напряжения входного сигнала от минус пяти до плюс пяти вольт. Это не лучший путь. Искажается исходный сигнал
и сдвигается и его фаза.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ По этой причине была добавлена возможность проведения настроек компаратора как в положительной так и в отрицательной области
напряжений. Резистораная обвязка предполагает разные варианты подключения источника сигнала.

Помехоустойчивый детектор нуля на мультивибраторе.

Опубликовано: 09/06/16


Идея использовать ждущий мультивибратор основана на том, что одновибратор генерирует импульсы напряжения при подаче на его вход запускающих сигналов
от другого источника. В роле данного источника выступает выход компаратора. Ждущий мультивибратор U2.3/U6.2 и U2.4/U6.1, генерирует импульс заданной
длительности. Все последующие переходы через нуль (помехи, дребезг), в течении действия данного импульса будут проигнорированы схемой мультивибратора.
Сформированный мультивибратором импульс изменяет состояние RS-триггера, который составлен из двух элементов «И-НЕ» U6.3 и U6.4. Формировать петлю
гистерезиса для данной схемотехники не имеет смысла.


Использование latch входа (защёлка) компараторов оказалось непрактичным. Предыдущая схема была изменена. Функции защёлки реализованы на логических
элементах U2.2. и U2.1. Формирование полярного питание удалено с платы детектора нуля. Проблемы питания иная функциональность.




Загрузить файлы проекта в diptrace и эмуляции в ltspice.


Элементы в схеме, отмеченные звёздочкой в схему не впаяны, но возможно будут востребованы в будущем. Например делитель напряжения R3/R13 может быть
рассчитан таким образом, что схема будет контролировать разряд аккумулятора или конденсатора.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ При достижении 7 вольт, нагрузка может быть отключена
и начнётся процесс заряда.




Подготовлена и протравлена печатная плата по ЛУТ технологии. Печатная плата односторонняя. Впаяны основные элементы. Стоит до момента впайки
переменные резисторы выставить на 50 процентов.




После первоначальной сборки схемы необходимо проверить наличие питания пяти вольт на логических микросхемах и полярного питания — плюс и минус пять вольт
на компараторах. Элементы отмеченные звёздочкой в схему не впаяны, возможно потребуются в будущем.


Затем следует провести предварительную настройку напряжения срабатывания компараторов. На нижнем по схеме и верхнем на фотографии компараторе, второй
вывод, подбором переменного резистора следует установить напряжение +0,5V. На верхнем по схеме и нижнем на фотографии компараторе, третий вывод,
подбором переменного резистора необходимо установить напряжение -0,5V.




После установки в схему компараторов LT1016 или его аналогов, подать на вход синусоиду с генератора амплитудой до пяти вольт. Частоту установить в диапазоне
на котором планируется использование детектора нуля. В моём случае это 30кГц. Моменты срабатывания врхнего на фотографии компоратора должны быть в положительной
части синусоиды.




Моменты срабатывания нижнего на фотографии компоратора должны быть в отрицательной части синусоиды.




Далее устанавливаем щупы осциллографа на каждый выход компаратора. Получаем два меандра, замеряем и запоминаем время между фронтами так как это
показано на фотографии В примере это время равно двум икросекундам.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ




Мультивибратор формирует импульсы. Их длительность определяется времязадающими цепочками С6/R9 и C8/R1.




Абсолютно важно, длительность импульсов формируемых мультивибратором должна быть в полтора-два раза больше ранее рассчитанного времени между фронтами
компаратора в две микросекунды. Подбором резисторов R9 и R1 устанавливаем длительность импулься в четыре микросекунды. Верхняя граница работчего диапазона
схемы будет в районе (4+4=8мкс) 100-150кГц.




Итог работы — меандр сформированный RS триггером. На осциллографе показана возможность раннего, до момента перехода через нуль, включения
транзисторного ключа и предварительного его выключения. Момент включения и выключения подстраиваются переменными резисторами задающих момент
срабатывания компаратора.



Усиление сигнала.

Опубликовано: 23/06/16


Выше показана работа детектора нуля, которую можно признать успешной за одним, очень неприятным, «но». Детектор нуля должен обрабатывать сигналы пока
контур вне резонанса. Это значит, что сигнал трансформатора тока ограничен значениями в 50-100 милливольт. Этого уровня входного сигнала недостаточно
для срабатывания компаратора. Логично, что сигнал необходимо усилить. Для проверки собрана схема на операционном усилителе OP37G.
Загрузить файлы проекта усилителя на OP37G в diptrace можно по данной ссылке.




С коэффициентои услиения всё в порядке, но со сдвигом фазы усиленного сигнала (синий луч) относительно исходного (жёлтый луч) — стоит разобраться.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ




Вплоть до 10кГц сдвига фазы усиленного сигнала относительно исходного не наблюдаются. После 10кГц усилитель OP37 даёт неприемлемый результат.
Даже для звукового диапазона целесообразность использования OP37GP очень сомнительна.




Настроить компараторы на приемлемый уровень обработаки усиленного сигнала с учётом сдвига фазы не представляется возможным. Возможно имеет смысл
поставить более качественный операционный усилитель, либо подобрать компаратор лучшей чувствительности, либо поднять чувствительность трансформатора
тока до значений достаточных для работы компаратора.






В литературе рассматривается возможность использования операционного усилителя в качестве компаратора. Этот путь для op37 оказался абсолютно
тупиковым. Настроить совместную работу усилителей в режиме компаратора очень сложно, фронты сигнала — сюрреализм.



Op Amp basics.

Практические способы устранения неустойчивости оу.

ферритовые кольца трансформатора тока.

Опубликовано: 29/06/16


Некоторое замешательство вызвал сдвиг фаз который зависит от используемой марки сердечника трансформатора тока.
Кольца из карбонильного железа (красно-чёрное) даёт задержку фазы при
определении сигнала тока. Зелёные и синие кольца работают верно (жёлтый луч) при условии, что сигнал с кольца
трансформатора тока из карбонильного (синий луч) ошибочен.




Так же карбонильное железо неприемлемо в качестве индуктора на низких частотах в 50кГц.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Ток потребления раз в десять выше нормы.




Использования феррита в трансформаторе тока даёт задержку сигнала. Это значит, что определение нуля, основанное на информации с датчика тока,
неверно. Надо обеспечить предварительное определение нуля или строить схему подбора частоты по максимальной амплитуде сигнала с датчика тока.

Логарифмический усилитель на операционном усилителе.

Опубликовано: 12/07/16


Амплитуда сигнала с трансформатора тока, в случае если колебательный контур вне резонанса — 50 милливольт. После вывода колебательного
контура в резонанс амплитуда врзрастает и достигает значений более 200 милливольт. Решить проблему разброса амплитуды сигналов должен
логарифмический усилитель. У логарифмического усилителя выходной сигнал пропорционален логарифму входного сигнала. Коэффициент усиления
меняется по логарифмическому и минимален при максимумах входного сигнала. Логарифмическое изменение коэффициента усиления дают диоды
(диод), которые включены в цепь обратной связи.


Загрузить файлы проекта diptrace и эмуляции LTSpice.








Вырисовывается следующая схема определения нуля. Первым в цепи — логарифмический усилитель, затем схема регулирующая сдвиг фазы и детектор нуля
на компараторе. Возможны варианты.



Логарифмический усилитель на операционном усилителе.

Опубликовано: 21/07/16


Первым в цепи — логарифмический усилитель, затем схема регулирующая сдвиг фазы (без инверсии)
и детектор нуля на компараторе.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Проверяемый операционном усилитель — op37g для частот
более 10кГц — слёзы. Настроить можно, но время тратить смысла нет.




Загрузить файлы проекта diptrace и эмуляция LTSpice.

Тестирование детектора нуля и ФАПЧ 4046.

Опубликовано: 07/06/16



Детектор нуля с трансформатора тока.



Детектор нуля с витка связи.



Подключена схема на 4046.



Что-то, похожее на правду.



Копилка.

Опубликовано: 13/09/15

Оглавление.

Опубликовано: 22/07/20

4.3.2. Детектор пересечения нуля

Компаратор
можно использовать для преобразования
гармонических колебаний в симметричные
прямоугольные. Такое преобразование
может выполнить схема, называемая
нуль-органом,
или детектором пересечения нуля. На
Рис. 7 представлена схема нуль-органа
на компараторе с однополярным питанием
и выходом с открытым коллектором.

Рис.
7. Схема нуль-органа

Делитель
напряжения R4,
R5
устанавливает
опорное напряжение V1
на
неинвертирующем входе. Если выбрать R1
+
R2
= R5
(при
R3=
R4),
то условие переключения компаратора
Vx
=
V2
будет удовлетворено при VIN
= 0 . Сопротивление резистора положительной
обратной связи R6
выбирается
очень большим по сравнению с R5
(R6
= 2000R5),
для того, чтобы гистерезис переходной
характеристики компаратора был малым,
обычно AV1
<
10 мВ.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ В то же время наличие даже столь
малого гистерезиса заметно ускоряет
переключение компаратора. Диод VD
включен
для того, чтобы потенциал инвертирующего
входа компаратора никогда не опускался
ниже -0.1 В. При отрицательном напряжении
на входе диод смещается в прямом
направлении. Тогда напряжение в точке
соединения резисторов R1
и
R2
приблизительно будет равно -0.7 В.

Сравнение
напряжений противоположной полярности

Схема
компаратора, приведенная на Рис. 8,
сравнивает абсолютные величины двух
напряжений, имеющих противоположные
полярности.

Рис.
8 Схема сравнения абсолютных величин

напряжений,
имеющих противоположные полярности

Схема
сравнения абсолютных величин напряжений,
имеющих противоположные полярности
Результирующее напряжение Vn
на
инвертирующем входе компаратора
определяется cоотношением

что
при Rt
= R2
дает Vn
=
(Vin1
+
Vin2)/2.

Транзистор
VT
в
диодном включении защищает вход
компаратора от отрицательных
перенапряжений, что требуется в случае,
если компаратор имеет однополярное
питание. Если необходимо, небольшой
гистерезис переходной характеристики
компаратора может быть получен методами,
рассмотренными выше. Выходное напряжение
схемы принимает высокий уровень (Vout
=
Vs)
в том случае, если положительное
напряжение по абсолютной величине
меньше отрицательного.

Мультивибраторы

Автоколебательный
мультивибратор

На
Рис. 9а представлена схема генератора
прямоугольных сигналов (мультивибратора)
на компараторе с однополярным питанием
и выходом с открытым коллектором,
использующая минимум компонентов.

Рис.
9. Простейший автоколебательный
мультивибратор.

а

схема, б
— временные
диаграммы

Выходная
частота определяется постоянной времени
RtCt,
а ширина петли гистерезиса устанавливается
отношением сопротивлений резисторов
R1
R2
и К3.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Считаем, что Rc<<R3.
Максимальная частота ограничена только
задержкой переключения компаратора и
емкостью нагрузки, которая снижает
скорость нарастания выходного напряжения.

При
анализе этой схемы предположим, что в
первый момент после включения напряжения
питания Vs,
конденсатор Ct
разряжен, а выходное напряжение имеет
высокий уровень (напомним, что для этого
необходимо, чтобы напряжение на
инвертирующем входе было бы равно или
меньше, чем на неинвертирующем). Напряжение
на неинвертирующем входе Vp
в таком случае равно

Если
Ri
=
R2
= R3,
тогда

Когда
конденсатор Q зарядится через резистор
Rt
до
напряжения, равного Кь выход компаратора
переключится. При 0 значение Vp
уменьшится
до величины

.
(4.6)

Конденсатор
Ct
теперь
начнет разряжаться. Когда напряжение
на конденсаторе уменьшится до значения,
равного К2, напряжения на выходе
компаратора и на неинвертирующем входе
вернутся к прежним значениям VOUT
=
VS
; Vp
= V1)
и весь цикл повторится снова. Для
приведенной схемы при условии R1
=
R2
=
R3

и учитывая, что времена заряда и разряда
Ct
в
установившемся режиме примерно равны
(t1
=
t2
~
0.57), можно найти период колебаний Т
из
уравнения

Решение
этого уравнения относительно Т
с
учетом того, что V1
= 2V2,
имеет вид

Т
=
1.388
RtСt
(4.8)

Компаратор фазы сигнала тахогенератора с полым немагнитным ротором | Микросхема

Множество фазочувствительных схем применяется в различных областях электроники. Фазовая автоподстройка частоты применяется в приемниках радиосигналов для получения информации из частотно модулированного сигнала.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ В устройствах хранения информации, находящейся на дисках или лентах, фазовая автоподстройка частоты управляет скоростью считывания данных в соответствии с изменяющейся скоростью перемещения магнитного или лазерного носителя. Схемы фазочувствительных выпрямителей содержат источники питания с повышенным коэффициентом полезного действия. В измерительной технике фазочувствительные схемы участвуют в формировании интервалов времени, измерении фазовых параметров трансформаторов, фильтров, усилителей. Фазочувствительные схемы находят широкое применение в системах управления, работающих в условиях высокого уровня помех. В системах автоматического регулирования для повышения точности и помехозащищенности применяются датчики с представлением измеряемого значения в виде фазы. Такой датчик работает совместно с фазочувствительной схемой.

Работа фазочувствительной схемы основана на сравнении двух сигналов, один из них входной изменяющийся, подвергающийся исследованию, а второй опорный, относительно которого измеряется изменение фазы входного сигнала.

Важное требование, предъявляемое к фазочувствительной схеме, это минимальное искажение входного сигнала. Входной сигнал в большинстве случаев используется в других схемах модуля, в состав которого входит фазочувствительная схема. Для снижения влияния на входной сигнал опорный сигнал должен быть от него гальванически изолирован. Например, если проводится анализ разности фаз между двумя обмотками трансформатора, обеспечивающего гальваническую развязку сигналов, поступающих на различные обмотки, то важно не потерять гальваническую развязку при подключения фазочувствительной схемы.

Выходной сигнал фазочувствительной схемы содержит информацию о разности фаз анализируемого и опорного сигналов. Под разностью фаз понимают временной интервал между соответствующими элементами периодических сигналов с одинаковыми или близкими частотами.

Входной сигнал запаздывает по сравнения с опорным сигналом:

Входной сигнал опережает опорный сигнал:

Одними из соответствующих элементов сигналов могут быть прохождения сигнала через нулевое значение.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Фаза отсчитывается от прохождения через нулевое значение первого колебания и до соответствующего элемента второго колебания. У сигналов с частотной и фазовой модуляцией следует говорить о мгновенном сдвиге фаз на данном отрезке времени. Разность фаз можно отсчитывать во временных или угловых единицах. При описании аналоговых сигналов употребляют угловые единицы, для описания разности фаз цифровых сигналов используют временные единицы.

Входной и опорный сигналы находятся в фазе:

Входной и опорный сигналы находятся в противофазе:

Если соответствующие элементы двух сигналов полностью совпадают друг с другом, то такие сигналы принято называть находящимися в фазе. Если минимумы одного сигнала совпадают с максимумами другого сигнала, говорят, что сигналы находятся в противофазе.

Одним из самых простых случаев использования фазочувствительной схемы это анализ двух совпадающих по частоте сигналов, находятся они в фазе или в противофазе. Для этого разработана схема компаратора фазы, на выходе которого формируется логический сигнал несущий один бит информации.

Схема компаратора фазы

Схема входит в состав модуля обработки сигнала тахогенератора с полым немагнитным ротором. Модуль, в состав которого входит схема компаратора фазы, использует для своей работы свойство тахогенератора менять фазу выходного сигнала относительно фазы напряжения питающего обмотку возбуждения тахогенератора при смене направления вращения. Одним из типов тахогенераторов, направление вращения, которого можно определить с помощью рассматриваемой схемы это AT-503. При одном направлении вращения фазы напряжения на обмотке возбуждения и выходной обмотке совпадают, при другом направлении вращения фазы противоположны. Напряжение на обмотке возбуждения используется как опорный сигнал. Компаратор фазы рассчитан на работу с сигналами частотой до 500 Гц.

Схема компаратора фазы:

Описание работы схемы компаратора фазы

Компаратор фазы состоит из двух похожих схем детекторов нуля на микросхемах DA2 и DA4, один детектор обрабатывает опорный сигнал, другой обрабатывает входной сигнал.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Схемы детекторов нуля гальванически не связаны друг с другом. Опорный сигнал поступает на контакты VOZ и VOZ2. Напряжение опорного сигнала может быть величиной от 30 до 130 вольт и может меняться в широких пределах во время работы компаратора фазы без ущерба характеристикам схемы. Делитель напряжения на резисторах R1 и R2 снижает опорное напряжение в два раза. Из конденсатора С1, микросхемы DA2, резисторов R3…R8 и диодов VD1 и VD2 собран чувствительный детектор нуля, обрабатывающий опорный сигнал. Преобразователь напряжения DA1 обеспечивает гальваническую развязку детекторов нуля по питанию и дополнительную стабилизацию напряжения питания. Выход микросхемы DA2 управляет работой светодиода оптореле, а режим работы светодиода задан стабилизатором тока VD3. Применение стабилизатора тока в цепи питания светодиода позволяет сократить шумы вносимые в фронт сигнала при смене состояния оптореле и тем самым снизить количество ненужных импульсов с выхода компаратора фазы при смене фазы входного сигнала.

Входной сигнал уровнем от милливольт до 30 вольт с выхода тахогенератора поступает на контакты “DA Th2” и “DA Th3” и далее через делитель на резисторах R9, R10 на вход операционного усилителя DA4. Усиленный сигнал поступает на второй чувствительный детектор нуля через конденсатор С10. Нагрузкой микросхемы DA5 второго детектора нуля является резистор R19. С выходов оптореле и микросхемы DA5 поступают логические сигналы на входы элемента сложения по модулю два DD1. В зависимости от соотношения сигналов на входах компаратора фазы на выходе, на контакте F будет логическая единица или логический нуль.

Два сигнала, поступающих на вход компаратора фазы никогда не могут идеально совпадать друг с другом по фазе. Сигналы не могут иметь точный сдвиг 180 градусов. Небольшое отличие соотношения фаз, от состояний “в фазе” или “в противофазе” будет выражаться в очень коротких импульсах на выходе компаратора фазы вместо продолжительных сигналов в виде логической единицы или нуля.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Для ликвидации этого ненужного явления к выходу элемента DD1 подключен конденсатор С12, благодаря которому очень короткие импульсы сглаживаются до незначительной величины. Для снижения помех по питанию в схему введены конденсаторы С2…С9. Напряжение питания схемы + 5 вольт.

Компоненты схемы компаратора

Конденсаторы ± 10%

С1

1,5 пФ 50В

C2…C4

0,68 мкФ 50В

С5

33 мкФ 50 B

С6

0,68 мкФ 50 B

C7…C9

33 мкФ 50 B

С10

0,47 мкФ 50 B

С11

1,5 пФ 50В

С12

22 мкФ 50 B

Резисторы ± 5%

R1, R2, R3

10 кОм

R4

4,3 кОм

R5

10 MОм

R6, R7

4,3 кОм

R8

4,7 MОм

R9

620 кОм

R10, R11

62 кОм

R12

22 кОм

R13

62 кОм

R14

4,3 кОм

R15

10 МОм

R16, R17

4,3 кОм

R18

4,7 МОм

R19

4,3 кОм

R20

4,7 МОм

DA1

Преобразователь напряжения RNM-0505S ф.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Recom

DA2

Микросхема МС3302Р ф. ON Semiconductor

DA3

Оптореле 249КП10АР

DA4

Микросхема OP213FP ф. Analog Devices

DA5

Микросхема МС3302Р

DD1

Микросхема 1564ЛП5

VD1, VD2

Диод КД522Б

VD3

Стабилизатор тока Е-153 ф. Semitec

VD4, VD5

Диод КД522Б

Вместо дефицитного ограничителя тока E-153 можно применить резистор 510 Ом.

При необходимости использовать компаратор фазы с опорным сигналом другого напряжения следует пересмотреть делитель напряжения, состоящий из резисторов R1 и R2.

Автор Денисов П.К., [email protected], Симферополь.

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: компаратор, полезно собрать

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Прием посылки из нескольких байт через USART МК ATMEGA168
Расчет количества витков в катушке

The virtual drink — LiveJournal

Такая вот схема, назначение которой понять сразу трудно. Ответ ниже.

В качестве датчиков положения ротора двигателя ЭПУ G-2021 используются индуктивные датчики. Принцип прост: возле магнита ротора расположены катушки с ферромагнитными сердечниками. Эти сердечники подмагничены с помощью постоянного магнита.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Когда мимо катушек проходят полюса магнита ротора, величина магнитной индукции в сердечниках то увеличивается, то уменьшается. В результате меняется магнитная проницаемость сердечников и индуктивность обмоток датчика.

Чтобы преобразовать изменение индуктивности в сигнал положения ротора, катушки датчика включены в LR-делители напряжения, которые запитываются от генератора частотой примерно 50 кГц. При изменении индуктивности будет меняться амплитуда напряжения в средней точке делителя. Остается только это напряжение выпрямить.

В оригинальной схеме выпрямление осуществлялось с помощью германиевых диодов, чтобы уменьшить нелинейность в области малых сигналов. На современном этапе можно сделать прецизионный активный выпрямитель на ОУ, где нелинейность полупроводниковых диодов полностью компенсируется. Таких схем полно, но они довольно громоздкие, особенно двухполупериодные. А с однополупериодной схемой средневыпрямленное напряжение оказывается гораздо ниже амплитудного. Терять в уровне сигнала не хочется, чтобы не получить повышенное влияние помех, которых достаточно в силовой схеме управления двигателем.

Когда форма сигнала синусоидальная, не имеет значения, какой делать выпрямитель: пикового, среднего или среднеквадратичного значения. Для синуса все эти значения связаны постоянными коэфициентами: 1.000, 0.637 и 0.707. Вообще говоря, это справедливо для сигнала любой известной формы, только коэффициенты будут другие. Вот когда форма сигнала может меняться — тогда всё сложнее.

Здесь лучше всего применить пиковое детектирование, тогда выходной сигнал детектора будет наибольшим — близким к амплитудному значению. Детекторы характеризуются двумя постоянными времени: временем интегрирования (прямого хода) и временем разрядки (обратного хода). Для пикового детектора время интегрирования должно быть равно нулю, что на практике недостижимо. Реальные пиковые детекторы являются квазипиковыми. Простейшие диодные детекторы чаще всего тоже являются квазипиковыми, так как постоянная времени цепи зарядки фильтрующей емкости намного меньше постоянной времени разрядки.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Пиковый детектор можно построить и на ОУ, где будет компенсироваться нелинейность полупроводникового диода, таких схем достаточно.

Вообще говоря, в схеме детектора диод не обязателен. Вместо него может использоваться любой другой элемент с односторонней проводимостью. При построении пикового детектора мой взгляд пал на компаратор. У него выходной каскад может обеспечивать ток только одного направления, сам компаратор обладает высоким быстродействием и способностью быстро выходить из состояния насыщения. То, что нужно!

Принцип действия схемы, приведенной в начале поста, прост. Для отрицательной полуволны входного напряжения схема будет работать как усилитель, коэффициент усиления которого задан делителем обратной связи (на схеме примерно 10). Конденсатор будет быстро заряжаться входным током компаратора, а выходное напряжение будет практически повторять входное. Но как только напряжение на входе станет выше выходного (с учетом коэффициента усиления, разумеется), компаратор попытается поднять выходное, но сделать это не сможет — у него ведь не двухтактный выходной каскад. Он уйдет в насыщение, выходной транзистор закроется. Емкость будет медленно разряжаться через делитель обратной связи, номиналы которого задают время обратного хода детектора. Как только напряжение на входе снова снизится, конденсатор снова подзарядится.

Схема детектора получилась очень простой и дешевой, единственный недостаток — она выдает на выходе отрицательное выпрямленное напряжение. Но в моем случае это не важно, дальше идут каскады на ОУ, можно использовать любую полярность сигнала. Подобную схему можно реализовать на ОУ, добавив на выход транзистор. Тогда можно получить любую полярность. Но чтобы тягаться с компаратором по скорости, понадобится довольно быстрый ОУ. На TL082, например, максимальная рабочая частота такого детектора в 10 раз ниже, чем на компараторе LM393 и составляет единицы кГц. К тому же, схему пришлось усложнить, добавив диод, который не позволяет ОУ входить в насыщение и заодно защищает переход БЭ транзистора от обратного пробоя.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

Возможно, перспективней было бы применить синхронное детектирование, тем более, несущую частоту генерируем сами. Фаза сигнала несколько меняется пи изменении индуктивности катушек датчика, хотя это, возможно, не так критично. Надо делать количественный анализ. Но по объему схема синхронного детектора получается больше. Если только не делать его сразу на АЦП микроконтроллера. Но это следующий шаг.

С индуктивным датчиком тоже не все так просто: столкнулся с некоторой проблемой. Даже если предположить, что значение индуктивности меняется по линейному закону в зависимости от угловой координаты ротора, как это линейное изменение индуктивности преобразовать в линейное изменение сигнала? Пока этого сделать не смог.

Компаратор — Comparator — qaz.wiki

Рисунок 1. Иллюстрация того, как работает компаратор.

В электронике , A Компаратор представляет собой устройство , которое сравнивает два напряжения или тока и выдает цифровой сигнал , указывающий , что больше. Он имеет два аналоговых входных терминалов и и один двоичный цифровой выход . Выход в идеале
V + {\ Displaystyle V _ {+} \,} V — {\ Displaystyle V _ {-} \,} V о {\ Displaystyle V _ {\ rm {o}} \,}

V о знак равно { 1 , если  V + > V — 0 , если  V + < V — {\ displaystyle V _ {\ rm {o}} = {\ begin {case} 1, & {\ mbox {if}} V _ {+}> V _ {-} \\ 0, & {\ mbox {if}} V_ {+} <V _ {-} \ end {case}}}

Компаратор состоит из специализированного дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления . Они обычно используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, например, в АЦП последовательного приближения , а также в генераторах релаксации .

Дифференциальное напряжение

Дифференциальные напряжения должны оставаться в пределах, указанных производителем. Ранние интегрированные компараторы, такие как семейство LM111, и некоторые высокоскоростные компараторы, такие как семейство LM119, требуют диапазонов дифференциальных напряжений, существенно меньших, чем напряжения источника питания (± 15 В против 36 В).Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Компараторы Rail-to-Rail допускают любые дифференциальные напряжения в пределах диапазона источника питания. При питании от биполярного (двухканального) источника питания

V S — ≤ V + , V — ≤ V S + {\ Displaystyle V_ {S -} \ leq V _ {+}, V _ {-} \ leq V_ {S +}}

или при питании от униполярного источника питания TTL / CMOS :

0 ≤ V + , V — ≤ V c c {\ displaystyle 0 \ leq V _ {+}, V _ {-} \ leq V _ {\ rm {cc}}}

Специальные компараторы типа rail-to-rail с входными pnp- транзисторами, такие как семейство LM139, позволяют входному потенциалу упасть на 0,3 В ниже отрицательной шины питания, но не позволяют ему подниматься выше положительной шины. Специальные сверхбыстрые компараторы, такие как LMH7322, позволяют входному сигналу колебаться ниже отрицательной шины и выше положительной шины, хотя и с узким запасом всего 0,2 В. Дифференциальное входное напряжение (напряжение между двумя входами) современной шины. to-rail компаратор обычно ограничивается только полным размахом подачи питания.

Компаратор напряжения операционного усилителя

Простой компаратор операционного усилителя

Операционный усилитель (ОУ) имеет хорошо сбалансированный разностный вход и очень высокий коэффициент усиления . Это соответствует характеристикам компараторов и может быть заменено в приложениях с низкими требованиями к производительности.

Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше. Компараторы часто используются, например, для проверки того, достиг ли вход некоторого заранее определенного значения. В большинстве случаев компаратор реализован с использованием специальной ИС компаратора, но в качестве альтернативы можно использовать операционные усилители. На схемах компараторов и схемах операционных усилителей используются одни и те же символы.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

На рисунке 1 выше показана схема компаратора. Во-первых, обратите внимание, что в схеме не используется обратная связь. Схема усиливает разницу напряжений между Vin и VREF, и выводит результат на Vout. Если Vin больше VREF, тогда напряжение на Vout повысится до положительного уровня насыщения; то есть к напряжению на положительной стороне. Если Vin ниже VREF, то Vout упадет до своего отрицательного уровня насыщения, равного напряжению на отрицательной стороне.

На практике эту схему можно улучшить, включив диапазон напряжения гистерезиса, чтобы снизить ее чувствительность к шуму. Например, схема, показанная на Рисунке 1, будет обеспечивать стабильную работу, даже если сигнал Vin несколько зашумлен.

Это происходит из-за разницы в характеристиках операционного усилителя и компаратора, поэтому использование операционного усилителя в качестве компаратора имеет ряд недостатков по сравнению с использованием специального компаратора.

  1. Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью. Следовательно, операционный усилитель обычно имеет длительное время восстановления после насыщения. Почти все операционные усилители имеют внутренний компенсационный конденсатор, который накладывает ограничения на скорость нарастания для высокочастотных сигналов. Следовательно, операционный усилитель создает неаккуратный компаратор с задержками распространения, которые могут достигать десятков микросекунд.
  2. Поскольку операционные усилители не имеют внутреннего гистерезиса, внешняя сеть гистерезиса всегда необходима для медленных входных сигналов.
  3. Характеристики тока покоя операционного усилителя действительны только при активной обратной связи. Некоторые операционные усилители показывают повышенный ток покоя, когда входы не равны.
  4. Компаратор предназначен для создания хорошо ограниченных выходных напряжений, которые легко взаимодействуют с цифровой логикой.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Совместимость с цифровой логикой должна быть проверена при использовании операционного усилителя в качестве компаратора.
  5. Некоторые многосекционные операционные усилители могут демонстрировать экстремальное взаимодействие канал-канал при использовании в качестве компараторов.
  6. Многие операционные усилители имеют встречные диоды между входами. Входы операционных усилителей обычно следуют друг за другом, так что это нормально. Но входы компаратора обычно не совпадают. Диоды могут вызвать неожиданный ток через входы.

Работающий

Выделенный компаратор напряжения обычно будет быстрее , чем операционный усилитель общего назначения , используемый в качестве компаратора, и может также содержать дополнительные функции , такие как точное, внутреннее опорное напряжение, регулируемый гистерезис , и тактовый закрытый вход.

Специальная микросхема компаратора напряжения, такая как LM339, предназначена для взаимодействия с цифровым логическим интерфейсом ( TTL или CMOS ). Выход представляет собой двоичное состояние, которое часто используется для передачи сигналов реального мира в цифровые схемы (см. Аналого-цифровой преобразователь ). Если на пути прохождения сигнала присутствует источник постоянного напряжения, например, от регулируемого по постоянному току устройства, компаратор является просто эквивалентом каскада усилителей. Когда напряжения почти равны, выходное напряжение не будет попадать на один из логических уровней, поэтому аналоговые сигналы попадут в цифровую область с непредсказуемыми результатами. Чтобы сделать этот диапазон как можно меньше, каскад усилителей имеет высокое усиление. Схема состоит в основном из биполярных транзисторов . Для очень высоких частот входное сопротивление каскадов низкое. Это уменьшает насыщение медленных биполярных транзисторов с большим PN переходом , что в противном случае привело бы к длительному времени восстановления. Небольшие быстрые диоды Шоттки , подобные тем, которые используются в схемах с двоичной логикой, значительно улучшают производительность, хотя производительность по-прежнему отстает от схем с усилителями, использующими аналоговые сигналы.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Скорость нарастания не имеет значения для этих устройств. Для приложений во флэш-АЦП сигнал, распределенный по восьми портам, соответствует усилению по напряжению и току после каждого усилителя, а резисторы в этом случае действуют как устройства сдвига уровня.

LM339 выполняет это с помощью выхода с открытым коллектором . Когда на инвертирующем входе напряжение выше, чем на неинвертирующем входе, выход компаратора подключается к отрицательному источнику питания. Когда неинвертирующий вход выше, чем инвертирующий вход, выход «плавающий» (имеет очень высокое сопротивление относительно земли). Коэффициент усиления операционного усилителя как компаратора определяется этим уравнением V (выход) = V (вход)

Основные характеристики

Хотя базовую задачу компаратора понять легко, то есть сравнение двух напряжений или токов, при выборе подходящего компаратора необходимо учитывать несколько параметров:

Скорость и мощность

Хотя в целом компараторы «быстрые», их схемы не защищены от классического компромисса между скоростью и мощностью. В высокоскоростных компараторах используются транзисторы с большим соотношением сторон экрана и, следовательно, они потребляют больше энергии. В зависимости от приложения выберите либо высокоскоростной компаратор, либо энергосберегающий. Например, компараторы с нано-питанием в компактных корпусах в масштабе микросхемы (UCSP), DFN или SC70, такие как MAX9027 , LTC1540 , LPV7215 , MAX9060 и MCP6541 , идеально подходят для портативных приложений со сверхмалым энергопотреблением. Аналогично, если компаратор необходим для реализации схемы релаксационного генератора для создания высокоскоростного тактового сигнала, тогда могут быть подходящими компараторы, имеющие задержку распространения в несколько наносекунд. ADCMP572 (выход CML), LMH7220 (выход LVDS), MAX999 (выход CMOS / выход TTL), LT1719 (выход CMOS / выход TTL), MAX9010 (выход TTL) и MAX9601 (выход PECL) являются примерами некоторых хороших высокоскоростных компараторов.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ .

Гистерезис

Компаратор обычно меняет свое выходное состояние, когда напряжение между его входами пересекает примерно ноль вольт. Небольшие колебания напряжения из-за шума, всегда присутствующего на входах, могут вызвать нежелательные быстрые изменения между двумя состояниями выхода, когда разница входного напряжения близка к нулю. Чтобы предотвратить такие колебания на выходе, во многие современные компараторы встроен небольшой гистерезис в несколько милливольт. Например, LTC6702 , MAX9021 и MAX9031 имеют внутренний гистерезис , снижающий их чувствительность к входному шуму. Вместо одной точки переключения гистерезис вводит две: одну для повышающихся напряжений и одну для падающих напряжений. Разница между значением отключения верхнего уровня (VTRIP +) и значением отключения нижнего уровня (VTRIP-) равна напряжению гистерезиса (VHYST).

Если компаратор не имеет внутреннего гистерезиса или если входной шум превышает внутренний гистерезис, то можно построить внешнюю гистерезисную сеть, используя положительную обратную связь от выхода к неинвертирующему входу компаратора. Результирующая схема триггера Шмитта обеспечивает дополнительную помехоустойчивость и более чистый выходной сигнал. Некоторые компараторы, такие как LMP7300 , LTC1540 , MAX931 , MAX971 и ADCMP341, также обеспечивают управление гистерезисом через отдельный вывод гистерезиса. Эти компараторы позволяют добавлять программируемый гистерезис без обратной связи или сложных уравнений. Использование специального вывода гистерезиса также удобно при высоком импедансе источника, поскольку входы изолированы от цепи гистерезиса. Когда добавляется гистерезис, компаратор не может разрешить сигналы в пределах диапазона гистерезиса.

Тип выхода

Компаратор с КМОП-синхронизацией с низким энергопотреблением

Поскольку компараторы имеют только два выходных состояния, их выходы либо близки к нулю, либо близки к напряжению питания.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Биполярные компараторы Rail-to-Rail имеют выход с общим эмиттером, который создает небольшое падение напряжения между выходом и каждой шиной. Это падение равно напряжению между коллектором и эмиттером насыщенного транзистора. Когда выходные токи малы, выходные напряжения КМОП-компараторов Rail-to-Rail, которые основаны на насыщенном MOSFET, находятся в диапазоне ближе к напряжениям шины, чем их биполярные аналоги.

По выходам компараторы также могут быть классифицированы как с открытым стоком или двухтактные . В компараторах с выходным каскадом с открытым стоком используется внешний подтягивающий резистор к положительному источнику питания, который определяет высокий логический уровень. Компараторы с открытым стоком больше подходят для систем смешанного напряжения. Поскольку выход имеет высокий импеданс для высокого логического уровня, компараторы с открытым стоком также могут использоваться для подключения нескольких компараторов к одной шине. Двухтактный выход не требует подтягивающего резистора и может также истощать ток, в отличие от выхода с открытым стоком.

Внутренняя ссылка

Наиболее частое применение компараторов — это сравнение напряжения и стабильного задания. Большинство производители компаратора также предлагают компараторы , в котором опорное напряжение интегрировано на чип. Сочетание ссылки и компаратора в одном чипе не только экономит пространство, но и потребляет меньше , чем ток питания компаратора с внешней ссылкой. ИС с широким диапазоном ссылок имеются такие , как MAX9062 (200 мВ ссылка), LT6700 (400 мВ опорного), ADCMP350 (600 мВ опорного), MAX9025 (1,236 опорного напряжения), MAX9040 (2,048 опорного напряжения), TLV3012 (1,24 V ссылки ) и TSM109 ссылка В (2.5).

Непрерывный против тактового

Непрерывный компаратор будет выводить либо «1», либо «0» каждый раз, когда на его вход подается высокий или низкий сигнал, и будет быстро меняться при обновлении входов.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Однако во многих приложениях выходы компаратора требуются только в определенных случаях, например, в аналого-цифровых преобразователях и памяти. Путем стробирования компаратора только через определенные интервалы можно достичь более высокой точности и меньшей мощности с тактовой (или динамической) структурой компаратора, также называемой компаратором с фиксацией. Часто компараторы с фиксацией используют сильную положительную обратную связь для «фазы регенерации», когда тактовый сигнал высокий, и имеют «фазу сброса», когда тактовый сигнал низкий. В этом заключается отличие от компаратора непрерывного действия, который может использовать только слабую положительную обратную связь, поскольку период сброса отсутствует.

Приложения

Нулевые детекторы

Детектор нуля определяет, когда заданное значение равно нулю. Компараторы идеально подходят для сравнительных измерений с обнаружением нуля, поскольку они эквивалентны усилителю с очень высоким коэффициентом усиления с хорошо сбалансированными входами и контролируемыми пределами выхода. Схема детектора нуля сравнивает два входных напряжения: неизвестное напряжение и опорное напряжение, обычно упоминаются как об у и об г . Опорное напряжение, как правило , на неинвертирующий вход (+), в то время как неизвестно напряжение, как правило , на инвертирующий входе (-). (На принципиальной схеме входы будут отображаться в соответствии с их знаком относительно выхода, когда один вход больше другого.) Если входы почти не равны (см. Ниже), выход будет либо положительным, либо отрицательным, например ± 12 В. в случае нуль — детектора целью является обнаружение , когда входные напряжения почти равны, что дает значение неизвестного напряжения , поскольку опорное напряжение известно.

При использовании компаратора в качестве детектора нуля точность ограничена; выходной сигнал равен нулю, когда величина разности напряжений, умноженная на коэффициент усиления усилителя, находится в пределах напряжения.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Например, если коэффициент усиления равен 10 6 , а пределы напряжения составляют ± 6 В, то выходной сигнал будет равен нулю, если разность напряжений меньше 6 мкВ. Это можно назвать фундаментальной погрешностью измерения.

Детекторы перехода через ноль

Для этого типа детектора компаратор обнаруживает каждый раз, когда импульс переменного тока меняет полярность. Выход компаратора меняет состояние каждый раз, когда импульс меняет свою полярность, то есть выход HI (высокий) для положительного импульса и LO (низкий) для отрицательного импульса квадратирует входной сигнал.

Осциллятор релаксации

Компаратор можно использовать для создания релаксационного генератора . Он использует как положительные, так и отрицательные отзывы. Положительная обратная связь представляет собой конфигурацию триггера Шмитта . Сам по себе триггер — это бистабильный мультивибратор . Однако медленная отрицательная обратная связь, добавляемая к триггеру цепью RC, заставляет цепь автоматически колебаться. То есть добавление RC-цепи превращает гистерезисный бистабильный мультивибратор в нестабильный мультивибратор .

Переключатель уровня

National Semiconductor LM393

Для этой схемы требуется только один компаратор с выходом с открытым стоком, как в LM393 , TLV3011 или MAX9028 . Схема обеспечивает большую гибкость в выборе напряжения для преобразования с использованием подходящего напряжения подтяжки. Он также позволяет преобразовывать биполярную логику ± 5 В в униполярную логику 3 В с помощью компаратора, такого как MAX972 .

Аналого-цифровые преобразователи

Когда компаратор выполняет функцию определения того, находится ли входное напряжение выше или ниже заданного порога, он, по сути, выполняет 1-битное квантование . Эта функция используется почти во всех аналого-цифровых преобразователях (таких как флэш , конвейер, последовательное приближение , дельта-сигма модуляция , сворачивание, интерполяция, двойной наклон и другие) в сочетании с другими устройствами для достижения многобитового квантования.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

Детекторы окон

Компараторы также могут использоваться как детекторы окон. В оконном детекторе компаратор используется для сравнения двух напряжений и определения, находится ли данное входное напряжение ниже или выше напряжения.

Детекторы абсолютного значения

Компараторы могут использоваться для создания детекторов абсолютных значений. В детекторе абсолютного значения два компаратора и цифровой логический вентиль используются для сравнения абсолютных значений двух напряжений.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

Простой детектор перегрузки по току с быстрым временем срабатывания — Компоненты и технологии

Простой детектор перегрузки по току с быстрым временем срабатывания

Представленная здесь схема — простой быстродействующий детектор перегрузки по току для защиты низковольтных приложений. В отличие от узкоспециализированных контроллеров «горячей замены» (hot-swap), которые дают большую задержку при пуске, вызванную «подсадкой» напряжения, настоящая схема обеспечивает защиту спустя уже 150 мкс после изменения напряжения питания на входе выше 2,7 В. Она также располагает средством ограничения пускового тока во время включения электропитания благодаря хорошему значению предельного напряжения затвора на внешнем p-канальном ключе.

На рис. 1 представлена полная схема детектора перегрузки по току с фиксацией. После подачи питания, напряжение на выходе компаратора COUT близко к нулю. Неинвертирующая буферная схема, образованная Q2 и Q3, гарантирует, что затвор Q1 мощного МОП-транзистора с каналом р-типа, с очень низким сопротивлением в открытом состоянии и низкой отсечкой, выполнен высококачественно. Результирующий ток на нагрузку измеряется с помощью токочувствительного усилителя, который преобразует небольшое напряжение на токочувствительном резисторе RSENSE в масштабированное выходное напряжение относительно «земли» на контакте OUT. Это напряжение, пропорциональное току нагрузки, далее масштабируется на входе неинвертирующего компаратора с фиксацией состояния.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

Рис. 1. Интегрированные токочувствительный усилитель, компаратор с фиксированным состоянием и источник опорного напряжения образуют быстродействующую низковольтную схему защиты от перегрузки по току

Когда ток нагрузки превысит пороговое напряжение в узле R1–R2, компаратор изменит состояние, вызывая рост выходного напряжения с помощью R3. Когда разность потенциалов между затвором и истоком падает ниже пороговой величины затвора, p-канальный МОП-транзистор отключается. Неинвертирующая буферная схема Q2–Q3 обеспечивает поступление достаточного зарядного и разрядного тока на и с затвора Q1, в результате происходит быстрое переключение.

Выбор компонентов

Контроллер

Для быстродействующей схемы детектора перегрузки по току выбран контроллер MAX4373, который может работать от источника питания 3,3 В. MAX4373 включает все элементы, необходимые для получения такой схемы: детектор синфазного дифференциального напряжения, источник опорного напряжения и компаратор с защелкой с сигналом сброса (активный уровень — низкий). Задержка при включении обычно составляет 500 мкс, если использовать VCC, и задержка на прохождение сигнала через компаратор обычно составляет 4 мкс.

Токочувствительный резистор

При выборе значения чувствительного резистора для обеспечения оптимальной точности усиления (обычно от 1 до 1,5%), падение напряжения при номинальном токе должно быть в диапазоне от 75 мВ до 100 мВ для диапазонов усиления 20 и 50 (версии _T и _F контроллера MAX4373).

Важно учитывать также динамический диапазон выходного сигнала. Необходимо подгонять номинальное выходное напряжение (соответствующее соотношению рабочего тока/тока обнаружения) до напряжения, равного половине напряжения питания. Обратите внимание, что максимальное выходное напряжения VOUT на 250 мВ ниже напряжения питания при VCC. Таким образом, при VCC = +3,3 В, номинальное напряжение VOUT должно примерно составлять 1,4 В.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ В данном примере контроллер MAX4373 с усилением, равным 20 (версия_T) подходит при напряжении срабатывания 70 мВ.

При токе срабатывания 15 A в данном приложении, RSENSE = 4,6 мОм дают 70 мВ VSENSE. Необходимо выбрать из стандартного ряда ближайшую величину к 4,7 мОм. Допуск для Tyco-Meggitt RL73H составляет ±1% (суффикс F).

Пороговый ток

Настроив усилитель обнаружения тока, необходимо настроить компаратор так, чтобы обеспечить коммутирующее выходное напряжение, подходящее для выключения последовательного переключателя питания. Резистивный делитель напряжения соединяет выход усилителя тока с положительным входом компаратора. Для переключения положительное напряжение на входе компаратора должно превышать внутренне установленное номинальное пороговое напряжение 600 мВ (разброс от 580 мВ до 618 мВ).

Ток через R1 и R2 должен быть больше 150 нA и меньше 500 мкA при номинальном выходном напряжении токочувствительного усилителя. Выход компаратора потребляет 1 мA с максимальным напряжением насыщения 600 мВ. Сопротивление R3, нагрузочного резистора в цепи затвора, рассчитывается с помощью следующей зависимости:

Выключатель питания

Внешний МОП-транзистор с каналом р-типа выбран таким, у которого основные характеристики—пиковый ток, сопротивление в открытом состоянии и напряжение затворастрого соответствуют конструкции. Сопротивление в открытом состоянии должно выбираться таким, чтобы падение напряжения при номинальном токе было примерно таким же, как токочувствительное напряжение. Эта величина создает практически одинаковое рассеяние мощности на чувствительном резисторе и МОП-транзисторе.

МОП-транзистор Si7485DP (производства Siliconix) имеет максимальное сопротивление в открытом состоянии 9 мОм при VGS = –2,5 В. Этот 20-вольтовый р-канальный транзистор был выбран благодаря своей способности действовать при низких входных напряжениях. Рассеяние в стабильном состоянии в худшем случае равно

При токе нагрузки 15 A и сопротивлении в открытом состоянии 9 мОм МОП-транзистор Si7485DP работает при температуре от 40 до 50 °C, что выше температуры окружающей среды, поэтому в конечном приложении необходим дополнительный отвод тепла.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

В этом примере характеристика заряда затвора выключателя питания составляет примерно 60 нс. Если нужно быстрое срабатывание, то эта величина выше возможностей управления R3 и выхода сигнала компаратора низкой мощности. Поэтому обязательно присутствие буферной схемы управления затвором. Как описано выше, Q2 и Q3 образуют комплементарный драйвер по схеме эмиттерного повторителя, который обеспечивает значительное усиление тока, поступающего на затвор Q1. Транзисторы выбираются с хорошим коэффициентом усиления по постоянному току, со средним током коллектора от 500 мA до 1 A. Подходяшим выбором будут Zetex FZT688B (n-p-n) и FZT788B (p-n-p), в корпусе SOT223.

Эксплуатация

Увеличение допусков

Величина действительно определяемого тока зависит от разброса параметров согласно следующему:

  • Чувствительный резистор: ±1% (TL3A).
  • Пределы чувствительного напряжения: ±0,1.
  • Допуск усиления составляет: ±5,5% max (включает усиление и погрешности ухода).
  • Допуск резистора компаратора: ±1% (R1 иR2).
  • Допуск порогового напряжения компаратора: ±3,3%.

Если игнорировать допуск чувствительного напряжения, то общий токочувствительный допуск близок к ±10,8%. Более подробно пределы можно подсчитать с помощью следующего уравнения:

Использование резисторов с допуском ±0,1% для R1 и R2 в некоторой степени снижает погрешность(примерно на ±1%), однако в конечном приложении такие дополнительные затраты могут быть неоправданными.

Переходные процессы при отключении

Основным требованием является быстрая реакция на неисправность и последующее прерывание тока. Однако электроэнергия, оставшаяся как результат распределенной индуктивности силовых проводов, может вызвать пики разрушительного напряжения. Некоторая часть этой энергии поглощается распределенной емкостью в питании нагрузки, но может понадобиться быстросрабатывающая схема фиксации перенапряжения для защиты контроллера MAX4373 от переходных напряжений с амплитудой в 28 В или выше.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ

Результаты

Токовый зонд определяет ток нагрузки на входе(VIN на рис.1). Ток нагрузки растет, пока не достигает пороговой величины и запускает схему. Время срабатывания составляет около 2 мкс (рис. 2).

Рис. 2. Результаты теста схемы на рис. 1 показывают примерное время срабатывания 2 мкс

Автор благодарит Kevin Frick за его топологию, составление и тестирование схемы, представленной на рис. 1.

Более подробную информацию запрашивайте у авторизированных дистрибьюторов www.maxim-ic.ru.

Способы временной привязки. Быстрые дискриминаторы

Способы временной привязки. Быстрые дискриминаторы

    Временная привязка (хронирование) служит для фиксации
момента регистрации события в детекторе. Различается два типа устройств,
реализующих временную привязку. Одни используют «медленные» спектрометрические
сигналы. Это временные одноканальные анализаторы. Другие, быстрые
дискриминаторы,  используют сигналы либо непосредственно от детекторов,
либо от быстрых усилителей.
    И в тех, и в других устройствах используются следующие методы
временной привязки:

  • привязка по переднему фронту импульса,
  • привязка по нулю биполярного импульса,
  • метод следящего порога и его разновидности.

    Обычно быстрые дискриминаторы это интегральные
дискриминаторы, то есть они осуществляют хронирование, если амплитуда входных
сигналов превышает установленный в них уровень. Однако производятся и быстрые
дифференциальные дискриминаторы, в которых можно устанавливать диапазон входных
амплитуд, в котором дискриминатор будет осуществлять хронирование. По сравнению
с одноканальными анализаторами, которые получают входные сигналы от
спектрометрических усилителей, амплитудная дискриминация у быстрых
дискриминаторов более грубая.
    На точность временной привязки влияют следующие факторы:
дрейф параметров аппаратуры, шумы, амплитуда и форма импульсов, статистический
разброс в ФЭУ.Детектор нуля на компараторе: 4.31. Детектор нуля для ТТЛ Что касается дрейфа параметров, который в основном определяется
температурным дрейфом, то он может оказаться критическим фактором при длительных
измерениях или при работе с аппаратурой, не вышедшей на стационарный
температурный режим. Учитывая, что современная аппаратура прогревается
достаточно быстро (обычно достаточно 0.5-1 часа), медленный температурный дрейф,
как правило, не доставляет беспокойств.
    Другие факторы, влияющие на точность временной привязки,
рассмотрим на примере быстрых дискриминаторов, использующих различные методы
хронирования.

Привязка по переднему фронту импульса

(Leading-Edge Timing)

Рис. 1. Входные и выходные импульсы в методе привязки по переднему фронту.

   Привязка по переднему фронту импульса осуществляется с помощью
порогового устройства, которое срабатывает при достижении входным сигналом
определенного уровня (уровня дискриминации). В результате генерируется
логический импульс, фиксирующий момент появления сигнала, и, соответственно,
момент регистрации события детектором (см. рис. 1). Понятно, что импульсы
большей амплитуды будут пересекать уровень дискриминации раньше, чем импульсы
меньшей амплитуды. Кроме того, дополнительную временную неопределенность вносит
зарядовая чувствительность порогового устройства. Для срабатывания порогового
устройства необходимо накопление определенного заряда, который опять же будет
быстрее накапливаться при поступлении сигналов большей амплитуды, что приводит к
дополнительному сдвигу по времени. Временная неопределенность при использовании
привязки по переднему фронту в первую очередь зависит от динамического диапазона
входных импульсов, и поэтому уровень дискриминации стараются установить как
можно ниже, но конечно выше уровня шумов. Если динамический диапазон невелик,
т.е. на вход устройства поступают сигналы приблизительно одинаковой амплитуды,
на точность временной привязки начинают сказываться другие факторы — шумы, а для
ФЭУ и статистические флуктуации количества фотоэлектронов и некоторые другие.

Рис. 2. Влияние шумов на точность временной привязки.

    На рис. 2 проиллюстрировано влияние шумов на точность
временной привязки. Если амплитуда шумов, которые налагаются на сигнал равна An,
а крутизна фронта сигнала в точке пересечения с уровнем дискриминации (dV/dt)|t=T,
то временная неопределенность, связанная с шумами будет

T
= An /(dV/dt)|t=T.
(1)

 Таким образом, если диапазон амплитуд мал, минимальная временная
неопределенность будет достигаться при уровне дискриминации, соответствующем
области максимальной крутизны фронта импульса детектора. Для сцинтилляционных
детекторов оптимум находится в диапазоне 10% — 40% амплитуды анодного импульса.
Уменьшать шумы фильтрами низких частот не имеет смысла, так как при этом
крутизна фронта обычно уменьшается быстрее, чем амплитуда шумов. Соответственно
временная неопределенность будет только расти. Таким образом, лучше всего
сохранить короткие фронты импульсов.
    Когда диапазон амплитуд велик, вместо привязки по переднему
фронту лучше использовать другие методы.
    Когда привязка по переднему фронту используется с
германиевыми детекторами, временная неопределенность сравнима со временем сбора
зарядов в детекторе, которое довольно велико и сильно варьируется.

Привязка по нулю биполярного импульса

(Crossover Timing)

Рис. 3. Биполярные импульсы разной амплитуды.

    В этом методе временная метка получается фиксацией момента
пересечения нулевого уровня биполярным сигналом. Момент пересечения нуля сигнала
почти не зависит от его амплитуды. Таким образом, устройства, использующие этот
способ временной привязки, могут работать в существенно более широком
динамическом диапазоне, чем при использовании привязки по переднему фронту.
Основным фактором, определяющим временную неопределенность, здесь являются шумы.
Шумы вносят заметный вклад во временную неопределенность при работе с
германиевыми и кремниевыми детекторами и фотодиодами. Кроме того, в этом методе
сохраняется зависимость момента пересечения нуля от формы сигнала детектора.
Однако этот недостаток может стать преимуществом. Это свойство используется,
например, в системах n-
дискриминации и режекции наложений.

Метод следящего порога

(Constant-Fraction Timing)

Рис. 4. Формирование сигналов в CF-дискриминаторе.

    Как следует из соотношения (1), для данной формы импульса,
поступающего на схему временной привязки, существует оптимальный для точности
временной привязки уровень дискриминации, когда крутизна фронта импульса
максимальна, что происходит, когда сигнал достигает определенной части
амплитуды. Этот уровень различен для импульсов разной амплитуды. Таким образом,
если для каждого импульса устанавливать свой порог, можно добиться оптимальных
результатов. Эти соображения привели к разработке метода, который в русской
литературе получило название дискриминации со следящим порогом. На самом деле
изменяется не порог, а привязка осуществляется к нулю определенным образом
сформированного биполярного импульса.
    Входной сигнал с амплитудой V распараллеливается по двум
плечам. В одном он задерживается на время td, в другом инвертируется
и ослабляется (-fV). Затем эти сигналы складываются. В результате формируется
биполярный сигнал, пересечение нуля которым служит для получения временной
отметки (см. рис.4). Коэффициент ослабления f определяет долю амплитуды
(фракцию), оптимальную для таймирования сигналов данного детектора. Время
задержки выбирается так, что

где tr — время нарастания фронта входного сигнала.
Время пересечения нуля определяется соотношением

Детекторы нулевого пересечения

Детекторы нулевого пересечения

Elliott Sound Products АН-005

(Невоспетые герои современного дизайна электроники)
Род Эллиотт (ESP)


Прил. Индекс банкнот
Основной указатель


Введение

Детекторы пересечения нуля как группа не являются хорошо изученным приложением, хотя они являются важными элементами в широком спектре продуктов.Вероятно, это ускользнуло от внимания читателей, которые смотрели на контроллер освещения или генератор косинусных импульсов Линквица (оба находятся на веб-сайте ESP), но они полагаются на детектор пересечения нуля для своей работы. То же самое и с проектом ESP Tone Burst Generator.

Детектор пересечения нуля (ZCD) буквально обнаруживает переход формы сигнала сигнала с положительного на отрицательный (и наоборот), в идеале обеспечивая узкий импульс, который точно совпадает с условием нулевого напряжения.На первый взгляд это может показаться достаточно простой задачей, но на самом деле это довольно сложно, особенно когда речь идет о высоких частотах. В этом случае даже 1 кГц начинает представлять реальную проблему, если требуется максимальная точность.

Не такой скромный компаратор играет жизненно важную роль — без него большинство прецизионных детекторов пересечения нуля не работали бы, и мы были бы без цифрового звука, ШИМ и множества других приложений, которые, возможно, воспринимаются как должное.

Если вы поищете в сети детекторы пересечения нуля, вы увидите множество схем, предлагающих почтенный µA741.Схемы будут работать, но 741 на несколько порядков медленнее, чтобы его можно было даже удаленно использовать на частотах выше 100 Гц или около того. Скорость нарастания µA741 составляет 0,5 В / мкс — это один из самых медленных операционных усилителей. Во всех случаях 741 следует заменить на что-то значительно более быстрое, например, некомпенсированный LM301 или «настоящий» компаратор. Для сравнения: операционный усилитель TL071 имеет типичную скорость нарастания единичного усиления 13 В / мкс, и даже это медленнее по сравнению с большинством компараторов (обратите внимание, что эта скорость нарастания не обязательно достигается без обратной связи).Ожидайте, что специальные компараторы будут иметь скорость нарастания не менее 100 В / мкс!

Читатель может также захотеть взглянуть на детектор пересечения нуля, описанный в статье о компараторах, который включает в себя схему, которая может очень хорошо работать со звуковыми частотами, по крайней мере, до 10 кГц. Он более сложен, чем показанные здесь, но также гораздо более универсален. Легко получить коэффициент заполнения импульса менее 2% на частоте 1 кГц. Аналогичные результаты могут быть получены от некоторых других схем, описанных здесь, при условии использования достаточно быстрого компаратора.

Идеальный детектор пересечения нуля имеет бесконечное усиление и изменяет свое выходное состояние в тот самый момент, когда входной сигнал проходит через ноль. Изменение состояния выхода должно быть мгновенным.

Само собой разумеется, что «идеал» не существует, и есть много факторов, которые влияют на конечный результат. Все устройства имеют конечное усиление (обычно около 100 дБ или более), что ограничивает предельную чувствительность к изменению напряжения на входе. Входные транзисторы схемы на основе компаратора никогда не будут идеально согласованы, поэтому нулевая точка может быть смещена на несколько (или много) милливольт.На все активные трассы действуют ограничения скорости, и нет ничего мгновенного. Выходное напряжение не может измениться от (скажем) нуля до 5 В без некоторого ограничения конечной скорости (известного как скорость нарастания). Также необходимо учитывать время реакции схемы (задержку распространения), поскольку оно определяет, насколько быстро сигнал поступает от входа к выходу. В процессе проектирования необходимо учитывать ограничения реальных схем. Хотя реальность может разочаровывать, нам приходится с этим жить.


Базовая низкочастотная схема

На рисунке 1 показан детектор пересечения нуля, который используется для генератора диммерной рампы в проекте 62. Эта схема существует (почти) всегда, и работает достаточно хорошо. Хотя у него почти нулевая погрешность по фазе, это в значительной степени связано с тем, что импульс настолько широк, что любая погрешность полностью игнорируется. Функцией компаратора выполняет транзистор Q1 — очень простой, но подходящий для работы.

Схема также чувствительна к уровню, и для приемлемых характеристик форма волны переменного тока должна иметь достаточно высокую амплитуду.Типичное значение — 12-15 В переменного тока. Если напряжение слишком низкое, ширина импульса увеличится. Показанная компоновка на самом деле дает лучшую производительность, чем версия, показанная в Project 62 и других местах в сети. Если вам интересно, R1 нужен для того, чтобы напряжение упало до нуля — паразитной емкости достаточно, чтобы схема не работала без него.

Рисунок 1 — Базовый детектор пересечения нуля 50/60 Гц

Ширина импульса этой схемы (при 50 Гц) обычно составляет около 600 мкс (0.6 мс), что звучит достаточно быстро. Проблема в том, что при 50 Гц каждый полупериод занимает всего 10 мс (8,33 мс при 60 Гц), поэтому ширина импульса составляет более 5% от общего периода. Вот почему большинство диммеров могут претендовать только на диапазон от 10% до 90% — импульс пересечения нуля длится слишком долго, чтобы обеспечить больший диапазон.

Хотя это не проблема для среднего диммера, это неприемлемо для точных приложений. Для генератора тональной посылки (косинусной посылки или «обычного» генератора тональной посылки) любая неточность приведет к тому, что коммутируемый сигнал будет содержать глитчи.Серьезность этого зависит от приложения.

Прецизионные детекторы перехода через ноль бывают самых разных топологий, одни интересны, другие нет. Один из наиболее распространенных показан в Project 58 и обычно используется для этого приложения. Логический элемент исключающее ИЛИ (или исключающее ИЛИ) является отличным детектором фронтов, как показано на рисунке 2. Время нарастания входного сигнала имеет решающее значение — если он слишком медленный, выход не будет. Общее время нарастания должно быть меньше задержки, определяемой R1 и C1 (номинально 56 нс в показанной схеме).

Рисунок 2 — Детектор края ворот эксклюзивного ИЛИ

Нет сомнений в том, что показанная выше схема более чем способна давать отличные результаты вплоть до вполне приличных частот. Верхняя частота ограничена только скоростью используемого устройства, а 74HC86 имеет задержку распространения всего 11 нс, [1] и время перехода 7 нс, поэтому возможна работа на частоте 100 кГц или выше. Можно использовать CMOS 4070, но он имеет гораздо большую задержку распространения (110 нс при питании 5 В) и время перехода (100 нс при питании 5 В).Сроки являются «типичными», как показано в таблицах данных.

Элемент XOR — это особый случай в логике. Он будет выводить «1» только тогда, когда входы разные (т. Е. Один вход должен иметь высокий логический уровень (1), а другой — низкий логический уровень (0 В). Резистор и конденсатор образуют задержку, так что при наличии фронта ( либо возрастающий, либо спадающий), задержанный вход сохраняет свое предыдущее значение в течение короткого времени. В показанном примере ширина импульса составляет 50 нс. Сигнал задерживается на время распространения самого устройства (около 11 нс), поэтому небольшая фаза была введена ошибка.Время нарастания и спада приложенного прямоугольного сигнала составляло 50 нс, и это добавляет некоторый дополнительный сдвиг фазы.

В зависимости от приложения вам потребуется изменить значения R1 и C1. Показанные значения обеспечивают очень узкий импульс (около 50 нс), но большинству схем не требуется быть такой быстрой. Длина импульса номинально равна произведению двух значений (56 нс, как показано), но эта ширина импульса слишком мала для того, чтобы некоторые осциллографы могли правильно отобразить. Для звука (примерно до 10 кГц) вы можете использовать 10 кОм для R1 и 100 пФ для C1, что дает длительность импульса 1 мкс.

В этой статье проявляется закономерность — самое большое ограничение — это скорость, даже для относительно медленных сигналов. Цифровая логика может работать на очень высоких скоростях, и мы уже достигли точки, когда сигналы больше не могут называться «1» и «0» — цифровые сигналы возвращаются в аналоговую область, особенно в радиочастотную технологию. Дорожки на печатной плате становятся линиями передачи, и их часто необходимо отключать, чтобы предотвратить серьезное искажение цифровой формы волны.

Следующая проблема, с которой мы сталкиваемся, — это преобразование входной формы волны (мы предположим, что синусоида или другая форма волны звуковой частоты) в четко определенные края, чтобы XOR мог творить чудеса.Еще один строительный блок, который очень недооценивается, — это компаратор. Хотя операционные усилители могут использоваться для работы на низкой скорости (и в зависимости от приложения), для точной оцифровки аналогового сигнала требуется экстремальная скорость. На первый взгляд может показаться, что это не так, но детектор пересечения нуля представляет собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) специального назначения. В некоторых случаях вы можете использовать некомпенсированный операционный усилитель (например, LM301) в качестве компаратора, но большинство «настоящих» компараторов значительно быстрее. LM301 использовался в качестве детектора перехода через нуль в проекте 143.


Компараторы

Компаратор, используемый для высокоскоростного детектора перехода через ноль, преобразователя ШИМ или обычного АЦП, имеет решающее значение. Низкая задержка распространения и чрезвычайно быстрая работа не только желательны, но и необходимы.

Компараторы могут быть наиболее недооцененным и малоиспользуемым монолитным линейным компонентом. Это досадно, потому что компараторы — одни из самых гибких и
доступны универсально применимые компоненты. В значительной степени отсутствие распознавания связано с операционным усилителем IC, универсальность которого позволяет ему доминировать над аналоговым.
мир дизайна.Компараторы часто воспринимаются как устройства, грубо выражающие аналоговые сигналы в цифровой форме — 1-битный аналого-цифровой преобразователь. Строго говоря,
эта точка зрения верна. Это также расточительно ограничивает свои взгляды. Компараторы не «просто сравнивают» так, как операционные усилители не «просто усиливают».
[2]

Приведенная выше цитата из Linear Technology была настолько идеальной, что мне просто пришлось включить ее. Компараторы действительно недооценивают как строительный блок, и к ним предъявляются два основных требования… Низкое входное смещение и скорость. Для рассматриваемого приложения (детектор пересечения нуля) оба этих фактора будут определять окончательную точность схемы. Было продемонстрировано, что XOR дает точный и повторяемый импульс, но его точность зависит от точного времени, когда он «видит» переход формы волны переменного тока через ноль. Эта задача принадлежит компаратору.

Рисунок 3 — Детектор пересечения нуля компаратора

На рисунке 3 мы видим типичный компаратор, используемый для этого приложения.Выходной сигнал представляет собой прямоугольную волну, которая затем отправляется в схему, подобную той, что показана на рисунке 2. Это создаст одиночный импульс для каждого прямоугольного перехода, и это приравнивается к нулевым переходам входного сигнала. Для этого приложения предполагается, что форма входного сигнала привязана к нулю вольт, поэтому колебания одинаково выше и ниже нуля. Если входное напряжение выходит за пределы допустимого входного напряжения компаратора, его необходимо зафиксировать, чтобы не повредить входные транзисторы.

Обратите внимание, что большинство компараторов имеют выход с открытым коллектором, и выходной контакт должен быть подключен к положительному источнику питания с подходящим резистором.Это показано на рисунке 3, где R2 подключен к + Vcc. В большинстве случаев подтягивающий резистор (как он известен) может подключаться к более высокому или более низкому напряжению, чем питание компаратора, что позволяет ему действовать как переключатель уровня. В некоторых случаях выход может использоваться для активации реле при условии, что ток реле находится в пределах номинальных значений IC.

Рисунок 4 — Ошибка синхронизации компаратора

На рис. 4 показано, как компаратор может испортить наш сигнал, вызывая смещение перехода во времени, тем самым вызывая ошибку.Значимость ошибки полностью зависит от наших ожиданий — например, нет смысла пытаться получить ошибку менее 10 нс для диммера лампы 50/60 Гц.

Компаратор LM339, который использовался для моделирования, является базовым, сравнительно низкоскоростным типом, и с указанным временем отклика 300 нс он слишком медленный, чтобы его можно было использовать в этом приложении. Это значительно усугубляется задержкой распространения, которая (при моделировании) составляет 1,5 мкс. В общем, чем ниже рассеиваемая мощность компаратора, тем он будет медленнее, хотя современные технологии ИС в некоторой степени преодолевают это.Другой вариант — LM393, который очень похож.

Вы можете видеть, что пересечение нуля синусоиды (показано зеленым) происходит задолго до перехода выхода (красный) — положения курсора установлены для точного пересечения нуля каждого сигнала. Переход на выходе начинается, когда вход проходит через ноль, но из-за задержек устройства переход на выходе происходит почти на 5 мкс позже. Большая часть этой задержки вызвана довольно неторопливым темпом изменения выходного сигнала — в данном случае около 5 мкс для общего размаха 7 В от пика к пику.Это дает нам скорость нарастания 1,4 В / мкс, что бесполезно для всего, что выше 100 Гц или около того.

Одним из критических факторов компаратора является его напряжение питания. В идеале оно должно быть как можно более низким, обычно не более ± 5 В. Чем выше напряжение питания, тем дальше должно колебаться выходное напряжение, чтобы перейти от максимального отрицательного к максимальному положительному и наоборот. Хотя скорость нарастания 100 В / мкс может показаться высокой, она может быть слишком медленной для точного АЦП, широтно-импульсного модулятора или высокочастотного детектора перехода через нуль.

При 100 В / мкс и общем напряжении питания 10 В (± 5 В) потребуется 0,1 мкс (100 нс) для переключения выхода из одного крайнего положения в другое. Чтобы это стало реальностью, необходимо, чтобы скорость нарастания составляла 1 кВ / мкс, что дает время перехода 10 нс. Из рисунка 3 видно, что даже в этом случае имеется дополнительная ошибка синхронизации в 5 нс — небольшая и на самом деле, вероятно, настолько хороша, насколько мы можем ожидать.

Проблема в том, что выход даже не начинает изменяться, пока входное напряжение не пройдет через контрольную точку (обычно землю).Если есть какая-либо задержка, вызванная ограничением скорости нарастания («время перехода») и задержкой распространения, то к тому времени, когда выходное напряжение проходит через ноль вольт, это уже опаздывает на много наносекунд. Возможны чрезвычайно высокие скорости нарастания напряжения, и в Reference 2 подробно описан компаратор (LT1016), который работает быстрее, чем инвертор TTL! На таких скоростях важна очень тщательная компоновка платы и внимание к обходу, иначе производительность будет хуже, чем плачевная.

В то время как детекторы перехода через нуль, предназначенные для управления фазой сети (120 В, 60 Гц / 230 В, 50 Гц), довольно просты, когда вы работаете с более высокими частотами (включая аудио), требование высокой скорости становится императивом.Естественно, любое значительное увеличение скорости также означает более дорогую деталь, и при разводке печатной платы требуется гораздо больше внимания, чем требуется для большего количества компараторов для пешеходов.


Использование приемника дифференциальной линии

Эта версия предоставлена ​​Джоном Роулендом [3] и представляет собой очень умное использование существующей ИС для совершенно новых целей. DS3486 — это четырехканальный дифференциальный линейный приемник RS-422 / RS-423. Хотя он работает только от одного источника питания 5 В, микросхема может принимать входной сигнал до ± 25 В без повреждений — однако это абсолютный максимум, а рекомендуемое входное напряжение составляет ± 7 В.Он также довольно быстрый, с типичным указанным временем распространения 19 нс и внутренним гистерезисом 140 мВ.

Рисунок 5 — Базовый детектор пересечения нуля с использованием DS3486

Общая схема показана на рисунке 5. В ИС используются два компаратора: один определяет, когда входное напряжение является положительным, а другой — отрицательным (относительно земли / земли). Логический элемент ИЛИ-НЕ может производить выходной сигнал только в течение короткого периода, когда оба выхода компаратора имеют низкий уровень (т. Е.близкий к потенциалу земли).

Однако тесты показывают, что два дифференциальных канала приемника не переключаются точно при 0,00 В. В типичном устройстве DS3486 положительный детектор переключается примерно при 0,015 В, а отрицательный детектор переключается примерно при -0,010 В. Это приводит к асимметричной зоне нечувствительности 25 мВ около 0 В. Добавление резисторов, как показано на рисунке 6, позволяет уменьшить зону нечувствительности и (что, возможно, более важно для некоторых приложений) сделать ее симметричной.

Рисунок 6 — Модифицированный детектор пересечения нуля для получения истинного обнаружения 0 В

Хотя показаны постоянные резисторы, обычно необходимо использовать подстроечные резисторы.Это позволяет варьировать между отдельными компараторами — даже в одном и том же корпусе. Это необходимо, потому что DS3486 предназначен для переключения только с напряжениями не более ± 200 мВ. Типичное напряжение составляет 70 мВ (ровно половина напряжения гистерезиса), но это не гарантированный параметр.

Действительно, Джон Роуленд (первоначальный разработчик схемы) сказал мне, что в схеме действительно работают только устройства National Semiconductor — предположительно идентичные ИС других производителей отказывались работать.Цитирую …

Мы провели некоторое тестирование с «эквивалентными» деталями других производителей и обнаружили совсем другое поведение в области, близкой к нулю. Некоторые детали имеют большой гистерезис,
у некоторых их нет, пороги обнаружения варьируются от устройства к устройству, и на самом деле даже в квадрокоптере, таком как DS3486, они различаются от канала к каналу в пределах
тот же пакет. В конце концов мы остановились на National DS3486 с некоторыми добавленными резисторами на его входных контактах, как показано на рисунке 6. Самая последняя версия схемы.
использует подстроечные резисторы, 100 Ом на положительном детекторе и 200 Ом на отрицательном детекторе.Эти значения позволяют нам обрезать почти каждый DS3486, чтобы сбалансировать порог шума.
в диапазоне от +/- 5 мВ до +/- 15 мВ. Иногда мы получаем DS3486, который не обнаруживает в этом диапазоне. Иногда мы обнаруживаем, что как положительный, так и отрицательный детекторы
отключаются на той же стороне (полярности) нуля, в таком случае мы вытаскиваем эту микросхему и заменяем ее.

Дополнительные резисторы позволяют регулировать пороги обнаружения, чтобы сбалансировать область обнаружения около 0 В. Резистор между контактом 1 и землей делает положительный порог детектора более положительным.Резистор от входа к выводу 7 заставляет отрицательный порог детектора становиться более отрицательным. Типичные значения показаны для обнаружения ± 25 мВ с использованием деталей DS3486 компании National. На самом деле подстроечные регуляторы необходимы для внутрисхемной регулировки.


Напряжение сети ZCD

Есть бесчисленное множество способов сделать детектор пересечения нуля в сети. Во многих случаях самая простая схема будет наиболее подходящей по разным причинам. Самая распространенная причина — стоимость: для схем с более высокими характеристиками требуется больше деталей, а это увеличивает не только стоимость деталей, но и площадь печатной платы, необходимую для их размещения.При питании чего-либо от сети последовательные резисторы должны быть физически больше, чем их номинальная мощность, из-за больших градиентов напряжения на них. Добавление дополнительных деталей просто означает, что схема занимает больше места, и это может быть неудобно.

Две схемы, показанные ниже, являются примерами простой (но со сравнительно высокой рассеиваемой мощностью = потраченная впустую мощность) и более сложной, но потребляющей гораздо меньший ток из сети. Конечно, возможно множество других дизайнов, но двух показанных должно быть достаточно, чтобы вы начали.Необходимо найти баланс между стоимостью, сложностью и производительностью. Например, для диммера не требуется дорогостоящая прецизионная схема, но простая и недорогая схема не будет иметь точности, необходимой для контрольно-измерительных приборов.

Детектор перехода через ноль может использоваться для обнаружения фазовых аномалий или даже как детектор «потери переменного тока». Если вход переменного тока прерывается, выходной импульс будет намного длиннее номинальной 1 мс, и это легко улавливается микроконтроллером или другой схемой.Можно использовать схему, показанную на Рисунке 7 или 8, с той разницей, что выходной сигнал, показанный на Рисунке 7, просто останется низким в случае отказа переменного тока. Если он остается низким более 2 мс или около того, это означает, что нет переменного тока.

Если ваше приложение использует обычный источник питания трансформатора с железным сердечником, вы можете использовать детектор пересечения нуля, как показано в разделе управления мощностью LX-800, части контроллера сценического освещения, который был опубликован еще в 2001 году. безопасный и эффективный вариант, его нельзя использовать, если ваша схема использует импульсный источник питания, потому что форма сигнала сети недоступна.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. В описанных ниже цепях используется проводка от сети, и в некоторых юрисдикциях работа или строительство сети может быть незаконным.
оборудование с питанием, если оно не имеет соответствующей квалификации. Электробезопасность имеет решающее значение, и вся проводка должна выполняться в соответствии со стандартами, установленными в вашей стране. ESP не состоится
несет ответственность за любые убытки или ущерб, вызванные использованием или неправильным использованием материалов, представленных в этой статье. Если у вас нет квалификации и / или опыта работы с электричеством
электропроводки, то вы не должны пытаться построить описанную схему.Продолжая и / или строя любую из описанных схем, вы соглашаетесь с тем, что вся ответственность за убытки,
ущерб (включая телесные повреждения или смерть) принадлежит только вам. Никогда не работайте с сетевым оборудованием, когда она подключена!

В схемах ниже есть линия, обозначенная как «Изолирующий барьер». Все слева от оптопары (включая входные контакты светодиода) находится под напряжением сети и ждет, чтобы убить вас, если вы не будете осторожны. Секция печатной платы под оптопарой не должна иметь медных дорожек, и есть преимущество, если даже сам материал печатной платы будет удален, чтобы создать воздушный зазор между «токоведущими» и «безопасными» участками.Проводка под напряжением должна быть изолирована минимум на 5 мм от любой проводки, доступной пользователю (соединения с потенциометрами, входными / выходными вилками или розетками и т. Д.).

Детекторы перехода через нуль сетевого напряжения широко распространены и необходимы для усовершенствованных диммеров с отсечкой фазы и многих других приложений для коммутации сети. Ниже показана простая версия, которая использовалась в проектах диммера задней кромки Project 157A и проекта 157B диммера передней кромки. Рассеяние на резисторе приемлемо (около 400 мВт на каждом резисторе, общая потраченная мощность 800 мВт), но это не точная или маломощная схема по любому определению.Показано, что два резистора ограничивают сетевой ток не из-за мощности, а из-за номинального напряжения. В идеале они должны быть типа 1 Вт, чтобы минимизировать температуру и обеспечить максимальное номинальное напряжение. Большинство резисторов имеют предел максимального напряжения, который намного ниже пикового значения 325 В от сети 230 В, а использование двух (или даже четырех) последовательно ограничивает напряжение на каждом резисторе до безопасного значения и продлевает срок службы резистора.

Рисунок 7 — Напряжение сети, изолированный детектор перехода через нуль

Ширина импульса зависит от оптопары и, в частности, от коэффициента передачи (который зависит от эффективности светодиода и коэффициента усиления транзистора).R1 и R2 должны быть уменьшены до 15 кОм для работы на 120 В. Это также можно сделать с помощью оптопары с двумя последовательно включенными светодиодами (например, SHF620A, h21AA1 или аналогичными), что устраняет необходимость в диодном мосте. Этот тип ZCD обеспечивает положительный импульс при переходе через нуль, который может быть преобразован в отрицательный, используя транзистор оптопары в качестве эмиттерного повторителя. (Нет никакой разницы в передаточном отношении только потому, что положение транзистора изменилось.)

Как показано, пиковый ток светодиода составляет чуть менее 5 мА, но схема будет работать с меньшим током.Минимальный рекомендуемый пиковый ток составляет около 2,4 мА, что делает R1 и R2 68 кОм. Это снижает общее рассеивание до чуть менее 300 мВт, но необходимо минимизировать нагрузку на фототранзистор (R3 не должно быть меньше 10 кОм при питании 5 В). Это требование может быть ослаблено (немного), если оптопара имеет высокий коэффициент передачи тока (не менее 200%). По мере старения светодиода он теряет выходной сигнал [4] , но поддержание низкого прямого тока сводит его к минимуму. Можно ожидать, что светодиод прослужит не менее 20 лет, если ток будет низким (~ 10% от номинального максимума — хорошая отправная точка).

«Передаточное отношение» (или «CTR» — коэффициент передачи тока) оптопар требует некоторого объяснения. Если он описан как «100%» (не редкость для базовых типов), это означает, что 5 мА в светодиоде допускают максимальный ток транзистора 5 мА. Однако это не линейная функция, и коэффициент передачи изменяется в зависимости от тока светодиода, часов использования, внешнего сопротивления коллектора (или эмиттера) транзистора и напряжения питания. Если не указано иное для истинной линейной работы, не думайте, что вы можете использовать оптопару для любой передачи сигнала, которая требует высокой линейности.Оптроны этого общего класса предназначены для работы в режиме «включено-выключено» или для регулирования источника питания в импульсном режиме, когда линейность не является обязательной.

Одним из недостатков схемы, показанной выше, является то, что светодиод в оптроне получает ток не менее 90% времени. Переход через ноль обозначается отсутствием тока, поскольку напряжение на светодиоде падает до нуля. Поскольку срок службы светодиода определяется величиной тока, который он должен пропускать, и общим временем включения, это сокращает срок службы светодиода.Поддерживая относительно низкий ток, оптопара должна прослужить долгое время, но это не лучший способ управлять ею.


Следующая схема была найдена совершенно случайно, и поскольку она работает так хорошо, я попросил разрешения у разработчика опубликовать ее здесь. Детектор имеет очень низкое энергопотребление и особенно хорошо обнаруживает точку пересечения нулевого уровня в сети. Легко уменьшить импульс до менее 1 мс, а с некоторыми изменениями значений компонентов ширина импульса может быть уменьшена примерно до 500 мкс.Хотя такой уровень точности не требуется для большинства приложений, он недорог в реализации и работает очень хорошо. Обратите внимание, что он не будет работать в течение нескольких сотен миллисекунд после подачи питания, потому что C2 должен зарядиться, прежде чем ток светодиода станет полезным.

Светодиод получает ток только тогда, когда входное напряжение (близкое к нулю), поэтому он имеет гораздо более короткий рабочий цикл и, следовательно, должен прослужить дольше. Однако для схемы необходим электролитический конденсатор, который обычно имеет более короткий срок службы, чем светодиоды.Однако я не считаю это ограничением, потому что схема на изолированной стороне также будет использовать электроэнергию, а другие преимущества схемы перевешивают этот (очень) небольшой минус. Ширина импульса остается почти постоянной, несмотря на входное напряжение, с малейшим изменением, если сетевое напряжение падает с 230 В до 120 В. Однако на пиковый ток светодиода влияет и он пропорционален входному напряжению сети.

Рисунок 8 — Улучшенное сетевое напряжение, изолированный детектор перехода через нуль

Страница автора [5] содержит много дополнительной информации и ее рекомендуется прочитать.R6 — это добавка, которая может использоваться для уменьшения ширины импульса перехода через нуль. При других значениях, как показано, добавление R6 уменьшает ширину импульса с 830 мкс до 440 мкс, но также снижает ток светодиода примерно до 2 мА. R3 тоже отличается от оригинала. При 22k (как показано на сайте автора) ширина импульса немного больше 1 мс, но увеличение значения обеспечивает более короткие импульсы (и соответствующее увеличение точности).

Из-за большого номинала входных резисторов и наличия C2 (10 мкФ) схеме требуется некоторое время, прежде чем она заработает нормально.Он будет полностью готов к работе примерно через 200 мс при питании от сети 230 В или 120 В, но ток светодиода уменьшается при более низком сетевом напряжении. Для использования при 120 В R1 и R2 могут быть уменьшены до 100 кОм, что повысит пиковый ток светодиода чуть более 4 мА. Все диоды — 1N4148 или аналогичные. Высоковольтные диоды не нужны, потому что напряжение на диодах ограничено входными резисторами и не может превышать максимум 6-7 вольт.

C1 не является обязательным, и его можно не указывать. Он обеспечивает некоторое снижение ВЧ-шума, но его отсутствие вряд ли вызовет какие-либо проблемы.Обратите внимание, что, как показано, детектор выдает отрицательный сигнал, когда напряжение в сети пересекает ноль. Как описано выше, это можно изменить, используя транзистор оптопары в качестве эмиттерного повторителя. В исходной схеме показана оптопара 4N35, но можно использовать многие из них. У меня есть трубка устройств EL817 (4-контактных), которые работают хорошо (LTV817 является эквивалентом), но есть бесчисленное множество легко доступных деталей на выбор.

Стоит отметить, что одна из схем ZCD, опубликованная на веб-сайте EDN Network (и упомянутая на сайте DEXTREL), неверна в нескольких местах и ​​не будет работать без исправлений.Также в схему EDN можно внести некоторые существенные изменения, которые упрощают схему и улучшают производительность. Читатель опубликовал комментарий, чтобы запросить одну ошибку, но никто никогда не удосужился ответить. Я не включил его, но на самом деле это неплохая схема, если внесены изменения. Тем не менее, в нем используется намного больше деталей, чем в схеме, показанной выше. Он будет изменен и показан здесь, если будет достаточно интереса. Лично я не думаю, что это стоит дополнительных сложностей.


Список литературы

  1. Квадратный вентиль EXCLUSIVE-OR с 2 входами 74HC / HCT86, техническое описание Philips Semiconductors
  2. Семинаносекундный компаратор для работы от одного источника питания, линейная технология, примечания по применению 72, май 98
  3. Дифференциальные линейные приемники работают как аналоговый ноль -Детекторы пересечения — John Rowland
  4. Измерение срока службы светодиодов в оптопарах — Конструкция машины
  5. DIY — Изолированный высококачественный детектор пересечения нуля сетевого напряжения (DEXTREL)


Прил.Индекс банкнот
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2004 и 2011. Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, разрешены. строго запрещено международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: страница создана, авторские права © Род Эллиотт 20 июня 2005 г. / 8 января 2011 г. — добавлен детектор DS3486.

Цепь детектора перехода через ноль — Схема

В этой статье мы подробно обсуждаем детектор пересечения нуля с двумя различными схемами. В первых параграфах учебного пособия вы познакомитесь с детектором пересечения нуля с использованием операционного усилителя, разработанного с использованием популярной микросхемы 741 IC.У нас есть аккуратная принципиальная схема детектора пересечения нуля, и мы объяснили его принцип работы и теорию за кулисами легкими для понимания словами. Ближе к середине этого урока вы узнаете о двух применениях детектора пересечения нуля — генераторе маркеров времени и фазометре. Ближе к концу статьи мы нарисовали еще одну принципиальную схему детектора перехода через нуль, разработанного с использованием IC 311 и транзистора.

Детектор пересечения нуля с использованием 741 IC

Схема детектора перехода через ноль — важное приложение схемы компаратора операционного усилителя.Его также можно назвать преобразователем синусоидального сигнала в прямоугольный. Любой из инвертирующих или неинвертирующих компараторов может использоваться в качестве детектора перехода через ноль. Единственное изменение быть приведены в это опорное напряжение, с которой входное напряжение для сравнения, должны быть сделаны ноль (Vref = 0 В). Входная синусоида задается как Vin. Они показаны на принципиальной схеме, а также на формах входных и выходных сигналов инвертирующего компаратора с опорным напряжением 0 В.

Детектор перехода через ноль на микросхеме операционного усилителя UA741

Как показан в форме волны, для 0В опорного напряжения, когда входные синусоидальный сигнал проходит через нуль и идет в положительном направлении, то выходное напряжение Vout приводится в отрицательное насыщение.Точно так же, когда входное напряжение проходит через ноль и идет в отрицательном направлении, выходное напряжение приводится к положительному насыщению. Диоды D1 и D2 также называются фиксирующими диодами. Они используются для защиты операционного усилителя от повреждений из-за увеличения входного напряжения. Они ограничивают дифференциальное входное напряжение до + 0,7 В или -0,7 В.

В некоторых приложениях входное напряжение может иметь низкочастотную форму. Это означает, что форма волны изменяется медленно. Это вызывает задержку во времени, когда входное напряжение пересекает нулевой уровень.Это вызывает дополнительную задержку переключения выходного напряжения между верхним и нижним уровнями насыщения. В то же время входные шумы в операционном усилителе могут вызвать переключение выходного напряжения между уровнями насыщения. Таким образом, переход через ноль обнаруживается для шумовых напряжений в дополнение к входному напряжению. Эти трудности можно устранить, используя схему регенеративной обратной связи с положительной обратной связью, которая заставляет выходное напряжение изменяться быстрее, тем самым устраняя возможность любого ложного перехода через нуль из-за шумовых напряжений на входе операционного усилителя.

Детектор перехода через ноль с использованием 741IC-Waveforms

Детектор перехода через ноль в качестве генератора временных маркеров

Для входной синусоидальной волны выходной сигнал детектора перехода через нуль представляет собой прямоугольную волну, которая далее проходит через последовательную RC-цепь. Это показано на рисунке ниже.

Детектор перехода через нуль с использованием генератора временных маркеров

Если постоянная времени RC очень мала по сравнению с периодом T входной синусоидальной волны, то напряжение на R цепи RC-цепи, называемое Vr, будет серией положительных и отрицательных импульсов.Если напряжение Vr приложено к цепи ограничителя с помощью диода D, напряжение нагрузки Vload будет иметь только положительные импульсы и отсечет отрицательные импульсы. Таким образом, детектор перехода через нуль, вход которого представляет собой знаковую волну, был преобразован в последовательность положительных импульсов с интервалом T путем добавления RC-цепи и схемы ограничения.

Форма сигнала генератора временных маркеров

Детектор перехода через нуль в качестве фазометра

Детектор перехода через ноль может использоваться для измерения фазового угла между двумя напряжениями.Работа будет такой же, как описано в приведенной выше схеме. Получается последовательность импульсов в положительном и отрицательном циклах, и измеряется временной интервал между импульсом напряжения синусоидальной волны и импульсом напряжения второй синусоидальной волны. Этот интервал времени пропорционален разности фаз между двумя входными синусоидальными напряжениями. Диапазон использования фазометра для измерения составляет от 0 ° до 360 °.

Детектор перехода через нуль с использованием IC 311 и транзистора

Детектор перехода через ноль, использующий 8-контактный DIP-блок 311 IC, показан на рисунке ниже.Выход микросхемы операционного усилителя 311 подключен к NPN-транзистору с открытым коллектором. К выходу транзистора подключен нагрузочный резистор 20 кОм.

Детектор перехода через ноль с использованием микросхемы IC 311 и транзистора

. Для положительного входного сигнала, то есть для входной синусоидальной волны выше 0 вольт, на выходе операционного усилителя транзистор отключается, а на выходе транзистора устанавливается ВЫСОКИЙ уровень. Низкое состояние похоже на -10 В в цепи, а ВЫСОКОЕ состояние похоже на -10 В в цепи.

Выход транзистора показывает, больше или меньше 0 вольт на входе.Короче говоря, если входной сигнал является положительным напряжением, выход транзистора будет НИЗКИМ. Если входной сигнал представляет собой отрицательное напряжение, выход транзистора будет ВЫСОКИМ.

Схема детектора перехода через ноль и его применение

Детектор перехода через ноль или ZCD — это один из типов компаратора напряжения, используемый для обнаружения перехода синусоидальной формы волны от положительного к отрицательному, который совпадает, когда i / p пересекает условие нулевого напряжения. В этой статье мы обсуждаем схему детектора перехода через нуль с двумя разными схемами, принципами работы, теорией и приложениями.Области применения детектора перехода через ноль — фазомер и генератор временных маркеров.

пересечения нуля детектор цепи

нулевой детектор пересечения является компаратор напряжения, который изменяет O / P между + ТОМА & -Vsat, когда я / р пересекает нулевую опорного напряжения. Проще говоря, компаратор — это базовый операционный усилитель, используемый для одновременного сравнения двух напряжений и изменения o / p в соответствии со сравнением. Таким же образом можно сказать, что ZCD — это компаратор.

Схема детектора перехода через ноль

Схема детектора перехода через ноль используется для создания переключателя ступени отключения / p всякий раз, когда i / p пересекает опорный i / p, и он подключен к клемме GND.O / p компаратора может управлять различными выходами, такими как светодиодный индикатор, реле и управляющий вентиль.

741 Детектор перехода через ноль на основе ИС

Схема детектора перехода через ноль является основным приложением схемы компаратора. Его также можно назвать преобразователем синусоидального сигнала в прямоугольный. Для этого любой из инвертирующих / неинвертирующих компараторов может использоваться в качестве детектора перехода через нуль.

Единственное изменение быть приведены в это Vref (опорное напряжение), с которым я / р напряжение можно сравнить, должно быть сделано опорное напряжение нулевой (Vref = 0 В).Синусоидальная волна i / p задается как Vin. Они показаны на следующей схеме инвертирующего компаратора, а также осциллограммы i / p и o / p с опорным напряжением 0 В.

ZCD в качестве генератора времени Маркер

Как показано в приведенной ниже форме волны, для опорного напряжения (Vref), когда входной синус разрешения волны через ноль напряжения и идет в направлении положительного. Напряжение o / p приводится к отрицательному насыщению. Таким же образом, когда Vin проходит через ноль и идет в отрицательном направлении, Vout приводится к положительному насыщению.Диоды в приведенной выше схеме называются фиксирующими диодами. Эти диоды используются для защиты операционного усилителя от повреждений из-за увеличения Vin.

В некоторых конкретных приложениях Vin может быть низкочастотным сигналом, который вызывает прерывание во времени для Vin, чтобы пересечь нулевой уровень. Кроме того, это вызывает задержку переключения Vout между двумя уровнями насыщения (верхним и нижним). В то же время i / p-шумы в IC могут вызвать переключение Vout между уровнями насыщения.Таким образом, переход через ноль идентифицируется для шумовых напряжений в дополнение к Vin. Эти проблемы могут быть устранены с помощью переформирования цепи обратной связи с положительной обратной связью, которая заставляет Vout переключаться быстрее. Таким образом, исключается возможность любого ложного перехода через нуль из-за шумовых напряжений на входе операционного усилителя.

741 Форма сигнала детектора перехода через ноль на основе IC

Работу детектора перехода через ноль можно легко предположить, если вы знаете, как работает базовый компаратор операционного усилителя. В этом детекторе мы устанавливаем одно из значений i / ps равным нулю, то есть Vref = OV.O / p определяется как –Vsat, когда сигнал i / p проходит через направление от 0 до + ve. Точно так же, когда сигнал i / p проходит через ноль в направлении –ve, сигнал o / p переключается на + Vsat.

Применение детектора перехода через ноль

Цепи детектора перехода через ноль можно использовать для проверки состояния операционного усилителя. А также используется в качестве частотомера и для коммутации в схемах силовой электроники.

ZCD в качестве фазометра

ZCD можно использовать для измерения фазового угла между двумя напряжениями.Для измерения напряжения между временным интервалом импульса синусоидального напряжения и второй синусоидальной волны регистрируется последовательность импульсов в положительном и отрицательном циклах. Этот интервал времени связан с разностью фаз между двумя синусоидальными напряжениями i / p. Диапазон использования фазометра составляет от 0 ° до 360 °.

ZCD в качестве генератора временных маркеров

Для синусоидальной волны i / p, когда o / p детектора перехода через ноль представляет собой прямоугольную волну, далее она будет проходить через последовательную RC-цепь. Это показано на следующем рисунке.

741 Детектор пересечения нуля на основе IC

Если постоянная времени RC очень мала по сравнению с периодом ‘T’ синусоидального сигнала i / p, тогда напряжение на R RC-цепи n / w, называемое Vr, будет последовательным. положительных и отрицательных импульсов. Если напряжение «Vr» приложено к цепи ограничителя с помощью диода D, напряжение нагрузки VL будет иметь только положительные импульсы и отсечет отрицательные импульсы. Следовательно, детектор перехода через нуль (ZCD), i / p которого представляет собой синусоидальную волну, был изменен на последовательность положительных импульсов с интервалом «T» путем добавления цепи RC и схемы ограничения.

Итак, речь идет о работе схемы детектора перехода через ноль и ее применении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или проектов в области электрики и электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова функция детектора перехода через ноль?

LT1116 Лист данных и информация о продукте

Особенности и преимущества

  • Сверхбыстрый (12 нс)
  • Работает от одиночного источника питания 5 В или ± 5 В
  • Входной синфазный сигнал распространяется на отрицательное питание
  • Нет требований к минимальной скорости нарастания входного напряжения
  • Дополнительный выход TTL
  • Входы могут превышать положительное напряжение до 15 В без повреждения компаратора
  • Низкое напряжение смещения
  • Pin-совместимый с LT1016
  • Возможность фиксации выхода
  • Доступен в 8-выводных корпусах PDIP и SO

Подробнее о продукте

LT1116 — это сверхбыстрый (12 нс) компаратор, предназначенный для измерения сигналов вблизи отрицательного напряжения питания.Диапазон входного синфазного сигнала простирается от 2,5 В ниже положительного напряжения до отрицательной шины питания. Как и LT1016, этот компаратор специально разработан для непосредственного взаимодействия с логикой TTL с дополнительными выходами. Компаратор может работать как от одного источника питания 5 В, так и от двух источников питания ± 5 В. Точные характеристики напряжения смещения и высокое усиление позволяют использовать LT1116 в точных приложениях.

LT1116 разработан для повышения скорости и стабильности в широком диапазоне рабочих условий.Выходной каскад обеспечивает активный привод в обоих направлениях для максимальной скорости в логику TTL или пассивную нагрузку, при этом он имеет минимальный ток поперечной проводимости. В отличие от других быстрых компараторов, LT1116 остается стабильным даже при медленных переходах через активную область, что устраняет необходимость указывать минимальную скорость нарастания входного сигнала.

LT1116 имеет внутреннюю TTL-совместимую защелку для хранения данных на выходах. Защелка удерживает данные, пока фиксатор удерживается высоко. На параметры устройства, такие как усиление, смещение и отрицательный ток источника питания, изменения отрицательного напряжения питания существенно не влияют.

Приложения

  • Высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи
  • Детекторы нулевого пересечения
  • Датчик тока для переключения регуляторов
  • Преобразователи из V в F с расширенным диапазоном
  • Дискриминаторы высоты / ширины с быстрым импульсом
  • Высокоскоростные триггеры
  • Линейные приемники
  • Высокоскоростные схемы отбора проб

Детектор пересечения нуля. Часть сборника операционных схем усилителя в Словаре электронных и технических терминов.

Общие технические условия
«A»
«B»
«C»,
«D»,
«E»,
«F»,
«ГРАММ»,
«ЧАС»,
«Я»,
«J»,
«К»,
«L»,
«М»,
«Н»,
«О»,
«П»
«Q»,
«Р»,
«S»,
«Т»,
«U»,
«V»,
«W»,
«ИКС»,
«Y»,
«Z»

Детектор пересечения нуля

Детектор пересечения нуля — это схема, которая генерирует выходной сигнал, когда вход пересекает контрольную точку, в данном случае нулевое напряжение или землю. Детектор пересечения нуля также называется пороговым детектором, но с порогом, установленным на нулевом вольт. Обычно детекторы перехода через нуль конструируются с использованием компараторов или операционных усилителей.Компаратор или компаратор напряжения предварительно разработан для работы в качестве детектора перехода через ноль или компаратора, использующего порог заземления. Использование операционного усилителя в качестве порогового детектора требует немного больше работы. На странице компаратора напряжения есть еще один эталонный дизайн детектора перехода через ноль, использующий компаратор, а не операционный усилитель.

На этой принципиальной схеме представлена ​​общая конфигурация детектора перехода через ноль. Но это лишь одна из большого количества возможных конфигураций детектора перехода через нуль, выполненного с использованием операционного усилителя.В этой схеме используется LM741 только потому, что он так широко используется и является обычным операционным усилителем.

Детектор перехода через ноль
741 Варианты комплектации

Операционный усилитель 741 доступен в тех же вариантах комплектации, что и многие другие операционные усилители. Пакеты со сквозным отверстием могут быть либо пластиковым DIP-корпусом, либо керамическим DIP-корпусом [для военных и космических приложений], в то время как версии для поверхностного монтажа будут в корпусе SOIC. Кроме того, LM741 может быть в круглом металлическом корпусе TO-99.

741 Смещение нуля

Операционный усилитель 741 имеет два контакта, которые используются для обнуления выходного напряжения или для обнуления выходного сигнала путем регулировки входных токов. Подробнее о настройке смещения нуля. Поскольку LM741 [uA741] очень распространен, усилитель используется в нескольких других схемах, которые указаны справа.

Неиспользуемые входы операционного усилителя

Операционный усилитель 741 используется в схеме, чтобы представить практически любой операционный усилитель. Однако, если используются другие устройства, включая двойные или четырехъядерные пакеты.Неиспользуемые устройства в упаковке должны быть привязаны, чтобы они не колебались. Выход неиспользуемого операционного усилителя должен быть подключен к отрицательному входу, а положительный вход должен быть оставлен открытым или неподключенным.

Диод переключения

В схеме используется диод 1N914, хотя диод 1N4148 присутствует в некоторых примечаниях по применению. Во многих других схемах, перечисленных на сайте, используется диод 1N914, поэтому он используется здесь повторно по этой причине. В основном оба диода эквивалентны и могут использоваться взаимозаменяемо, хотя в некоторых таблицах данных диоды классифицируются как переключающие диоды, в то время как другие могут классифицировать их как быстродействующие диоды.Стандартной схемой для 1N914 является стеклянный диод в корпусе DO-35. Детали [корпус SOD27]. Таким образом, любой переключающий диод будет работать в этой схеме, 1N914 просто используется часто.

Что такое детектор пересечения нуля? Определение, принципиальная схема, работа и применение детектора пересечения нуля

Определение: детектор на операционном усилителе, который может обнаруживать изменение от положительного к отрицательному или от отрицательного к положительному уровню синусоидальной формы волны, известен как детектор пересечения нуля. .Более конкретно, мы можем сказать, что он обнаруживает переход через ноль приложенного переменного сигнала.

Это в основном компаратор напряжения, выход которого меняется, когда входной сигнал пересекает нуль уровня опорного напряжения. Таким образом он назван так.

Он также известен как генератор прямоугольных сигналов, поскольку подаваемый входной сигнал преобразуется в прямоугольный сигнал детектором пересечения нуля.

Принципиальная схема детектора перехода через ноль

На рисунке ниже представлена ​​схема детектора перехода через ноль на инвертирующем операционном усилителе:

Здесь входной сигнал V i подается на инвертирующий вывод операционного усилителя, в то время как неинвертирующий вывод заземляется с использованием двух резисторов R 1 и R 2 .

Как мы видим, аналоговый входной сигнал подается на инвертирующий вывод операционного усилителя. Таким образом, форма сигнала на выходе будет иметь обратную полярность. Об этом мы поговорим при работе детектора.

Работа детектора нулевого пересечения

Как мы уже говорили, что она обнаруживает точку, где входной сигнал проходит через нуль уровня опорного напряжения. При каждом пересечении уровень насыщения выходного сигнала меняется от одного к другому.

Давайте рассмотрим схему, приведенную выше, чтобы понять, как работает.

Как мы уже упоминали, опорный уровень установлен на 0 и применяется на неинвертирующем выводе операционного усилителя. Синусоидальная волна, подаваемая на инвертирующий вывод операционного усилителя, сравнивается с опорным уровнем каждый раз, когда фаза волны изменяется с положительной на отрицательную или с отрицательной на положительную.

Во-первых, когда на входе появляется положительная половина синусоидального сигнала.Затем компаратор операционного усилителя сравнивает опорный уровень напряжения с пиковым уровнем подаваемого сигнала

.

И мы знаем, что опорный уровень равен 0, поэтому

Итак, у нас будет

Во-вторых, в случае отрицательной половины синусоидального сигнала, ОУ компаратора снова сравнивает уровень опорного напряжения с пиком приложенного сигнала.

Поскольку на этот раз схема работает с отрицательной половиной сигнала, пик будет иметь отрицательную полярность.

снова

Таким образом,

Итак, получаем

Таким образом, детектор пересечения нуля обнаруживает изменение уровня подаваемого сигнала.

Форма входного и выходного сигнала

С самого начала мы отмечаем, что детектор пересечения нуля также известен как генератор прямоугольных сигналов. На выходе оконного компаратора нет ничего, кроме прямоугольной волны.

Давайте теперь посмотрим на форму волны на входе и выходе детектора перехода через нуль:

Как мы недавно обсуждали, V 0 для положительной половины подаваемого сигнала — V sat ,

Это причина того, что мы получили отрицательную половину прямоугольной волны на выходе, когда приложена положительная половина синусоидального сигнала.В то время как V 0 для отрицательной половины синусоидального сигнала равно + V sat ,

Таким образом, положительная половина прямоугольной волны получается на выходе для отрицательной половины синусоидального сигнала. Это ясно показано в представлении формы сигнала.

Таким образом, на наблюдение выходного сигнала, можно сказать, что выход отражает наличие входного сигнала выше или ниже опорного уровня, то есть 0 вольт.

Применение детектора перехода через ноль

Детекторы перехода через ноль находят широкое применение в электронных схемах, главным образом для коммутации и в цепи фазовой автоподстройки частоты.Также они используются в частотомерах и фазометрах.

Его также можно использовать в качестве фазометров, так как он может использоваться для измерения фазового угла между двумя напряжениями, приложенными к его клеммам.

Компараторы OPAMP

— Electronics-Lab.com

Введение

В большинстве предыдущих руководств по операционным усилителям в схемах была петля обратной связи с инвертирующим входом. Эта конструкция является наиболее распространенной, поскольку она действительно обеспечивает стабильность и позволяет избежать нежелательных эффектов насыщения, а также ее принято называть линейным режимом.

С другой стороны, когда к инвертирующему входу не применяется обратная связь, говорят, что операционный усилитель работает в нелинейном режиме, мы также можем сказать, что в конфигурации с разомкнутым контуром. Компараторы — это особые схемы операционных усилителей, которые предназначены для работы в нелинейном режиме и могут использоваться в качестве простых логических вентилей.

Представление схемы вместе с основными сведениями о компараторах дается в первом разделе.

Во втором разделе мы увеличиваем сложность схемы, чтобы показать, как преобразовать так называемую «точку перелома» или «порог» компаратора.Мы показываем, что возможность преобразования этого значения важна для правильного проектирования детекторов уровня.

Триггеры Шмитта

обсуждаются в третьем абзаце, мы увидим, как работают такие компараторы и как их можно использовать в реальных приложениях. Более того, мы подчеркиваем их преимущества, сравнивая их с базовыми компараторами.

Презентация

Неинвертирующий компаратор

Самый простой компаратор состоит из операционного усилителя без резистора или контура обратной связи, сигнал для сравнения — V 1 и подает неинвертирующий вход, опорный сигнал V ref подает инвертирующий вход, выход помечен V из , а питание — V S + и V S- , которые могут быть симметричными или нет.

рис 1: Представление схемы неинвертирующего компаратора

В этом разделе презентации мы представим и допустим, что V ref составляет основу, и, следовательно, V ref = 0. Более того, допустим, что питание симметричное (V S + = -V S- ).

Принцип действия этой схемы чрезвычайно прост и может быть резюмирован в зависимости от значения V 1 :

  • Если V 1 > V ref , V out = V S +
  • Если V 1 ref , V out = V S-

Отсутствие обратной связи на инвертирующем входе заставляет усилитель насыщаться до уровня мощности питания, когда дифференциальный вход V в = V 1 -V ref = V 1 становится немного выше нуля в абсолютное значение

Характеристика ввода / вывода, связанная со схемой на Рисунке 1, является функцией, подобной Хевисайду, показанной на Рисунке 2 ниже:

рис 2: Передаточная характеристика неинвертирующего компаратора

Если синусоидальный сигнал применяется в качестве входа, компаратор может использоваться для преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный:

рис. 3: Зависящий от времени выход компаратора с входным синусом

Инвертирующий компаратор

В предыдущем подразделе сигнал для сравнения подавался на неинвертирующий вход, в то время как опорный сигнал был на инвертирующем входе операционного усилителя.Однако роли можно поменять местами, чтобы получить инвертирующий компаратор, как показано на рисунке 4:

Рис. 4: Представление схемы инвертирующего компаратора

В этом случае значение выхода определяется этими двумя условиями:

  • Если V 1 ref , V out = V S +
  • Если V 1 > V ref , V out = V S-

Передаточная характеристика для этой конфигурации также является функцией Хевисайда, но с положительным насыщением, происходящим для V 1 <0 и отрицательным для V 1 > 0:

рис. 5: Передаточная характеристика инвертирующего компаратора

Перемещение точки опрокидывания

Некоторые сложности могут быть добавлены с помощью делителя напряжения в опорной ветви к любой неинвертирующий или инвертирующий компаратор для того, чтобы перевести точку.Переломным моментом является значение V 1 , для которого выходной сигнал внезапно изменяется с высокого (соответственно низкого) на низкий (соответственно высокий) значение. В предыдущем разделе переломный момент всегда наступал для V 1 = 0.

Рассмотрим компаратор, представленный на рисунке 6:

рис.6: Неинвертирующий компаратор с положительной точкой опрокидывания

Благодаря делителя напряжения, альтернативное опорное напряжение V меченого» исх подается на инвертирующий вход операционного усилителя.Этот новый эталон удовлетворяет формуле делителя напряжения: V ’ ref + = + V S (R 2 / (R 1 + R 2 )). Обратите внимание, что на делитель напряжения также может подаваться отрицательный источник питания V S-, в этом случае альтернативная ссылка представляет собой отрицательный знак (мы обозначаем его как V ’ ref-).

Эти наблюдения можно обобщить в следующих передаточных характеристиках:

Рис. 7: Передаточные характеристики неинвертирующего компаратора с положительной (слева) и отрицательной (справа) точкой перегиба

Если мы рассмотрим инвертирующий компаратор, действие той же схемы делителя напряжения будет иметь противоположный эффект.Действительно, если на делитель напряжения подается положительный (или отрицательный) источник питания, то смещение точки опрокидывания будет отрицательным (соответственно положительным). Кроме того, сигнал инвертирован, как показано на рисунке 5.

Вход, зависящий от времени

Перемещение точки перелома позволяет установить пороговый уровень компаратора на ненулевой уровень. Когда в схему подается переменный входной сигнал, такой как выход датчика света или температуры, с помощью этого базового компаратора можно создать простой датчик уровня.

рис. 8: Работа датчика уровня

Триггер Шмитта

Триггер неинвертирующий

Перенос точки перелома также может быть реализован путем добавления схемы делителя напряжения в качестве контура обратной связи в неинвертирующей ветви, инвертирующая ветвь заземлена (V ref = 0). Полная конфигурация показана на рисунке 9 ниже, он также известен как триггер Шмитта, мы возьмем в качестве примера неинвертирующий компаратор:

рис. 9: Представление схемы неинвертирующего триггера Шмитта

В ситуации, предложенной на рис. 9, дифференциальный вход может быть записан как V в формате = V + -V ref = V + .Более того, напряжение V + может быть записано как суперпозиция V 1 и V из благодаря теореме Миллмана:

Дифференциальный вход равен нулю, когда V 1 = -V out (R 1 / R 2 ). Поскольку выходное значение может быть равно только V S или -V S , есть два значения V 1 , которые можно рассматривать как точки перелома, мы обозначаем их V T + и V . Т- для «порога»:

  • V T + = V S (R 1 / R 2 ) — верхний порог, для которого V out = V S- → V S +
  • V T- = -V S (R 1 / R 2 ) — нижний порог, для которого V out = V S + → V S-

Входная / выходная характеристика неинвертирующего триггера Шмитта представляет собой график гистерезиса, представленный на рисунке 10:

рис.10: Передаточная характеристика неинвертирующего триггера Шмитта

Инвертирующий триггер

Мы можем также рассмотреть тот же положительный отзыв для инвертирующей конфигурации:

Рис 11: Инвертирование схемы триггера Шмитта

В этом случае дифференциальный вход может быть записан как V in = V out (R 1 / (R 1 + R 2 )) — V 1 , входное напряжение V 1 , которое отменяет дифференциальный вход, поэтому определяется как V 1 = -V out (R 1 / (R 1 + R 2 )).

В зависимости от знака V из могут быть определены два порога, специфичные для инвертирующей конфигурации:

  • V T + = -V S (R 1 / (R 1 + R 2 ))
  • V T- = + V S (R 1 / (R 1 + R 2 ))

Соответствующий график гистерезиса для инвертирующего триггера Шмитта приведен на рисунке 12:

рис. 12: Передаточная характеристика инвертирующего триггера Шмитта

Приложения

Триггеры Шмитта и компараторы

в целом, как мы кратко представили на рисунке 8, в основном используются для преобразования аналоговых сигналов в цифровые.

Однако недостатком «базовых» компараторов является срабатывание фонового шума. Одним из наиболее ценных свойств триггеров Шмитта является их помехозащищенность, что означает, что компаратор будет переключаться между низким и высоким выходным состоянием только тогда, когда вход эффективно запускает его. Более того, поскольку высокое выходное состояние запускается верхним порогом, а низкое выходное состояние — нижним порогом, триггеры Шмита обычно добавляют задержку по сравнению с «базовыми компараторами».

При повторном рассмотрении рисунка 8 мы можем представить, что во время второго глобального изменения освещенности два пика могут быть связаны с некоторым шумом (например, исходящим от пользователя).

Благодаря гистерезису, который может быть достигнут с помощью триггера Шмитта, если нижний порог установлен ниже минимального уровня шума, фоновый шум не запускает компаратор:

рис. 13: Сравнение «базового» компаратора и триггера Шмитта для приложения определения уровня

Заключение

Компараторы

— это операционные усилители, которые специально разработаны для работы в разомкнутом контуре или с положительной обратной связью, которая является как нестабильным, так и нелинейным режимами.Их выход может быть равен только двум различным значениям, которые приблизительно соответствуют напряжениям источника питания. Выходное или насыщающее напряжение, в зависимости от входного сигнала. Этот вход сравнивается с опорным напряжением, которое устанавливает порог компаратора.

Во втором разделе мы увидели, что пороговое напряжение может быть изменено путем добавления простой схемы делителя напряжения к инвертирующей ветви операционного усилителя. Базовые компараторы работают в разомкнутом контуре и имеют только один порог, что упрощает их проектирование и обеспечивает быстрый отклик.

Третий раздел посвящен триггерам Шмитта, преимущество которых заключается в том, что они не срабатывают из-за фонового шума, как, например, базовый компаратор. Триггеры Шмитта не работают в конфигурации с разомкнутым контуром, а вместо этого работают с положительной обратной связью на их неинвертирующий вход. Это позволяет им иметь два пороговых уровня (высокий и низкий), как следствие, их передаточная характеристика является гистерезисом.

.