Устройства, реагирующие на уровни сианалов

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 43Следующая ⇒

Компараторы (нуль-индикаторы) служат для сравнения напряжения входного сигнала с опорным напряжением или для сравнения двух входных напряжений. Нуль-индикаторы (НИ) имеют два устойчивых состояния, которым соответствуют сигналы на выходе 0 или 1. Для выполнения НИ широко используются операционные усилители. В компараторном режиме цепи отрицательной ОС обычно у ОУ отсутствуют.

Одновходовые компараторы (рис. 2.40, а) используются для сравнения разнополярных входных напряжений U₁ и - U₂, поступающих на инвертирующий вход ОУ. При этом напряжение на входе ОУ и его выходе — разнополярны. В зависимости от результатов сравнения напряжений U₁ и U₂ выходное напряжение принимает значение U_вых = +E₁ или U_вых = —E₁. При U₁ = U₂ режим ОУ становится неустойчивым, он может переключиться в любое состояние. Точность сравнения напряжений увеличивается с увеличением их амплитуд, которые, однако, не должны превышать допустимых уровней. Сопротивление резистора в цепи неинвертирующего входа определяется через

Двухвходовые компараторы (рис. 2.40, б) сравнивают сигналы, поступающие на оба входа усилителя. Поэтому полярность выходного напряжения определяется большим по модулю напряжением одного из входов. При равенстве входных напряжений ОУ выходное напряжение равно нулю.

Стандартные ОУ непосредственно не могут быть использованы в качестве элемента НИ. Это связано с тем, что низкий потенциал на выходе ОУ в режиме переключения

равен 2-3 В, в то время как для управления _а элементами ТТЛ или КМОП-схемами низ

кий уровень (сигнал 0) не должен превышать +0, 4 В. С другой стороны, высокий потенциал (сигнал 1) на выходе закрытого ОУ превышает допустимый уровень на входах ТТЛ, который обычно не выше 3, 5 В.

Для согласования выходных параметров ОУ с входными логических схем применяются специальные схемы в виде простейших нуль-индикаторов, которые переключаются из состояния 0 в состояние 1 и обратно при переходе напряжения на выходе ОУ через среднее напряжение между максимальным и минимальным уровнем. Возможны различные схемы таких НИ.

На рис. 2.41 представлена схема нуль-индикатора на

транзисторной схеме (VT1 и VT2) с заземленным эмиттером. В схеме для питания ОУ, НИ и выходной логической схемы L используются два напряжения E₁ и Е₂, обычно Е₂ = 0, 5E₁. Схему на рис. 2.42 отличает наличие трех источников питания. Два разнополярных источника E₁ и Е₂ используются для питания ОУ, a E₃ — для питания НИ и выходной логической схемы L.

Принципиальная схема нуль-индикатора с двумя источниками питания E₁ и Е₂ приведена на рис. 2.43. Схема включает ОУ на транзисторах VT1—VT6 и выходной усилительный каскад на транзисторах VT7—VT9. Коэффициент усиления такого НИ должен быть достаточно высоким К_у =10³...10⁴, чтобы при небольшой разбалансировке напряжений U₁ и U₂ на входах 1 и 2 выходной каскад переходил из полностью закрытого состояния в полностью открытое и наоборот.

Схемы сравнения абсолютных значений электрических величин выполняются на основе НИ. Ддя сравнения двух напряжений используют двухвходовой НИ (см. рис. 2.40, б), имеющий прямой и инверсный входы. Резисторы R1 и R2 служат для уменьшения входных токов НИ или отображают внутреннее сопротивление источников сигналов (напряжения U₁ и U₂).

В схеме (см. рис. 2.40, а) используется для ввода информации инверсный вход ОУ. Если равны по величине входные напряжения U₁ и U₂ входные сопротивления R₁ и R₂, то равны и токи I₁ = I₂. В этом случае напряжение на входе ОУ равно нулю. При /U₁/ > /U₂/ на входе ОУ потенциал выше нуля и на его выходе будет напряжение, соответствующее сигналу 0. При //U₁/< /U₂/ на входе ОУ потенциал ниже нуля и на его выходе будет напряжение, соответствующее сигналу 1.

Пороговые устройства являются разновидностью рассмотренных схем сравнения. Они срабатывают при условии, что уровень входного напряжения превышает некоторое наперед заданное значение, называемое порогом срабатывания U_ср, и возвращаются в исходное состояние при уровне входного напряжения U_mx Отношение напряжения возврата ₃ к напряжению срабатывания U_cp называют коэффициентом возврата K_воз = U_воз / U_cp.

Для получения К_в < 1 в пороговом устройстве применяют небольшую положительную обратную связь. Коэффициент усиления в активной зоне становится очень большим и устройство из закрытого состояния в открытое и наоборот переходит скачкообразно.

Схемы сравнения по уровню переменных напряжений широко используют в устройствах релейной защиты, автоматики и телемеханики. В этих схемах сравнение переменных напряжений по уровню осуществляется как в пороговых устройствах с той лишь разницей, что переменные напряжения предварительно выпрямляют. Переменную составляющую выпрямленного напряжения отфильтровывают с помощью RC-фильтра. Это приводит к снижению быстродействия схемы сравнения из-за того, что выпрямленное напряжение на входе фильтра изменяется медленнее, чем переменное на входе выпрямителя.

Однофазное реле переменного напряжения (тока). Рассмотрим работу такого реле в качестве примера схемы сравнения (рис. 2.44, а). Реле включает в себя: разделительный трансформатор TL; выпрямительный мост VS с емкостным фильтром С; схему образования опорного напряжения (резистор R1 и стабилитрон VD_CT); нуль-индикатор VT1 — VT6, охваченный положительной ОС R_oc; выходной инвертор L.

На первичную обмотку трансформатора TL подается напряжение U_x(t), являющееся аналогом контролируемой величины (напряжения или тока). Снимаемое с вторичной обмотки трансформатора напряжение выпрямляется мостом VS и поступает на резистор R2, являющийся входом схемы сравнения. К второму входу (с резистором R1) схемы сравнения подводится стабилизированное опорное напряжение, снимаемое со стабилитрона VD_CT. В диагональ моста, образованного источником опорного напряжения U_on и сигнала U_c, а также резисторами R1 и R2, включен дифференциальный каскад нуль-индикатора.

Если U_оп / R₁ > U_c / R₂, то есть U_оп (R₂/R₁) > U_c то потенциал базы VT1 будет выше, чем потенциал базы VT2. При этом транзистор VtI будет открыт, а транзистор VT2 — закрыт, транзисторы VT5 и VT6 также будут открыты и на выходе Q схемы появляется сигнал 0.

Если же входное напряжение реле U_x(t) возрастет до напряжения срабатывания

U _c_р (рис. 24.4, б), при котором выполняется условие и_с > U_on *(R₂/R₁) то потенциал базы

¹ ^

транзистора VT1 становится ниже потенциала базы транзистора VT2 и транзистор VT1 призакрывается, а транзисторы VT2 и VT3 приоткрываются. Высокий потенциал с коллектора VT3 поступает на базу транзистора VT5, последний закрывается вместе с транзистором VT6, на выходе Q появляется высокий потенциал, соответствующий сигналу 1, и реле срабатывает.

Реле имеет два выхода: прямой Q, при использовании которого оно выполняет роль максимального реле; инверсный Q на выходе инвертора L, при использовании которого получаем минимальное реле.

Возврат реле в исходное состояние происходит при напряжении U_x(t) — U_BO ₃. Необходимый коэффициент возврата K_воз = U_B_оз / U_cp обеспечивается подбором сопротивления резистора обратной связи R_oc. Величину срабатывания реле можно регулировать резистором R1. Диоды VD1 и VD2 служат для защиты эмиттерных переходов транзисторов VT1 и VT2 от недопустимых напряжений на входе элемента НИ.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒