Аналоговые компараторы

напряжений и выработки цифровых выходных сиг­налов 0 или 1 в

зависимости от знака разности сравниваемых сигналов.

Входы стробирования предназначены для фиксации момента времени сравнения входных сигналов и выдачи результата срав­нения на выход.
Результаты сравнения могут появляться на выходе компара­тора только во время строба (компаратор со стробом без памяти) или могут фиксироваться в элементах памяти компаратора до прихода очередного им­пульса строба (компаратор с памятью).
Стробирование может выполняться по уровню импульса или по его фронту.

Компараторы напряжения делятся на две группы в соответствии с временными диаграммами: с характеристикой без гистерезиса и с гистерезисом.

Характеристики аналоговых компараторов
Основные параметры можно разде­лить на статические и динамические. К статическим параметрам относятся такие, которые определяют его состояние в установившемся режиме:
Пороговая чувствительность - минимальный разностный сигнал, ко­торый можно обнаружить компаратором и зафиксировать на выходе как ло­гический сигнал.
Напряжение смещения ЕСМ - определяет смещение передаточной характеристики компаратора относительно идеального положения. Для коррекции этого смещения используют балансировку.
Входные токи I+вх и I-вх - токи, протекающие через входные выводы компараторов.
Разность входных токов ΔIвх = I+вх - I-вх - токи, протекающие через закороченные входы.
Напряжение гистерезиса UГ - разность входных напряжений, вызы­вающих срабатывание компаратора при увеличении или уменьшении входного напряжения.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС - отношение син­фазного сигнала UСФ к дифференциальному сигналу ΔUвх, вызывающему сра­батывание компаратора КОСС = 20 lg(UСФ/ΔUвх).
Входное сопротивление - полное входное сопротивление для малого разностного сигнала.
Выходные логические уровни - напряжения логического 0 и 1 на выходе.

задержки распространения tздр скачкообраз­ного входного сигнала или время переключения компаратора.

Это время от момента подачи скачкообразного входного сигнала до момента установления на выходе логического 0 или 1.
Стробируемые компараторы характеризуются: временем раз­решения выборки и максимальной частотой стробирования. Качество стробируемых компараторов тем выше, чем меньше время разрешения выборки и чем больше допустимая частота стробирования.

Триггер Шмитта

Триггер Шмитта – компаратор, уровни вклю­чения и выключения которого не совпадают, а различаются на величину гистерезиса переключения UГ. У простейшего компа­ратора два недостатка. При медленно изменяющемся входном сигнале напряжение на выходе изменяется медленно. Если во входном сигнале присутствует шум, то на выходе дребезг в те моменты, когда напряжение на входе проходит через точку переключения. Устраняет положительная обратная связь через делитель напряжения R1R2 (инвертирующий триггер Шмитта).

Uвых = Uвыхmax. На неинвертирующем входе потенциал будет составлять UНmax

= Uвыхmax R1/(R1+R2).
При повышении Uвх Uвых сначала не меняется. Но как только Uвх достигает значения UНmax, выходное напряжение начинает падать, а вместе с ним и потенциал на неинвертирующем входе UН. Благодаря действию этой положительной обратной связи Uвых скачком падает до величины Uвыхmin, а UН будет достаточно большой отрицательной величиной, и достигнутое состоя­ние - стабильным. Теперь выходное напряжение изменится опять до значения Uвыхmax только тогда, когда входное напряжение Uвх достигнет значения UНmax.

Аналоговые компараторы

Компараторы на интегральных микросхемах

три группы:
общего применения (t < 300нс, Ку < 100дБ);
быстродействующие (t < 30нс);
прецизионные (Ку> 100дБ, ЕСМ < 3мВ, ΔIвх < 10нА).
Компараторы общего назначения: преимущества - они потреб­ляют меньшую мощность, могут работать при низком напряжении питания и в одном корпусе располагается до четырех компараторов. Многие компараторы общего назначения имеют на выходе транзистор с открытым коллектором, что позволяет подключать нагрузку этого транзис­тора к внешнему источнику питания, напряжение которого выбирается в за­висимости от типа используемой логики.
Прецизионные компараторы отличаются рядом улучшенных характеристик. Они имеют повышенный коэффи­циент усиления, меньшее пороговое напряжение переключения, понижен­ное напряжение смещения нулевого уровня и малый входной ток. Быстродей­ствие этих компараторов обычно не очень высокое, время переключения обыч­но меньше 300 нс.

схеме должны выполняться следующие условия:
Uвых > UH при Uупр

UL,
Uвых < UL при Uупр > UH.
Эти условия должны выполняться даже для самого неблагоприятного случая, т.е. Uвых не должно быть меньше, чем при Uупр = UL, и Uвых не должно быть больше, чем при Uупр = UH. Такие условия могут быть выполнены соответствующим выбором уровней UH и UL, также величин сопротивлений RК и RБ.

ключ
Динамические характеристики ключей на биполярных транзисторах и повышение их быстродействия
tзд

= (tздL + tздH) / 2

Ключ с форсирующим конденсатором

полевых транзисторах используются для коммутации как аналоговых, так и цифровых

сигналов. Достоинства :
малое остаточное напряжение на ключе, находящемся в открытом состоянии;
высокое сопротивление в непроводящем состоянии и, как следствие, малый ток, протекающий через транзистор, канал которого перекрыт;
малая мощность, потребляемая от источника управляющего напряжения;
хорошая электрическая развязка между цепью управления и цепью коммутируемого сигнала;
возможность коммутации электрических сигналов очень малого уровня (порядка мкВ).
По быстродействию ключи на полевых транзисторах обычно уступают ключам на биполярных транзисторах. Кроме того, у них наблюдается проник­новение в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры кото­рых зависят от управляющего сигнала. Причиной их появления является наличие емкостей затвор-сток и затвор-исток.

аналоговый коммутатор на n-канальном
МОП ПТ с индуцированным каналом

аналоговый коммутатор на комплементарных МОП ПТ

КЛЮЧИ
аналоговый коммутатор на МОП ПТ с динамической нагрузкой