Компараторы на интегральных микросхемах

Интегральные компараторы напряжения, входящие в состав отдельных серий интегральных схем, представляют собой специализированные операционные усилители с дифференциальным входом и одиночным или парафазным (прямым и инверсным) выходами. Входной каскад обычно работает в линейном режиме, а выходной формирует значение сигналов логических 0 и 1 на уровнях, соответствующих данной серии микросхем.

Рис. 14.13. Передаточная характеристика инвертирующего триггера Шмитта

Рис. 14.14. Временная диаграмма инвертирующего триггера Шмитта

Интегральные микросхемы компараторов можно разделить по совокупности параметров на три группы:

- общего применения (t _ЗД.Р. < 300нс, К_У < 100дБ);

- быстродействующие (t _ЗД.Р. < 30нс);

- прецизионные (К_У > 100дБ, Е_СМ < 3мВ, ΔI_ВХ < 10нА).

Основные отличительные характеристики интегральных компараторов приведены в табл.17.1.

ТАБЛИЦА 14.1.

Сравнительные характеристики интегральных компараторов напряжения

Компараторы общего назначения имеют довольно скромные характеристики. Однако эти компараторы имеют свои преимущества – они потребляют меньшую мощность, могут работать при низком напряжении питания и в одном корпусе располагается до четырех компараторов. Так, например, счетверенные компараторы среднего быстродействия К1401СА2 имеют время задержки распространения меньше 3 мкс, ток потребления 2мА, коэффициент усиления 90 дБ и напряжение смещения нулевого уровня меньше 5 мВ.

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 от компараторов общего назначения 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. В качестве примера можно привести отечественный компаратор К554СА3, имеющий коэффициент усиления 110 дБ, напряжение смещения 3 мВ, входной ток 3 нА, время переключения 200 нс.

Быстродействующий компаратор напряжения КМ597СА2, имеющий на выходе уровни ТТЛ–логики, обладает параметрами: время задержки распространения 12 нс, напряжение смещения 2 мВ, входной ток 10 нА.

ГЛАВА 15

ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

В отличие от рассмотренного ранее режима, где транзистор работал в режиме малого сигнала и являлся линейным элементом, в импульсном режиме, являющимся характерным для цифровых устройств, транзистор работает в режиме большого сигнала. В отличие от режима малого сигнала, где отклонение от рабочей точки по постоянному току порядка 20-30%, в режиме большого сигнала транзистор переходит из зоны отсечки через активную область в режим насыщения и наоборот. Как правило, в импульсной технике транзистор работает в двух противоположных состояниях: в режиме отсечки (транзистор заперт) и в режиме насыщения (транзистор открыт и насыщен). Коэффициент передачи транзистора в этих режимах меньше единицы, т.е. он не обладает усилительными свойствами.

Кроме того, при переключении из одного режима во второй и наоборот транзистор находится в активном режиме, время переключения составляет единицы микросекунд. В переходном (активном) режиме коэффициент передачи транзистора намного больше единицы. В режиме большого сигнала характеристики транзистора нелинейны.

В качестве электронных ключей в настоящее время применяются биполярные и полевые транзисторы, причем все большее применение находят ключи на полевых транзисторах. Это, в первую очередь, определяется возможностью уменьшения рассеиваемой мощности, что согласуется с требованием комплексной миниатюризации электронных устройств.

В то же время применение биполярных транзисторов в качестве электронных ключей позволяет реализовать большее быстродействие схем коммутации, чем и объясняется их широкое использование в устройствах импульсной и цифровой электроники наряду с полевыми транзисторами.

Распространены электронные ключи, в выходных цепях которых используются источники постоянного напряжения (источники питания). Назначение таких ключей состоит в том, чтобы создать на выходе напряжение, близкое к нулю при открытом состоянии ключа, или напряжение, близкое к напряжению питания при закрытом ключе. Такая работа характерна для ключей цифровой электроники (их называют цифровыми ключами).

В информационной электронике используются также и ключи, имеющие другое назначение. Оно состоит в том, чтобы соединить или отключить источник входного, содержащего информацию аналогового сигнала и приемник сигнала. Такие устройства принято называть аналоговыми ключами или аналоговыми коммутаторами.