Исследование характеристик аналоговых компараторов напряжения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

(УрГУПС)

 

 

 

Кафедра «Электрические машины»

 

 

 

 

 

 

Отчёт

Лабораторная работа №7

 

Дисциплина: «Электроника»

"ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК  АНАЛОГОВЫХ КОМПАРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил:                                                                Выполнил:

преподаватель                                                         студент группы

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2014

Цель работы:

1. Ознакомление с характеристиками аналоговых компараторов напряжения

2. Исследование работы однопорогового компаратора

3. Исследование работы гистерезисного компаратора.

 

Задание 1.Получение передаточной характеристики однопорогового компаратора

Определим  по  передаточной  характеристике значения

положительного U вых +  и отрицательного U вых - 

    Uвых-  =-7,97В

Величина входного сигнала, напряжение и порог срабатывания компаратора принимает одно и то же значение.

 

 

 

 

 

Задание 2. Исследование работы однопорогового компаратора.

Изображение входного и выходного сигналов

Определим с помощью горизонтальной визирной линии ВП пороговое значение входного напряжения U ВХ.пор=0

Синусоидальная:

U пор=-5 В; U ВХ.пор≈-5В

U пор=5 В ; U ВХ.пор≈5В

Треугольная:

U пор=-5 В; U ВХ.пор≈-5 В

 

U пор=5 В; U ВХ.пор≈5 В

Задание 3. Получение передаточной характеристики гистерезисного компаратора

Определим  по  передаточной  характеристике значения  положительного

U вых +  и отрицательного U вых -  выходных напряжений компаратора, а также уровни переключения компаратора U ср и U от.

(Uсм=0):

 

U вых +  =7,57 В.    U вых -  =-7,79В         U ср =0,58  В     U от=-0,49 В

 

Вычислим напряжения срабатывания и отпускания компаратора по следующим формулам:

                                                            

=                         В. 

 

                                                                                                                                 

   =                                                                                                                                                                                       

 

 Повторю  измерения , построения и расчеты  установив значения  напряжения смещения –10 В, –5 В, 5 В и +10 В:

U см =-10 В.

U вых +  =7,54 В.   U вых -  =-7,8 В    U ср =-6,31 В      U от=-7,54 В

 

 

 

 

 

 

 

U см =-5 В.

U вых +  =7,54 В.   U вых -  =-7,8 В    U ср =-2,82 В      U от=-4,05 В

 

 

 

 

 

 

 

U см =5 В.

U вых +  =7,54 В.   U вых -  =-7,8 В     U ср =4,09 В      U от=2,92 В

 

 

 

 

 

U см =10 В.

U вых +  =7,54 В.   U вых -  =-7,8 В     U ср =7,44 В      U от=6,41 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: Значения, полученные  графическим методом немного больше, чем значения  высчитанных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 4. Исследование работы гистерезисного компаратора 

Используя изображение входного сигнала определим напряжения срабатывания Uср и отпускания Uот компаратора :

Uср=-1,04 В.   Uот=0,59 В.

Повторим исследование, установив напряжение источника смещения передаточной характеристики –5,0В и +5,0В:

 

Uсм=-5 В Uср=-4,3 В.   Uот=-3,03 В.

Uсм=5 В  Uср=4,03 В.   Uот=2,22 В.

Повторим исследование работы однопорогового компаратора при треугольной форме входного сигнала: 

Uсм=5 В     Uср=4,3 В.    Uот=2,58 В.

Uсм=-5 В     Uср=-4,03 В.   Uот=-2,85 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1.  Компаратор имеет такую же  схему,  как и операционный усилитель,  только без наличия обратной связи. Это устройство, сравнивающее по абсолютному значению два потенциала на своих входах.  На его выходе будет напряжение, приближающееся к одному из напряжений питания в зависимости от того, какой из сигналов больше другого. Обычно входной сигнал подается на один из входов, а на другой — постоянное напряжение, с которым он сравнивается (опорное напряжение).

2.  Выходной сигнал компаратора имеет только прямоугольную форму, независимо от форм входного сигнала.

3.  Компараторный режим ОУ – это режим работы ОУ, без наличия внешних цепей отрицательной обратной связи, когда на его входы подаются один или два сигнала, которые нужно сравнить.

4.  Если мы подаем в качестве эталонного нулевое напряжение, то мы получи схему детектора нуля сигнала, то есть схему для определения прохождения напряжения через нуль. При подаче же ненулевых напряжения, у нас появляется зона неопределенности компаратора, которая будет определять его погрешность. Для уменьшения этой ошибки нужно уменьшить интервал неопределенности входных напряжений. Это возможно при использовании ОУ с большим коэффициентом усиления или введении в схему ПОС – положительной обратной связи. На практике эта ошибка устраняется не полностью,  а лишь сильно снижается, так как ОУ имеют сильные разбросы параметров и нестабильные характеристики.

5.

 

 

 

 

6. Это возможно при последовательном включении в цепь на неинвертирующий вход источника постоянного напряжения.

7. Смещение задается напряжением смещения источника.

8. Применение гистерезисных компараторов в случае действия внешних помех позволяет значительно повысить надежность сравнения напряжений, чем при использовании однопороговых компараторов. Если на вход, кроме полезной составляющей подается высокочастотная помеха, то при использовании однопорогового компаратора на выходе устройства будет сформировано несколько выходных импульсов (дребезг). Это затрудняет получение однозначного результата. А при использовании гистерезисного компаратора можно получить на выходе однозначный результат сравнения, если правильно выбрать напряжения срабатывания и отпускания.