Курсова робота Пристрої порівняння

Курсова робота - Пристрої порівняння

Пристрої порівняння

курсова робота з інформатики

ЗМІСТ

Вступ

Пристрій порівняння аналогових сигналів (компаратор) виконує функцію порівняння або двох вхідних сигналів між собою, або одного вхідного сигналу з деяким наперед заданим еталонним рівнем. При цьому на виході пристрою формуються тільки два значення вихідного сигналу: якщо один з порівнюваних сигналів більший за інший, то вихідний сигнал рівний Ав, інакше вихідний сигнал рівний Ан. У загальному випадку в якості вхідних і вихідних сигналів схеми порівняння можуть виступати різні параметри постійного струму. Але найчастіше під Ав і Ан мають на увазі напруги.

Слід зазначити, що в загальному випадку напруга Uв і Uн можуть відрізнятися як за величиною, так і за знаком. Проте на практиці найбільшого поширення набули пристрої, що формують на виході або напруги протилежної полярності при практично рівних абсолютних значеннях, або напруги однієї полярності. Перший випадок характерний для використання в якості схеми порівняння операційного підсилювача (ОП), друга – при використанні спеціалізованих інтегральних схем. У другому випадку вихідні напруги компаратора узгоджені за величиною і полярністю з сигналами, що використовуються в цифровій техніці.

Тому можна сказати, що вхідний сигнал компаратора носить аналоговий характер, а вихідний – цифровий. Унаслідок цього компаратори часто виконують роль елементів зв'язку між аналоговими і цифровими пристроями, тобто виконують роль простих аналого-цифрових перетворювачів.

Повертаючись до термінології, слід зазначити, що, як правило, безпо-се-ре-дньо під компаратором розуміють спеціалізований пристрій. При використанні в якості схеми порівняння ОП говорять про компараторний режим його роботи. Слід зазначити, що для створення такого режиму роботи ОП звичайно охоплюють ланцюгом зворотного зв'язку, тоді як у спеціалізованому компараторі такий зв'язок не потрібний. Для з'ясування принципів, закладених в основу роботи пристроїв порівняння аналогових сигналів, розглянемо роботу ОП без ланцюгів ОС при великих амплітудах вхідного сигналу.

Розділ 1. Робота операційного підсилювача при великих амплітудах вхідного сигналу

Розглянемо випадок, коли не виконується умова, що при всіх змінах вхідної напруги вихідна напруга не досягає свого максимально можливого рівня. Для цього звернемося до схеми інвертуючого підсилювача, наведеної на рис. 1.1, а. У даній схемі еталонний рівень напруги, з якою порівнюється вхідний сигнал, рівний нулю.

Рис. 1.. Схема детектора нуля (а), її передавальна характеристика (б) і тимчасові діаграми, що пояснюють роботу у разі Um > Uвих.max / KU0 (в)

Припустимо, що ОП володіє деяким, відмінним від нескінченності, коефіцієнтом посилення KU0 і на вхід підсилювача подано змінну напругу
uвх = Umsіnщt, причому амплітуда сигналу Um більше максимального значення вхідного сигналу, що забезпечує роботу підсилювача без обмеження вихідної напруги, тобто |Um|Uвих.max| / KU0 (див. рис. 1.1, б). Тимчасові діаграми, що пояснюють роботу підсилювача в цьому випадку, наведені на рис. 1.1, в.

Неважко помітити, що чим більше за абсолютним значенням Um, тим меншу частину періоду зберігатиметься пропорційність між вхідною і вихідною напругами і тим довше вихідна напруга ОП буде рівна своєму максимуму.

Знайдемо залежність тривалості інтервалу, протягом якого існує пропорційність між вхідною і вихідною напругами ОП і параметрами підсилювача і вхідного сигналу. При цьому вважатимемо, що операційний підсилювач ідеальний (виключаючи припущення про нескінченність коефіцієнта посилення); максимально і мінімально можливі вихідні напруги ОП рівні, тобто |–Uвих.max| = Uвих.max; для амплітуди вхідного сигналу справедливе співвідношення

Um> Uвих.max / KU0.

З урахуванням зроблених допущень визначимо тривалість тимчасового інтервалу, протягом якого в схемі на рис. 1.1, а зберігається пропорційність між вхідною і вихідною напругами.

Оскільки передбачається, що Um> Uвих.max / KU0, то можна рахувати зміну вхідної напруги на інтервалі t2 ... t3 лінійною. Для простоти визначимо швидкість цієї зміни в момент t = Т / 2. Тоді |

(1.1)

Використовуючи отриманий вираз для тривалості інтервалу зміни вихідної напруги від –Uвих.max до Uвих.max, отримаємо |

?t = t3 – t2 = 2 |Uвих.max| / (KU0Umщ). | (1.2)

Очевидно, що для зміни вихідної напруги від Uвих.max до –Uвих.max буде потрібний такий же час.

Таким чином, на виході ОП формується напруга, що формою наближається до прямокутної.

Для даної схеми можна однозначно сказати, що якщо вихідна напруга Uвих рівна Uвих.max, та вхідна напруга менша або рівна –Uвих.max / KU0, а якщо Uвих рівна –Uвих.max, то вхідна напруга більша або рівна Uвих.max / KU0.

Отже, схему на рис. 1.1, а можна розглядати як електронний пристрій (ЕП), що дозволяє контролювати величину і полярність вхідної напруги.

Слід зазначити, що якщо вхідний сигнал перебуває в діапазоні
–Uвих.max / KU0 < uвх < Uвих.max / KU0, то у відповідності з наведеним вище визначенням компаратора вихідний сигнал ОП не може бути класифікований. Отже, даний діапазон вхідної напруги є невизначеним (неідентифіковуваним).

Наявність неідентифіковуваного діапазону зміни вхідної напруги фактично приводить до погрішності визначення його рівня. Абсолютна величина цієї погрішності за умови Uвих.max = |–Uвих.max| визначається значенням |

? = Uвих.max KU0. | (1.3)

Для зменшення погрішності визначення вхідної напруги необхідно зменшувати інтервал вхідних неідентифіковуваних напруг досягається, якщо часовий інтервал t2 ... t3 прагне до нуля. При цьому на виході ОП формуватиметься ідеальна прямокутна напруга.

Проаналізуємо вираз (1.2) з погляду виконання умови ?t > 0. Виконання цієї умови можна добитися або зменшенням розмаху вихідної напруги Uвих.max, або збільшенням добутку KU0Umщ.

Амплітуда вхідної напруги Um і її частота щ є, як правило, величинами заданими. До того ж збільшення частоти сигналу хоч і приводить до зменшення абсолютного значення

Сторінки: 1 2 3 4 5