ΣΥΓΚΡΙΤΕΣ Πολλές φορές είναι απαραίτητο να συγκρίνουμε δύο τάσεις για να βρούμε ποια είναι μεγαλύτερη ή για να καθορίσουμε ένα κατώφλι λειτουργίας. Παράδειγμα είναι ο θερμοστάτης που μετατρέπει τη θερμοκρασία σε τάση. Όταν η τάση που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία του δωματίου είναι μικρότερη από αυτή που έχουμε ορίσει στο θερμοστάτη (θέση κατώφλι του θερμοστάτη) το σύστημα δημιουργεί ένα σήμα διαφοράς που ενεργοποιεί το καλοριφέρ. Η πιο απλή μορφή Συγκριτή είναι ο Συγκριτής Κόρου, ο οποίος είναι ένας διαφορικός ενισχυτής με Τ.Ε. Αν η μη Αναστρέφουσα είσοδος (+) του Τ.Ε συνδεθεί με μία τάση Ε, ενώ η αναστρέφουσα είσοδος (-) είναι σε δυναμικό μηδέν, τότε στην έξοδο O εμφανίζεται τάση + SAT αν η Ε Ι είναι θετικότερη από, και SAT αν η Ε Ι είναι αρνητικότερη από. ( SAT = Τάση κόρου περίπου όση και η CC ). Αν αντί της εισόδου (+) χρησιμοποιηθεί η είσοδος (-), όπως φαίνεται και στο σχήμα τότε όταν η Ε Ι είναι θετική η έξοδος γίνεται ίση με SAT ενώ όταν η Ε Ι είναι αρνητική η έξοδος ισούται με + SAT. π.χ Να βρεθεί η Ελάχιστη τάση εισόδου που οδηγεί την έξοδο στον κόρο. Σαν Τ.Ε χρησιμοποιείται ο 74 για τον οποίο γνωρίζουμε ότι : ) Το κέρδος ανοιχτού βρόχου του 74 είναι Α=. περίπου. 85
) Η τάση τροφοδοσίας του είναι cc=5 και EE =-5. E 5 OUT CC = = = 5. = 5m A A. Παρατηρούμε ότι πολύ μικρή τάση εισόδου μπορεί να αλλάξει την κατάσταση στην έξοδο. Όταν γίνεται αλλαγή από τη μία κατάσταση στην άλλη απαιτείται ένας μικρός χρόνος. Ο χρόνος αυτός ονομάζεται χρόνος απόκρισης t r και οφείλεται στα φαινόμενα παρασιτικής χωρητικότητας του κυκλώματος. Για τον Τ.Ε 74 ο χρόνος αυτός είναι γύρω στα 4 μs. Σημείο Αποκοπής (Trip Point) ή Κατώφλι (Threshold) ή Αναφορά (eference) ενός Συγκριτή είναι η τιμή της τάσης εισόδου για την οποία η έξοδος αλλάζει κατάσταση. Από + SAT σε SAT. Οι προηγούμενοι δύο συγκριτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για σύγκριση της τάσης εισόδου Ε Ι, με ένα δυναμικό ref διάφορο του μηδενός. Αυτό γίνεται με την εφαρμογή του δυναμικού ref στη μια από τις δύο εισόδους του Τ.Ε. Ο Συγκριτής αυτού του τύπου ονομάζεται Συγκριτής ορίου. out +sat ref Ε Ι -sat Προβλήματα :Με τους Συγκριτές που εξετάστηκαν μέχρι τώρα υπάρχουν μερικά προβλήματα. Πρώτον, η έξοδος O δεν αλλάζει στιγμιαία μεταξύ των τιμών SAT και + SAT. Δεύτερον, όταν η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο εισόδων του Τ.Ε είναι μηδέν, η έξοδος O δεν είναι ακριβώς. Μερικές φορές επίσης, καθώς η διαφορά δυναμικού μεταξύ των εισόδων προσεγγίζει την τιμή, η έξοδος O ταλαντούται λόγω της παρουσίας θορύβου, μεταξύ των τιμών + SAT και SAT. Για τους λόγους αυτούς χρησιμοποιούνται στην πράξη βελτιωμένοι τύποι συγκριτών. 86
Στους Συγκριτές αυτούς δημιουργούμε μια υστέρηση Δ στην χαρακτηριστική του Συγκριτή. Συγκριτής με θετική ανάδραση (SCHMTT TGGE) Με την κατάλληλη σύζευξη της εξόδου του Τ.Ε με την είσοδο (+) εισάγεται μια θετική ανάδραση. Η επίδραση της θετικής ανάδρασης κατά κανόνα οδηγεί σε αστάθεια, γεγονός που βελτιώνει τα χαρακτηριστικά των συγκριτών. Στο παρακάτω κύκλωμα φαίνεται το κύκλωμα Συγκριτή με χρήση θετικής ανάδρασης. Η τάση ref εξαρτάται από την έξοδο, δηλαδή είναι ref =. O + E O +sat out ref ref ref -sat Συγκριτής με Θετική Ανάδραση όπου η τάση O βρίσκεται σε δυναμικό + SAT ή SAT. Όταν η είσοδος Ε Ι είναι μικρότερη από τη ref η έξοδος είναι ίση με + SAT. Αν τώρα η Ε Ι τείνει να γίνει κάπως πιο θετική από τη ref η έξοδος O μικραίνει. Επειδή μόνο ένα ποσοστό της O μεταφέρεται στη είσοδο (+), η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο εισόδων του Τ.Ε αυξάνει. Τότε, η έξοδος O πολύ γρήγορα οδηγείται στο δυναμικό SAT. Ο χρόνος που απαιτείται για τη μεταβολή της εξόδου από + SAT σε SAT είναι της τάξης αρκετών μs. Λειτουργία : Λόγος Ανάδρασης B = SAT CC + Έστω ότι η έξοδος είναι (+ sat ) τότε στην μη αναστρέφουσα είσοδο φθάνει μια τάση ref = +. SAT, αυτή η τάση ενισχύεται οπότε η έξοδος κρατά την κατάσταση + αυτή. Αν τώρα η είσοδος γίνει μεγαλύτερη από την ref (θετική) τότε η έξοδος οδηγείται σε SAT και μέσω της ανάδρασης η ref =. SAT. + Παρατηρούμε ότι εδώ υπάρχουν δύο τάσεις αναφοράς (δύο κατώφλια). Η Έξοδος παραμένει στην κατάσταση που βρίσκεται μέχρι η είσοδος να υπερβεί την τάση αναφοράς για αυτή την κατάσταση. Η Υστέρηση του παραπάνω συγκριτή είναι Δ =.B. SAT 87
Μετακίνηση Κατωφλίων Αν θέλουμε το κέντρο του βρόχου υστέρησης να μην βρίσκεται στο μηδέν τότε πρέπει να μετακινήσουμε τα κατώφλια. Η μετακίνηση γίνεται με την εφαρμογή θετικής ή αρνητικής τάσης στο βρόχο ανάδρασης όπως στο παρακάτω σχήμα. out E O +sat Δv ref ref ref S -sat A Συγκριτής με Θετική Ανάδραση O Λόγος Ανάδρασης είναι B = ( // ) + ( // ) Η τάση του κέντρου του βρόχου υστέρησης είναι CEN =. + A. ref = CEN + B SAT ref = CEN B. SAT = = ( + B. ) ( B. ) =. B. =. ref ref CEN SAT CEN SAT SAT + ( // ). SAT ( // ) Άσκηση η Να σχεδιαστεί η τάση εξόδου του παρακάτω κυκλώματος συναρτήσει της Ei εισόδου. 6 ref +5v 4 t 5 Eo -6-5v Eout Ei +5 t -5 88
Άσκηση η Να προσδιοριστούν οι πολικότητες των εξόδων όταν CC CC CC a) > β) > > γ ) > > δ ) Τι συμπεραίνετε με βάση τις εξόδους. CC CC > O O - DD Άσκηση η Στο παρακάτω κύκλωμα είναι >. Να βρεθεί η τάση εξόδου για τις παρακάτω περιπτώσεις εισόδου. a) > ) > > γ ) N > β N ΙΝ O Άσκηση 4 η Στην Αρνητική είσοδο Τ.Ε συμμετρικής τροφοδοσίας εφαρμόζεται μια πλήρως ανορθωμένη τάση (μονοφασική) MAX =. Να υπολογιστεί ποια σταθερή τάση + πρέπει να εφαρμόσουμε στη θετική είσοδο του Τ.Ε ώστε το duty cycle της κυματομορφής εξόδου να είναι 5%. Δίνονται ημ =/, ηµ 45 =, ηµ 6 =, ηµ 9 = 89
+ π t t t π ωt Πρέπει t=t cc o t =t =5% t + t = π t = t = π/ t = t / = π/4 = 45 π t t t π ωt - DD = M. ηµ ( ωt + φ) =. ηµ 45 =. = 5... olt cc i OP o - DD 9