Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Kompar´atorok alkalmaz´asa Nagy Gergely BME EET
2012. ´aprilis 4. ebook
ready
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
1
Bevezet´es A kompar´atorok defin´ıci´ oja ´es rajzjele Kompar´atorok ´es m˝ uveleti er˝ os´ıt˝ ok A kompar´atorok tulajdons´agai A nem-ide´alis kompar´atorok tulajdons´agai
2
Fel´ep´ıt´es¨ uk
3
Hiszter´ezises kompar´atorok
4
Alkalmaz´asuk
5
Irodalom
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
A kompar´atorok defin´ıci´oja ´es rajzjele
A kompar´atorok k´ et anal´ og fesz¨ ults´ eget fogadnak, kimenet¨ uk bin´aris ´ert´ek, amely megmondja, hogy a pozit´ıv bemenet magasabb potenci´ alon van-e, mint a negat´ıv. Tulajdonk´eppen egy-bites A/D ´ atalak´ıt´ ok.
+ _
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Kompar´atorok ´es m˝uveleti er˝os´ıt˝ok
Egy visszacsatolatlan m˝ uveleti er˝ os´ıt˝ o is kompar´atork´ent m˝ uk¨odik. A korai kompar´atorok leegyszer˝ us´ıtett m˝ uveleti er˝os´ıt˝okh¨oz hasonl´ıtottak. M´ara azonban ez nem igaz: a modern kompar´atorok a feladatra lettek optimaliz´alva, egy m˝ uveleti er˝ os´ıt˝ o kompar´ atork´ ent haszn´ alva: lassabban m˝ uk¨ odik, mint a kompar´ atorok, nem rendelkezik olyan speci´ alis tulajdons´ agokkal, amelyekkel a modern kompar´ atorok (pl. be´ep´ıtett hiszter´ezis, bels˝ o referencia fesz¨ ults´eg).
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
A kompar´atorok tulajdons´agai Nagyon gyors kapcsol´ asra tervezik ˝ oket, ´ıgy nincsen benn¨ uk frekvencia-kompenz´aci´ o. ´ aban van benn¨ Altal´ uk be´ ep´ıtett hiszter´ ezis annak ´erdek´eben, hogy ha a k´et bemenet potenci´alja nagyon k¨ozel van egym´ashoz, akkor ne oszcill´aljon a kimenet. Manaps´ag jellemz˝ oen van benn¨ uk lekapcsol´ asi lehet˝ os´ eg a fogyaszt´as minimaliz´al´asa ´erdek´eben. L´eteznek eg´eszen kis t´ apfesz¨ ults´ egr˝ ol m˝ uk¨ od˝o kompar´atorok (pl. MAX9100: 1,0 V) Fontos szempont a kis helyfoglal´ as is – tipikus tokok: SOT23 (Small Outline), SC70, UCSP (Ultra Chip Scale Package). Gyakori alkalmaz´as az, hogy egy fesz¨ ults´eg-´ert´eket egy referenci´ahoz hasonl´ıtanak, ez´ert sok kompar´ atorban van be´ ep´ıtett fesz¨ ults´ eg-referencia.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
A nem-ide´alis kompar´atorok tulajdons´agai I. Kompar´ al´ asi fesz¨ ults´ eg: be´ep´ıtett hiszter´ezis n´elk¨ uli kompar´atorokban az a fesz¨ ults´eg, amelyet el kell ´erni a k´et bemenet k¨oz¨ott, hogy a kimenet ´atv´altson (ide´alisan ez 0 V). Ennek az ´ert´eknek a f¨ ugg´ese a t´apfesz¨ ults´egt˝ ol a kompar´atorok egyik j´ os´agi t´enyez˝ oje: a t´ apfesz¨ ults´ eg-elnyom´ as (PSRR – Power Supply Rejection Ratio) m´er˝osz´ama. A t´apfesz¨ ults´eg ingadoz´asa okozta hib´ak cs¨ okkenthet˝oek u ´gy, hogy egy kb. 0.1-1 µF-os kondenz´ atort helyez¨ unk VCC ´ es VEE k¨ oz´ e, k¨ ozel a pozit´ıv t´ apfesz¨ ults´ eg l´ ab´ ahoz. Ez k¨ ul¨on¨osen akkor fontos, ha a t´apforr´asnak nagy a kimeneti impedanci´aja, hossz´ u a t´apvezet´ek, zavarokkal terhelt k¨ ornyezetben haszn´aljuk az ´aramk¨ort, gyors tranziensek l´epnek fel.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
A nem-ide´alis kompar´atorok tulajdons´agai II.
Bemeneti ellen´ all´ as: a kompar´ator bemeneteinek a f¨oldh¨oz viszony´ıtott ellen´all´asa (ide´alisan v´egtelen): miatta van bemeneti ´aram, ez terheli a meghajt´ o fesz¨ ults´eg-gener´atort, aminek a bels˝ o ellen´all´as´an fesz¨ ults´eg esik, ami hiba-fesz¨ ults´ egk´ ent (error voltage) jelenik meg.
Bemeneti ´ aram (bias current): a bemenetek ´aramainak az ´atlaga – manaps´ag ez ak´ar 1 nA is lehet szobah˝om´ers´ekleten.
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
A nem-ide´alis kompar´atorok tulajdons´agai III.
Bemeneti fesz¨ ults´ eg-tartom´ any: az a tartom´any, amelyen bel¨ ul a bemenetek potenci´alja v´altozhat. A kis t´apfesz¨ ults´egek miatt megjelentek az u ´n. Beyond-the-rail kompar´atorok, amelyek bemenete ak´ar 250 mV-tal is t´ ulmehet a t´aps´ınek fesz¨ ults´eg´en.
Kimeneti fesz¨ ults´ eg-tartom´ any: az a tartom´any, amelyet a kimeneti potenci´al k´epes bej´arni (ide´alisan a teljes t´aptartom´any). Bipol´aris kompar´atorokn´al a kimenet k¨ oz¨ os emitteres, ez´ert mindk´et ir´anyban van egy VCEsat ´ert´ek˝ u fesz¨ ults´eges´es. MOSFET kompar´atorok, kis kimeneti ´aramok eset´en k¨ozelebb tudnak menni a t´aps´ınekhez.
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
A nem-ide´alis kompar´atorok tulajdons´agai IV. K´ esleltet´ esi id˝ o (propagation delay): egy bemeneti v´altoz´as ´es a hat´as´ara bek¨ ovetkez˝ o kimeneti v´alt´as k¨ozt eltel˝o id˝o. Jele: tpd . K´et hat´ast fogal mag´aban: a jel ´athalad´asa az ´aramk¨ or¨ on, a kimeneti fokozat fel/lefut´asi k´esleltet´ese.
A k´ esleltet´ est befoly´ asol´ o t´ enyez˝ ok: h˝ om´ers´eklet, terhel˝ o kapacit´as, t´apfesz¨ ults´eg, az u ´n. input overdrive – a bemeneti fesz¨ ults´egnek a kompar´al´asi fesz¨ ults´eget meghalad´ o r´esze. Az ut´ obbi kett˝ o´ altal´ aban min´el nagyobb, ann´ al gyorsabb a v´ alaszid˝ o.
Skew: az invert´al´ o illetve nem-invert´al´ o bemenetekre vonatkoztatott k´esleltet´es (tpd− illetve tpd+ ) k¨ozti k¨ ul¨onbs´eg. Aszimmetrikus viselked´est, jeltorzul´ast okoz.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
1
Bevezet´es
2
Fel´ep´ıt´es¨ uk Az LM139 Az LM139 ´aramgener´atora A bemeneti fokozat A kimeneti fokozat
3
Hiszter´ezises kompar´atorok
4
Alkalmaz´asuk
5
Irodalom
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Az LM139
Bipol´aris, open-collectoros egyszer˝ u fel´ep´ıt´es˝ u kompar´ator. Kis fogyaszt´as´ u, kis offszet˝ u, sz´eles t´aptartom´anyban m˝ uk¨od˝o eszk¨oz. Egy tokban n´egy kompar´ator tal´alhat´ o.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Az LM139 ´aramgener´atora I. A Q9 − Q13 tranzisztorok, D3 − D5 di´ od´ak ´es az R ellen´all´as alkotj´ak az ´aramgener´atort. A gener´ ator fel´ eled´ ese: 1 2 3 4
5
A t´apfesz¨ ults´eg bekapcsol´asakor az ´aram ´atfolyik a Q13 JFET-en ´es kinyitja a D5 di´ od´at. Ekkor D5 an´ odj´an VBE fesz¨ ults´eg jelenik meg, ami kinyitja a Q12 tranzisztort. ´Igy ´aram´ ut ny´ılik Q9 ´es Q10 sz´am´ara a f¨ old fel´e, teh´at kinyitnak. Ennek hat´as´ara D3 ´es D4 kinyit, Q11 b´azisa 2 · VBE potenci´alra ker¨ ul, aminek hat´as´ara Q11 ´es Q12 k¨oz¨os emitterpontja VBE potenci´alon lesz. ´Igy Q12 elz´ar´ odik (hiszen VBE12 = 0), ´es innent˝ol Q9 -et ´es Q10 -et D3 , D4 ´es Q11 tartja nyitva.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Az LM139 ´aramgener´atora II.
A munkapont-be´all´ıt´ o vezet´ek (Q9 , Q10 , Q14 –Q17 b´azisai) potenci´alja VCC − VBE stabilan. Ennek el˝onye, hogy a Q14 –Q17 tranzisztorok b´ azis-emitter fesz¨ ults´ ege: VBE14−17 = VCC − (VCC − VBE ) = VBE teh´at egy t´ apfesz¨ ults´ eg-f¨ uggetlen ´ert´ek, ´ıgy az ´ altaluk szolg´ altatott ´ aram is nagy m´ ert´ ekben f¨ uggetlen a t´ apfesz¨ ults´ egt˝ ol.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
A bemeneti fokozat A bemenetet a Q1 − Q4 Darlington-p´ arokb´ ol ´ all´ o differenci´ al-fokozat alkotja. A Q14 ´es Q16 ´altal megval´ os´ıtott ´aramgener´atorok szerepe: gyors´ıtj´ ak a Q1 ´ es Q4 emitterein l´ ev˝ o parazita kapacit´ asok felt¨ olt˝ od´ es´ et, ´ıgy n¨ ovelve a bemeneti meredeks´ eget (slew rate). A D1 ´es D2 gyors´ıtj´ak a potenci´alv´altoz´ast a Q1 ´es Q2 emietter´en, amikor nagy a fesz¨ ults´egv´altoz´as a bemeneten. A Q5 -Q6 tranzisztorok ´altal alkotott ´ aramt¨ uk¨ or aszimmetriz´ alja a differenci´ alfokozatot ´ es vez´ erli a kimeneti fokozat Q7 tranzisztor´at.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
A kimeneti fokozat A Q7 tranzisztor vagy elvezeti a Q17 ´aramgener´ator ´aram´at ´es ezzel elz´arja a kimeneti Q8 tranzisztort, vagy maga z´ar´odik el ´es ekkor Q17 ´arama Q8 -on folyik ´at. A kimeneten open collector van, teh´at ´ aramkimenet˝ ua kompar´ ator. Ez lehet˝os´eget ad t´ apfesz¨ ults´ eg-v´ alt´ asra (ld. k´es˝obb) sz´eles tartom´anyon: Vsout = GN D + VCEsat (=∼ 100 mV) − 36 V. A Q8 tranzisztor ak´ar 15 mA-t is el tud nyelni. Kikapcsolt ´allapotban, 5 V-os t´apfesz¨ ults´egn´el egy kompar´ator a n´egyb˝ol 1 mW-ot fogyaszt.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
1
Bevezet´es
2
Fel´ep´ıt´es¨ uk
3
Hiszter´ezises kompar´atorok Hiszter´ezis n´elk¨ uli kompar´ator Hiszter´ezis l´etrehoz´asa Schmitt-trigger hiszter´ezis kompar´atorral
4
Alkalmaz´asuk
5
Irodalom
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Hiszter´ezis n´elk¨uli kompar´ator
+ _
A probl´ ema a fenti ´ aramk¨ orrel: A kompar´ator arra van optimaliz´alva, hogy ha a k´et bemenete k¨ ozt a lehet˝ o legkisebb k¨ ul¨ ons´eg van, akkor a kimenete a megfelel˝ o ir´anyban maxim´alisan t´erjen ki (logikai ´ert´ek) ´es tegye ezt a lehet˝ o legnagyobb sebess´eggel. Ha az egyik bemenet egy fixen r¨ ogz´ıtett ´ert´ek ´es a m´asik pontosan ek¨ or¨ ul ingadozik, akkor a kimenet a k´et t´aps´ın k¨oz¨ott ugr´al.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Hiszter´ezis l´etrehoz´asa I. A m˝ uk¨ od´ es: 1
tfh. a bemenet a referencia f¨ol´e ker¨ ul (Vin > Vref ),
2
ennek hat´as´ara Vout a f¨oldh¨oz k¨ ozeledik, ami cs¨okkenti V+ ´ert´ek´et is, hiszen
_ +
V+ = 3
Hiszter´ ezis l´ etrehoz´ asa pozit´ıv visszacsatol´ assal
Vout · R1 + Vref · R2 , R1 + R2
ett˝ ol m´eg jobban n˝o a t´avols´ag a bemenetek k¨ ozt, vagyis m´eg gyorsabban k¨ ozeledik a f¨old fel´e a potenci´al.
Ford´ıtott ir´any´ u v´altoz´asok eset´en is gyors´ıt´ o hat´as l´ep fel – ennek oka a pozit´ıv visszacsatol´ as.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Hiszter´ezis l´etrehoz´asa II.
Annak ´erdek´eben, hogy a kimenet kell˝ oen k¨ ozel tudjon ker¨ ulni VCC -hez ´es se a visszacsatol´o ´aramk¨ or, se a terhel´es ne h´ uzza le: _ +
Rpull−up < Rload Rpull−up < R1 ¨ olszab´ Ok¨ aly: a javasolt visszacsatol´as: 1 % (a t´apfesz¨ ults´eg 1 %-a) – teh´at: R1 = 100 · R2
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Schmitt-trigger hiszter´ezises kompar´atorral I.
Be´ all´ıthat´ o a triggerel´ esi szint: _ +
A referenciak´ent szolg´al´o VA potenci´al ´ert´ek´et az R1 − R3 ellen´all´asok ´es a kimenet aktu´alis ´ert´eke hat´arozza meg.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Schmitt-trigger hiszter´ezises kompar´atorral II. A kompar´ al´ asi szintet a kimenet ´ ert´ eke befoly´ asolja: (a) amikor a kimenet magas ´ert´ek˝ u, akkor R3 R1 -gyel kapcsol´odik p´arhuzamosan, ´ıgy (a)
(b)
R2 = VA1 = VCC · (R1 ×R 3 )+R2 2 VCC · 3 = 10 V
(b) amikor Vout = 0: R2 ´es R3 p´arhuzamos: _ +
R2 ×R3 VA2 = VCC · R1 +(R = 2 ×R3 ) 1 VCC · 3 = 5 V
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Schmitt-trigger hiszter´ezises kompar´atorral III. Ha a fesz¨ ults´eg kis ´ert´ek˝ u: a kimenet magas. Amikor el´eri a VA1 szintet, ´atv´alt alacsonyba. Ha elkezd cs¨ okkenni, el kell ´ernie a VA2 szintet, hogy ism´et magas ´ert´ek˝ u legyen.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Schmitt-trigger hiszter´ezises kompar´atorral IV. Alternat´ıv Schmitt-trigger kapcsol´ as kompar´atorral. A hiszter´ezis´ert felel˝ os visszacsatol´ as a bemeneti ´ agban van. Az invert´ al´ o bemenetre fesz¨ ults´ eg-referencia kell, de mivel a bemenet ´aram k¨ ozel 0, egy ellen´all´asoszt´ o is megfelel.
_ +
Alternat´ıv Schmitt-trigger kapcsol´ as kompar´ atorral
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Schmitt-trigger hiszter´ezises kompar´atorral V. A kompar´ al´ asi szintet a kimenet ´ ert´ eke befoly´ asolja: (a) amikor Vin kicsi → Vout = 0 V, teh´at a ↑ v´alt´ashoz: Vin1 =
(a)
(b)
_
' 10 V
(b) amikor Vout = VCC ´ert´ekre v´alt, az u ´j trigger ´ert´ek: Vin2 =
+
Vref ·(R1 +R2 ) R2
Vref ·(R1 +R2 )−VCC ·R1 R2
' 5V
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
1
Bevezet´es
2
Fel´ep´ıt´es¨ uk
3
Hiszter´ezises kompar´atorok
4
Alkalmaz´asuk Logikai szintv´alt´o Bipol´aris-unipol´aris v´alt´ o Null´atmenet-´erz´ekel˝ o Abszol´ ut´ert´ek kompar´ator Rezg˝ok¨or¨ok Pulzussz´eless´eg-modul´aci´ o Cs´ ucsegyenir´any´ıt´ o ´ Aram-tartom´ any m´er˝ o Ablak-detektor
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Logikai szintv´alt´o
Azt haszn´ aljuk ki, hogy ´ aramkimenet˝ u az eszk¨ oz.
_ +
Mindig u ¨gyelni kell arra, hogy a fesz¨ ults´egszintek mindig a megengedett ´ert´ekek alatt maradjanak.
A felh´ uz´o ellen´all´as limit´alja a kimeneti ´aramot – itt a kimeneti tranzisztor ´altal maxim´alisan elnyelhet˝o ´aram´ert´eket kell figyelembe venni.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Bipol´aris-unipol´aris v´alt´o I.
+ _
Egy bipol´aris bemeneti jelb˝ ol egy unipol´ aris logikai jelet (n´ egysz¨ ogjel) ´ all´ıt el˝ o.
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Bipol´aris-unipol´aris v´alt´o II.
A VOS potenci´al ´ert´ek´et a csom´ oponti t¨ orv´eny seg´ıts´eg´evel sz´amolhatjuk ki: VOS =
VCC · R2 · R3 + V2 · R1 · R2 R1 · R2 + R1 · R3 + R2 · R3
Az R1 − R3 ´ert´ekeket u ´gy ´erdemes megv´alasztani, hogy a kompar´ator nem-invert´ al´ o bemenet´ enek potenci´ alja a gerjeszt˝ o jel legnegat´ıvabb ´ ert´ ek´ en´ el se legyen kisebb, mint a megengedett legkisebb ´ert´ek (pl: -0,3 V (LM139)).
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Null´atmenet-´erz´ekel˝o I. A null´atmenet-´erz´ekel˝ o (zero crossing detector) a nulla potenci´alra kompar´al. Az al´abbi megold´asban a kompar´ator a f¨ old ´es egy pozit´ıv t´apfesz¨ ults´eg k¨oz¨ott u ¨zemel! Az ´aramk¨or haszna: egy szinuszjelet szimmetrikusan n´ egysz¨ oges´ıt.
_ +
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Null´atmenet-´erz´ekel˝o II. Mivel R1 + R2 = R5 , a k´ et bemeneten azonos ellen´ all´ asoszt´ o van. A visszacsatol´ o R6 ellen´ all´ as ´ ert´ eke nagyon nagy (20 MΩ), ´ıgy az ´altala bevitt hiszter´ ezis nagyon kicsi (∼ 10 mV), ugyanakkor a pozit´ıv visszacsatol´as miatt meggyors´ıtja az ´ atv´ alt´ ast. A D1 di´oda biztos´ıtja, hogy a kompar´ ator invert´ al´ o bemenete ne menjen −100 mV al´ a. A di´ oda an´ odja kb. −700mV-on lesz a bemenet negat´ıv f´elperi´ odusaiban, de az R2 − R3 oszt´ o miatt az invert´al´o bemenet v´egig pozit´ıv marad. A bemeneti maxim´alis ´aramterhelhet˝ os´eg D1 param´etereit˝ol f¨ ugg.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Abszol´ut´ert´ek kompar´ator K¨ ul¨ onb¨ oz˝ o polarit´ as´ u fesz¨ ults´ egek abszol´ ut´ ert´ ek´ enek osszehasonl´ıt´ ¨ as´ at v´egzi (V+ pozit´ıv, V− negat´ıv). A di´oda a bemenetet v´edi a nagy negat´ıv fesz¨ ults´egt˝ol. Ha V+ abszol´ ut´ert´eke nagyobb, mint V− : Vc pozit´ıv. Ha V+ abszol´ ut´ert´eke kisebb, mint V− : Vc kicsivel f¨oldpotenci´al alatt (∼ 700 mV vagy afelett).
_ +
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Rezg˝ok¨or¨ok I. A nem-invert´ al´ o bemenet hiszter´ ezises kompar´ ator u ¨zemm´odban m˝ uk¨ odik (mivel R1 = R2 = R3 → a k´et kompar´al´asi fesz¨ ults´eg: 31 VCC ´es 23 VCC ).
Az invert´al´ o oldalon a kondenz´ ator a kimenet ´ ert´ ek´ et˝ ol f¨ ugg˝ oen t¨ olt˝ odik, vagy kis¨ ul. _ +
Az invert´ al´ o bemenet miatt instabil a kapcsol´ as: amikor t¨ oltj¨ uk a kondenz´atort (kimenet VCC ), akkor k¨ ozeled¨ unk a kimenetet f¨ oldre h´ uz´o ´ert´ek fel´e.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Rezg˝ok¨or¨ok II. Tfh. Vout magas, teh´at V− < V+ ,
VA1 = 2 V 3 CC
VA2 = 1 V 3 CC
ekkor Vout = VCC , teh´at R4 -en kereszt¨ ul C t¨olt˝odik (R5 -¨ on nem esik, fesz¨ ults´eg → nem folyik ´aram) ´es VA = VA1 = 23 VCC , amikor VC = VA1 → Vout ´atv´alt GND-re ´es VA = VA2 = 13 VCC ,
_ +
ekkor R4 -en ´at kis¨ ul a kondenz´ator, am´ıg el nem ´eri VA2 -t, amikor a kimenet u ´jb´ ol magas lesz.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Rezg˝ok¨or¨ok III. A rezg˝ok¨or kit¨ olt´ esi t´ enyez˝ oje be´ all´ıthat´ o, ha k¨ ul¨onb¨oz˝o ellen´all´asokon kereszt¨ ul t¨ oltj¨ uk, illetve s¨ utj¨ uk ki a kondenz´atort. T¨olt´es: R4 − D1 -en kereszt¨ ul (meghat´arozza: t1 -et). Kis¨ ut´es: R5 − D2 -n kereszt¨ ul (meghat´arozza: t2 -t).
_ +
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Pulzussz´eless´eg-modul´aci´o I. A n´ egysz¨ ogjel-gener´ atorb´ ol PWM-gener´ator alak´ıthat´o ki u ´gy, hogy egy bemeneti jel seg´ıts´eg´evel eltoljuk a kompar´ al´ asi szinteket. RC -t cs¨okkentve n˝ o a bemeneti jelre (VC ) val´o ´erz´ekenys´eg. R1 ´es C1 a k¨oz´epfrekvenci´at ´all´ıtj´ak be.
_ +
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Pulzussz´eless´eg-modul´aci´o II.
VA1 =
2 · VCC + 10 · VC 13
VA2 =
VCC + 10 · VC 13
(b) (a)
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Cs´ucsegyenir´any´ıt´o I. A di´ od´ as cs´ ucsegyenir´ any´ıt´ o kapcsol´ as jav´ıtott v´ altozata. Elt˝ unik a nyit´ofesz¨ ults´eg okozta hiba. A kimenet maxim´alis ´ert´eke: VCC − VCEsat
_ +
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Cs´ucsegyenir´any´ıt´o II. A negat´ıv cs´ ucsir´any´ıt´ on´al kihaszn´aljuk, hogy az LM139-nek open collectoros a kimenete, ´ıgy nincs sz¨ uks´ eg k¨ uls˝ o tranzisztorra.
+ _
Irodalom
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
´ Aram-tartom´ any m´er˝o + _
H˝ om´er˝ o-elv˝ u a kimenet. A be´ep´ıtett referenci´at egy nem-invert´al´ o alapkapcsol´as er˝os´ıti: R1 V = Vref · 1 + R2
+ _ + _
´ıgy R1 ´es R2 seg´ıts´eg´evel ´all´ıthat´o be a kompar´al´asi tartom´any fels˝o hat´ara.
+ _ + _
Az Rshunt ellen´all´ason lesz a m´erend˝ o ´aramb´ ol fesz¨ ults´eg, az R4 − R7 ellen´all´asok ´all´ıtj´ak be a kompar´al´asi szinteket.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Ablak-detektor I.
+ _
+ _
Azt figyeli, hogy a bemenet egy adott fesz¨ ults´ eg-tartom´ anyban van-e. P´eld´aul Li-ion elemekn´el: 2,9 V alatt: lemer¨ ult 3,6 V: nomin´alis ´ert´ek 4,2 V: cs´ ucs t¨olt´es
teh´at a [2, 9 − 4, 2] tartom´anyban megfelel˝o a telepfesz¨ ults´eg ´ert´eke.
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Irodalom
Ablak-detektor II. Ha a fesz¨ ults´ eg t´ ul nagy, akkor IN B− a fesz¨ ults´eg-referencia ´ert´eke f¨ ol´e megy, ´es az als´o kompar´ator leh´ uzza a kimenetet. Ha a fesz¨ ults´ eg t´ ul alacsony, akkor IN A+ a referencia al´a ker¨ ul, ´es a fels˝o kompar´ator h´ uzza le a kimenetet. A kapcsol´as kihaszn´alja, hogy a kompar´atorok open collectoros kimenettel rendelkeznek, ´ıgy ¨ osszek¨ othet˝ o a k´ et kimenet.
+ _
+ _
Bevezet´ es
Fel´ ep´ıt´ es¨ uk
Hiszter´ ezises kompar´ atorok
Alkalmaz´ asuk
Felhaszn´alt irodalom
”LM139/LM239/LM339—A Quad of Independently Functioning Comparators”, Application Note 74, National Semiconductor ”Selecting the Right Comparator”, Application Note 886, MAXIM
Irodalom
