Struktura

Napěťový komparátor

Napěťový komparátor

Komparátor porovnává napětí přivedená na vstupy + a -. Pokud je vyšší napětí na vstupu +, je na výstupu kladné saturační napětí operačního zesilovače, je-li vyšší napětí na vstupu -, je na výstupu záporné saturační napětí operačního zesilovače. U normálních operačních zesilovačů je saturační napětí výstupu řádově o jeden nebo několik voltů nižší než napětí napájecí. Speciální tzv. rail-to-rail operační zesilovače jsou ovšem konstruovány tak, aby výstupní napětí mohlo dosahovat téměř hodnot napětí napájecího.

Obr. 1: Napěťový komparátor

kde Us+ je kladné saturační napětí na výstupu

Us- je záporné saturační napětí na výstupu

U+ je napětí na neinvertujícím vstupu

U- je napětí na invertujícím vstupu

Schmittův klopný obvod

Schmittův klopný obvod je speciální komparátor, který má hysterezi. To znamená, že jeho  výstup je závislý nejen na hodnotě vstupu, ale i na jeho původním stavu. Podobně jako obyčejný komparátor s operačním zesilovačem, i Schmittův klopný obvod dosahuje na výstupu kladného nebo záporného saturačního napětí.

Pokud je na výstupu například kladné napětí, nedojde k překlopení Schmittova obvodu při pouhém splnění podmínky U+ < U- jako u komparátoru, ale teprve až rozdíl obou napětí dosáhne prahové hodnoty H- . Podobně, pokud je nyní na výstupu záporné saturační napětí, může dojít ke zpětnému překlopení Schmittova obvodu teprve až v momentě, kdy je U+ > U- o více než H+ .

Obr. 2: Schmittův klopný obvod

 

Obr. 3: Diagram Schmittova klopného obvodu

Oba tyto děje jsou znázorněny na obrázku hysterezního diagramu. Je z něj vidět, že Schmittův klopný obvod se v mezích ±H chová jako paměť minulého stavu.

Předpokládejme, že na výstupu je záporné saturační napětí US-. Zvětšujeme-li nyní napětí na vstupu od záporného napájecího napětí, zůstává výstup beze změny, dokud nedosáhne napětí na vstupu H+. V ten okamžik bude také napětí na neinvertujícím stupu „kladnější“, než na invertujícím a výstupní napětí klopného obvodu se skokem změní ze záporného saturačního napětí US- na kladné US+. Zmenšujeme-li nyní napětí na vstupu, musíme dosáhnout hodnoty H-, aby se výstup překlopil zpět na záporné saturační napětí US-. Napětí, při kterém se obvod překlápí, je závislé na výstupním saturačním napětí a poměru odporů R1 a R2:

Další možnosti aplikace operačních zesilovačů

Příklady kmitočtových filtrů realizovaných pomocí operačních zesilovačů:

  • Dolní propust

Obr. 4: Dolní propust

Jedná se o filtr 2. řádu, složený z pasivního a aktivního integračního členu. Pasivní integrační RC člen je tvořen prvky R1, R2 a C1, druhý integrační článek tvoří integrující zapojení operačního zesilovače s prvky R1 a C2.

  • Horní propust:

Obr. 5: Horní propust

Jedná se o filtr 2. řádu, složený z pasivního a aktivního derivačního členu. Pasivní derivační RC člen je tvořen prvky C1, C2 a R1, druhý derivační článek tvoří derivující zapojení operačního zesilovače s prvky C1 a R2.

  • Pásmová propust 1

Obr. 6: Pásmová propust varianta a)

Pásmová propust varianta a) je tvořena operačním zesilovačem, který pracuje jako integračně derivační obvod s vhodně zvolenými dělícími kmitočty tak, aby existovalo frekvenční pásmo, pro které má zapojení maximální přenos. Volbou dělících kmitočtů lze nastavit šířku přenášeného pásma.

  • Pásmová propust 2

 

Obr. 7: Pásmová propust varianta b)

Pásmová propust varianta b) pracuje na podobném principu jako u varianty a). Ve zpětné vazbě operačního zesilovače jsou zapojeny prvky R3 a C2. R3 společně s C1 je součástí derivační části propusti, C2, R1 a R2 tvoří integrační část.

Návrhové nástroje

Pro návrh kmitočtových filtrů se používají různé programy, které využívají především konstruktéři. Příkladem je SW FilterPro.

Obr. 8: Okno programu SW Filter Pro

Okno programu se skládá z pružné nápovědy ve svém levém horním rohu, následuje frekvenční osa, na které se vykreslují aktuálně vypočtené charakteristiky a finální schématický návrh operačních zesilovačů včetně hodnot RC sítě.

 

 

Zdroje

Obrázky

  • Obr. 1: Autor neznámý. Napěťový komparátor. Zapojení s operačním zesilovačem [online]. [cit. 10.9.2012]. Dostupný na WWW: http://newwiki.panska.cz/index.php/Zapojen%C3%AD_s_opera%C4%8Dn%C3%ADm_zesilova%C4%8Dem.
  • Obr. 2: Z archivu autora. Schmittův klopný obvod
  • Obr. 3: Autor neznámý. Diagram Schmittova klopného obvodu. Zapojení s operačním zesilovačem [online]. [cit. 10.9.2012]. Dostupný na WWW: http://newwiki.panska.cz/index.php/Zapojen%C3%AD_s_opera%C4%8Dn%C3%ADm_zesilova%C4%8Dem.
  • Obr. 4: BRINDL, Pavel. Dolní propust. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_19_ Derivační a integrační člen, kmitočtové filtry pomocí OZ. Přerov, 2013.
  • Obr. 5: BRINDL, Pavel. Horní propust. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_19_ Derivační a integrační člen, kmitočtové filtry pomocí OZ. Přerov, 2013.
  • Obr. 6: BRINDL, Pavel. Pásmová propust varianta a). VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_19_ Derivační a integrační člen, kmitočtové filtry pomocí OZ. Přerov, 2013.
  • Obr. 7: BRINDL, Pavel. Pásmová propust varianta b). VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_19_ Derivační a integrační člen, kmitočtové filtry pomocí OZ. Přerov, 2013.
  • Obr. 8: Autor neznámý. Okno programu SW Filter Pro [online]. [cit. 10.9.2012]. Dostupný na WWW: http://www.hw.cz/teorie-a-praxe/bleskovy-navrh-kmitoctovych-filtru.html
Logolink