Асимметричный выходной каскад превращает конденсатор в идеальный диод

Компараторы отлично подходят для преобразования слабых сигналов в цифровые сигналы большого уровня. В описанном здесь примере решается задача обнаружения наличия небольшого сигнала переменного тока частотой 60 Гц, смещенного на постоянный уровень 2.5 В. Когда сигнал отсутствует (ниже заданного порога), уровень напряжения на выходе компаратора должен быть высоким, а при наличии сигнала – низким.

Вебинар «Возможности компании Mornsun в меняющихся условиях рынка. Источники питания для широкого спектра приложений» (26.04.2022)

Особенность схемы заключается в том, что это обязательно требует преобразования сигнала переменного тока в постоянный, тогда как при обычном включении компаратора логические уровни его выхода чередовались бы синхронно с входным сигналом. Классический способ реализации такого преобразователя – использование диода (Рисунок 1).

Традиционная схема, использующая диод и конденсатор C3 для выпрямления выходного сигнала.
Рисунок 1. Традиционная схема, использующая диод и конденсатор C3 для выпрямления выходного
сигнала.

В схеме используется компаратор LT1716. Делитель R2/R3 устанавливают пороговое напряжение 10 мВ, обеспечивающее нормально высокий уровень выходного сигнала, а резистор R6 поддерживает конденсатор C3 в заряженном состоянии. Резистор R4 обеспечивает гистерезис компаратора. При наличии сигнала переменного тока выходное напряжение компаратора U1 переключается между низким и высоким уровнями, а диод D1 выпрямляет его с помощью конденсатора C3.

Проблема здесь заключается в том, что отличный от нуля уровень «лог. 0» выходного сигнала компаратора и падение напряжения на диоде приводят к тому, что общий низкий уровень VOUT схемы не может гарантированно быть меньше 0.4 В, что требуется в большинстве цифровых схем. У разработчика может возникнуть соблазн решить эту проблему, включив после компаратора дискретный транзистор (например, 2N7002), чтобы обеспечить конденсатору слабую подтяжку к шине питания и сильную подтяжку к земле. Но LT1716 и так имеет именно такой выходной каскад, поэтому для уменьшения уровня «лог. 0» достаточно просто удалить диод.

Усовершенствованная схема (Рисунок 2) работает так же, как описано ранее, за исключением того, что выпрямление сигнала происходит за счет асимметрии выходного каскада компаратора, эквивалентные подтягивающие сопротивления которого для втекающего и вытекающего токов различаются более чем на два порядка. Резистор R5 ограничивает пиковое значение тока подтяжки.

Благодаря асимметричному выходному каскаду компаратора U1, в этой улучшенной схеме не требуется диод, что позволяет исключить прямое падение напряжения на диоде.
Рисунок 2. Благодаря асимметричному выходному каскаду компаратора U1, в этой улучшенной схеме
не требуется диод, что позволяет исключить прямое падение напряжения на диоде.

Хотя изначально решалась задача обнаружения сигнала с частотой 60 Гц, постоянная времени R1/C1 обеспечивает входную полосу обнаружения около 700 Гц, которую можно расширить примерно до 40 кГц, если удалить конденсатор C1 (проверено при пиковом уровне сигнала 20 мВ). Скорость изменения выходного напряжения ограничена постоянной времени R5/C3, причем из-за слабой внутренней подтяжки время выключения намного превышает время включения (Рисунок 3).

Лабораторные испытания схемы на Рисунке 2 показывают, что она обнаруживает сигнал переменного тока, смещенный на 2.5 В. Обратите внимание на более медленное выключение по сравнению с включением.
Рисунок 3. Лабораторные испытания схемы на Рисунке 2 показывают, что она
обнаруживает сигнал переменного тока, смещенный на 2.5 В. Обратите
внимание на более медленное выключение по сравнению с включением.

Высокий уровень выходного сигнала определяется напряжением питания 5 В микросхемы LT1716.

  1. Datasheet Analog Devices LT1716
  2. Datasheet Microchip 2N7002

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 900
сейчас смотрят 8
представлено поставщиков 1569
загружено
позиций
25 067 862