LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH	CZWARTEK GODZ. 13^15
	Ćwiczenie nr 11 Temat: Komparatory napięcia
Data wykonania: dn.23-10-97r.	Ocena :

Cel ćwiczenia: zapoznanie się z zasadami działania, właściwościami, parametrami i charakterystykami komparatora oraz technikami jego pomiaru; poznanie układów detektora przejścia przez zero oraz komparatora okienkowego.

Spis przyrządów użytych w pomiarach:

- oscyloskop DT 6620;

- generator funkcji G 432;

- multimetr VC-10T;

- zasilacz ZT 32-06.

I. Badanie detektora przejścia przez zero

1. Pomiar oraz kompensacja wejściowego napięcia niezrównoważenia

a) Schemat układu pomiarowego

2. Wyniki pomiarów wejściowego napięcia niezrównoważenia

U_WYmax = 7,40 V - maksymalne napięcie na wyjściu komparatora w stanie wysokim

U_WYmin = -0,557 V - minimalne napięcie na wyjściu komparatora w stanie niskim

U_pr = (U_WYmax + U_WYmin)/2 = 3,4 V - napięcie progu logicznego komparatora

U_{o (Uwy = Upr)} = 201 mV - napięcie zmierzone w układzie pomiarowym

Wejściowe napięcie niezrównoważenia wynosi :

U_os = = 0,001 U_o = 201 V

3. Kompensacja wejściowego napięcia niezrównoważenia

Kompensacji wejściowego napięcia niezrównoważenia dokonaliśmy w układzie jak na poniższym schemacie. Regulując potencjometrem P1 staraliśmy się uzyskać na wyjściu układu napięcie progu logicznego. Napięcie na wyjściu układu było jednak bardzo niestabilne i wahało się nawet w granicach kilku wolt wokół napięcia progu logicznego.

2. Badanie charakterystyki przejściowej komparatora

1. Schemat układu pomiarowego

b) Tabela wyników pomiarów charakterystyki przejściowej komparatora

Uo [mV]	Uwe [V]	Uwy [V]
-960	-960	7,41
-806	-806	7,4
-617	-617	7,37
-424	-424	7,3
-241	-241	7,12
-146	-146	6,99
-101	-101	6,83
-76	-76	6,75
-69	-69	6,6

Uo [mV]	Uwe [V]	Uwy [V]
-49	-49	6,33
-44	-44	5,9
-43,5	-43,5	5,4
-41,5	-41,5	4,4
-37,5	-37,5	3,86
-36,5	-36,5	3,23
-33,7	-33,7	2,41
-29,6	-29,6	1,76
-23,5	-23,5	1,11

Uo [mV]	Uwe [V]	Uwy [V]
-16,9	-16,9	-0,03
-10	-10	-0,32
39,3	39,3	-0,41
124	124	-0,45
328	328	-0,48
500	500	-0,5
889	889	-0,524
1827	1827	-0,551

U_we = = 0,001 U_o

3. Badanie wpływu zmian napięcia zasilania na wejściowe napięcie niezrównoważenia

1. Schemat układu pomiarowego

b) Tabela wyników pomiaru wpływu zmian napięcia zasilania na wartość wejściowego napięcia niezrównoważenia

Lp.	* E [V]	Uo [mV]	Uos [V]	Uos = = 0,001 Uo
1	8	-210	-210
2	9	-177	-177
3	10	-147	-147
4	11	-115	-115
5	12	-90	-90
6	13	-63	-63
7	14	-45	-45
8	15	0	0

3. Obliczenie wartości współczynnika tłumienia zmian napięcia zasilania na podstawie sporządzonego wykresu zależności napięcia niezrównoważenia od wartości napięć zasilających

4. Obserwacja charakterystyki przejściowej komparatora na ekranie oscyloskopu

1. Schemat układu pomiarowego

2. Oscylogramy zaobserwowane na ekranie oscyloskopu - dołączone na końcu sprawozdania

5. Badanie czasów odpowiedzi impulsowej i szybkości zmian napięcia wyjściowego komparatora

1. Schemat układu pomiarowego

b) Tabela wyników pomiarów czasów odpowiedzi impulsowej oraz szybkości zmian impulsu wyjściowego

	UWEpp = 100 mV				UWEpp = 200 mV
	tr [s]	Uwy [V]	t [s]	Uwy/ t [V/s]	tr [s]	Uwy [V]	t [s]	Uwy/ t [V/s]
Narost impulsu wyjściowego	20	8	35	0,23	11	8	19	0,42
Opad impulsu wyjściowego	17	8	35	0,23	10	8	20	0,40

II. Badanie komparatora okienkowego

1. Obserwacja charakterystyki przejściowej komparatora okienkowego na ekranie oscyloskopu

1. Schemat układu pomiarowego

2. Oscylogramy zaobserwowane na ekranie oscyloskopu - dołączone na końcu sprawozdania

2. Badanie czasów odpowiedzi impulsowej i szybkości zmian napięcia wyjściowego komparatora okienkowego

1. Schemat układu pomiarowego

b) Tabela wyników pomiarów czasów odpowiedzi impulsowej oraz szybkości zmian impulsu wyjściowego

	tr [s]	Uwy [V]	t [s]	Uwy/ t [V/s]
Narost impulsu wyjściowego	15	14	28	0,50
Opad impulsu wyjściowego	33	14	65	0,22

III. Wnioski

Badany przez nas komparator charakteryzował się wzmocnieniem napięciowym w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego rzędu 10⁵ V/V oraz wejściowym napięciem niezrównoważenia nie przekraczającym setek mikrowoltów. Są to więc parametry typowego komparatora. Ponieważ komparator jest wzmacniaczem operacyjnym o bardzo dużym wzmocnieniu, toteż napięcie wyjściowe reaguje nawet na bardzo małą różnicę napięć wejściowych rzędu pojedynczych mikrowoltów. Fakt ten był powodem naszych kłopotów przy pomiarach wejściowego napięcia niezrównoważenia oraz przy kompensacji tego napięcia. Działo się tak dlatego, że komparator jako element bardzo czuły reagował nawet na minimalne zmiany napięć zasilających, zakłócenia indukowane w obwodzie, zmiany temperaturowe. Dlatego też nie można było uzyskać w dłuższym okresie czasu stabilnego napięcia progu logicznego na wyjściu układu. Komparator służy do porównywania dwóch poziomów napięć. O jego zdolności rozdzielczej decyduje wielkość wejściowego napięcia niezrównoważenia. Im jest ono mniejsze tym mniejsze sygnały może porównywać komparator. By je minimalizować można dokonać kompensacji tego napięcia, jednak należy pamiętać, że jego wartość zależy od napięcia zasilającego (co wykazały nasze pomiary) oraz od zmian temperatury. Kolejnymi ważnymi parametrami komparatora są czas odpowiedzi impulsowej oraz szybkości narostu napięcia wyjściowego. Różnią się one nieznacznie przy wzroście i opadaniu impulsu wyjściowego. Zależą za to wyraźnie od amplitud impulsów wejściowych. Czym większa amplituda tym szybciej układ „odpowiadał” na różnicę napięć wejściowych (większe prądy, więc szybsze przeładowywanie pojemności pasożytniczych). Ponieważ ustalenie się napięcia wyjściowego badanego przez nas układu trwa kilkadziesiąt mikrosekund, więc można go wykorzystać do porównywania jedynie sygnałów wolnozmiennych (dolne pasmo akustyczne). Opóźnienie wprowadzane przez układ komparatora było powodem występowania histerez przy obserwacjach charakterystyk przejściowych na ekranie oscyloskopu. Pole histerezy zwiększało się przy wzroście częstotliwości sygnału trójkątnego generatora, gdyż wtedy czas odpowiedzi komparatora był relatywnie dłuższy w stosunku do czasu rysowania charakterystyki przejściowej. Badany przez nas komparator okienkowy zachowywał się zgodnie z oczekiwaniami. Wykrywał napięcia na wejściu z zakresu ( -U_o - U ; -U_o + U ). Obserwowana na ekranie oscyloskopu charakterystyka przejściowa, podobnie jak detektora przejścia przez zero, charakteryzowała się histerezą związaną z opóźnieniami wprowadzanymi przez komparatory mimo niewielkiej częstotliwości generatora przemiatającego rzędu setek herców.

---