KomparaÄnĂ zesilovaÄ, neboli analogovĂ˝ komparĂĄtor se pouĹžĂvĂĄ k porovnĂĄnĂ dvou nebo vĂce analogovĂ˝ch napÄtĂ. Jedno z nich je obvykle konstantnĂ, referenÄnĂ Er a druhĂĄ napÄtĂ jsou vstupnĂ promÄnnĂŠ (E1 aĹž En ). KomparĂĄtor zjiĹĄĹĽuje, zda souÄet napÄtĂ
vÄtĹĄĂ nebo menĹĄĂ neĹž referenÄnĂ napÄtĂ Er; jinĂ˝mi slovy je-li algebraickĂ˝ souÄet porovnĂĄvanĂ˝ch napÄtĂ menĹĄĂ nebo vÄtĹĄĂ neĹž nula. ZjiĹĄtÄnĂ˝ stav se vyjadĹuje na vĂ˝stupu ve dvou ĂşrovnĂch napÄtĂ:PĹi Es<Er je na vĂ˝stupu jedna ĂşroveĹ signĂĄlu a pĹi Es>Er ĂşroveĹ druhĂĄ. JestliĹže pĹisoudĂme jednĂŠ Ăşrovni signĂĄlu hodnotu 0 a druhĂŠ hodnotu 1, pak je vĂ˝stup vyjĂĄdĹen ve dvojkovĂŠ soustavÄ. PrincipiĂĄlnĂ schĂŠma komparĂĄtoru je na obr. 5.26.
Hystereze v charakteristice komparĂĄtoru (na obr. 5.27 ÄĂĄrkovanĂĄ charakteristika), vznikne, jestliĹže zapojĂme do obvodu neinvertujĂcĂho vstupu kladnou zpÄtnou vazbu, kterou v podstatÄ vytvĂĄĹĂme z obvodu SchmittĹŻtv trigger. Pro pochopenĂ funkce Schmittova triggeru si nakreslĂme operaÄnĂ zesilovaÄ pouze s uvaĹžovanou kladnou zpÄtnou vazbou (obr.5.28). PĹedpoklĂĄdejme, Ĺže na vstup E1 pĹivĂĄdĂme stĹĂdavĂŠ napÄtĂ, pak prĹŻbÄh napÄtĂ na vstupu a vĂ˝stupu je znĂĄzornÄn na obr. 5.27. Je-li napÄtĂ na vĂ˝stupu operaÄnĂho zesilovaÄe v saturaci + Esat, je napÄtĂ E2s na neinvertujĂcĂm vstupu operaÄnĂho zesilovaÄe:
. (5.13)
Je-li napÄtĂ E1 menĹĄĂ neĹž E2s je
Ei = E1- E2s < 0
a vĂ˝stupnĂ napÄtĂ
E0 = -A*Ei > 0.
Pro dostateÄnÄ velkĂŠ Ei (v praktickĂ˝ch pĹĂpadech je tato podmĂnka vĹždy splnÄna) je vĂ˝stup operaÄnĂho zesilovaÄe v kladnĂŠm saturovanĂŠm reĹžimu, Eo = +Es.
V okamĹžiku, kdy Ei zmÄnĂ polaritu, tj. napÄtĂ E1 je vÄtĹĄĂ neĹž E2s, platĂ
Ei = E1- E2s > 0,
vĂ˝stupnĂ napÄtĂ operaÄnĂho zesilovaÄe mĂĄ opaÄnou polaritu a pro dostateÄnÄ velkĂŠ Ei je vĂ˝stupnĂ napÄtĂ v zĂĄpornĂŠm saturovanĂŠm reĹžimu, Eo= -Es.
PĹeklopenĂ vĂ˝stupnĂch napÄtĂ z + Es na -Es nastane pĹi velikosti vstupnĂho napÄtĂ E1
E1 = R1/R2 Esat .
ObdobnÄ pro zĂĄpornĂŠ vstupnĂ napÄtĂ nastane pĹeklopenĂ vĂ˝stupnĂch napÄtĂ z -Esat na + Esat pro vstupnĂ napÄtĂ:
E1 = R1/R2*(-Esat). (5.14)
Obvod uvedenĂ˝ na obr. 5.28 pĹedstavuje tedy napÄĹĽovÄ ĹĂzenĂ˝ klopnĂ˝ obvod - SchmittĹŻv trigger, kde vstupnĂm napÄtĂm jednĂŠ polarity, jehoĹž velikost je urÄena vztahem (5.13) resp. (5.14), nastane pĹeklopenĂ z jednoho stavu do druhĂŠho a napÄtĂm opaÄnĂŠ polarity, jejĂĹž velikost je urÄena vztahem (5.13) resp. (5.14) pĹeklopenĂ zpÄt do stavu pĹŻvodnĂho.
RozdĂl mezi obÄma hodnotami vstupnĂho napÄtĂ udĂĄvĂĄ velikost hystereze a rovnĂĄ se:
DE1 @ R1/R2*[(+Esat) - (-Esat)]
KomparĂĄtor na obr. 5.26 pracuje tedy v podstatÄ jako SchmittĹŻv trigger, kde maximum vĂ˝stupnĂho napÄtĂ je urÄeno diodovĂ˝mi omezovaÄi. Velikost hystereze mĹŻĹžeme nastavit pomocĂ potenciometru a v pĹĂpadÄ, kdy kladnou zpÄtnou vazbu vyĹadĂme, pracuje obvod bez hystereze.
IdeĂĄlnĂ spĂnaÄ mĂĄ v
sepnutĂŠm stavu nulovĂ˝ odpor a v rozepnutĂŠm odpor nekoneÄnĂ˝.
StatickĂ˝m vlastnostem ideĂĄlnĂho spĂnaÄe se nejvĂce blĂĹžĂ
kontakty mechanickĂŠho relĂŠ. NevĂ˝hodou relĂŠ je relativnÄ
dlouhĂĄ spĂnacĂ a rozpĂnacĂ doba, kterĂĄ je v nejlepĹĄĂm
pĹĂpadÄ ĹĂĄdu 1 msec. Proto se pro rychlĂŠ doby spĂnĂĄnĂ ĹĂĄdu 1 ms a mĂŠnÄ
vĂce vyuĹžĂvajĂ elektronickĂŠ
spĂnaÄe s polovodiÄovĂ˝mi prvky.
Na rozdĂl od ideĂĄlnĂho
spĂnaÄe mĂĄ elektronickĂ˝ spĂnaÄ v sepnutĂŠm stavu nenulovĂ˝
odpor Rp a
zbytkovĂŠ napÄtĂ D Eo, kdeĹžto v rozepnutĂŠm stavu mĂĄ
koneÄnĂ˝ odpor RN a svodovĂ˝ proud JS.
Podle zapojenĂ rozeznĂĄvĂĄme seriovĂŠ zapojenĂ elektronickĂŠho
spĂnaÄe, kdy je spĂnaÄ
zapojen do obvodu analogovĂŠho signĂĄlu (obr. 5.30) a paralelnĂ
zapojenĂ elektronickĂŠho spĂnaÄe, kdy je spĂnaÄ zapojen
paralelnÄ mezi obvod analogovĂŠho signĂĄlu a zem (obr. 5.31).
Pro seriovĂ˝ spĂnaÄ je pĹi sepnutĂŠm stavu tj. ovlĂĄdacĂm signĂĄlu D = 1 na vĂ˝stupu napÄtĂ:
kde Rps je odpor seriovĂŠho spĂnaÄe v zapnutĂŠm stavu a Rz odpor zĂĄtÄĹže. ChybovĂŠ napÄtĂ je
Pro Rps << Rz je D Eo Âť 0 a Eo @ E1. V rozepnutĂŠm stavu spĂnaÄe (D =0) je zbytkovĂŠ (chybovĂŠ napÄtĂ) na vĂ˝stupu spĂnaÄe:
,
kde RNS je odpor seriovĂŠho spĂnaÄe v rozepnutĂŠm stavu. Pro RNS >> Rz je D Eo Âť 0. Pro paralelnĂ spĂnaÄ (obr. 5.31) je pĹi sepnutĂŠm stavu (D = 1) zbytkovĂŠ vĂ˝stupnĂ napÄtĂ rovno
kde Rpp je odpor paralelnĂho spĂnaÄe v sepnutĂŠm stavu. Pro
R >> Rpp
je D Eo Âť 0.
Pro rozepnutĂ˝ stav paralelnĂho spĂnaÄe (D = 0) je vĂ˝stupnĂ napÄtĂ Eo rovno:
za pĹedpokladu, Ĺže
,
kde RNp je odpor paralelnĂho spĂnaÄe v rozepnutĂŠm stavu.
Obvykle se v praxi vyuĹžĂvĂĄ kombinace obou spĂnaÄĹŻ tzv. spĂnaÄ serioparalelnĂ. SeriovÄ paralelnĂ kombinace totiĹž nejlĂŠpe potlaÄuje vliv svodovĂŠho proudu a odporu v rozepnutĂŠm stavu. Jako pĹĂklad pouĹžitĂ serioparalelnĂho spĂnaÄe si uvedeme pĹĂpad zapojenĂ s operaÄnĂm zesilovaÄem uvedenĂ˝m na obr.5.32.
Pro D = 0 je spĂnaÄ rozpojen a vĂ˝stupnĂ napÄtĂ za pĹedpokladu Rpp << RNs (RNs je odpor seriovĂŠho spĂnaÄe v rozepnutĂŠm stavu a Rpp je odpor paralelnĂho spĂnaÄe v sepnutĂŠm stavu) se rovnĂĄ:
.
ProtoĹže Rpp << R1, je
To znamenĂĄ, Ĺže vĂ˝stupnĂ napÄtĂ je proti pĹĂpadu zesilovaÄe bez spĂnaÄe menĹĄĂ o faktor (Rpp/RNs). ProtoĹže Rpp << RNs je |E0| << |E1|. Pro D = 1 je spĂnaÄ sepnut; pak za pĹedpokladu, Ĺže Rps << RNp (kde Rps je odpor seriovĂŠho spĂnaÄe v sepnutĂŠm stavu a RNp odpor paralelnĂho spĂnaÄe v rozepnutĂŠm stavu) platĂ
,
tj. napÄtĂ na vĂ˝stupu operaÄnĂho zesilovaÄe se blĂŞà pĹĂpadu, kdy je napÄtĂ E1 zapojeno pĹĂmo do vstupu invertujĂcĂho zesilovaÄe s odpory R1 a Ro. SpĂnacĂmi prvky mohou bĂ˝t buÄ unipolĂĄrnĂ nebo bipolĂĄrnĂ tranzistory. Jako pĹĂklad pouĹžitĂ bipolĂĄrnĂch tranzistorĹŻ je uveden serioparalelnĂ spĂnaÄ na obr. 5.33.
( D
ajsou ĹĂdicĂ logickĂŠ signĂĄly
spĂnaÄe). PĹĂklad pouĹžitĂ unipolĂĄrnĂch tranzistorĹŻ je
uveden na obr. 5.34.