7ff01b8a63ad5baf25be1d51f809f454

1.

МИЭМ НИУ ВШЭ, Схемотехника
Домашнее задание
Тема 1-8
Октябрь 2026
Аналоговые компараторы
и их применение в электронной аппаратуре
Подготовил
студент группы БИВ247
Матюшин Богдан Алексеевич

2.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Введение
Что такое компаратор
• Компаратор сравнивает два аналоговых напряжения
и выдаёт результат в виде логического уровня.
• Правило: если Uвх > Uоп — на выходе высокий
уровень, если Uвх < Uоп — низкий.
• Фактически это однобитный АЦП — «мост» между
аналоговым сигналом и цифровой логикой.
• Работает без отрицательной обратной связи:
огромное усиление делает переходную зону очень
узкой — доли милливольта.
Матюшин Б.А.
БИВ247
2

3.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Введение
Матюшин Б.А.
БИВ247
3
Компаратор и операционный усилитель
Свойство
ОУ в режиме компаратора
Специализированный компаратор
Режим работы
рассчитан на работу с ООС
рассчитан на работу без ООС или с ПОС
Частотная коррекция
внутренняя, ограничивает скорость
нарастания
отсутствует, фронты максимально крутые
Выход из насыщения
медленный, единицы микросекунд
быстрый, предусмотрен схемой
Выходные уровни
близки к ±Uпит, нужно согласование с
логикой
логические: открытый коллектор или
двухтактный выход
Типичная задержка
от единиц до десятков мкс
от ~1 мкс (LM393) до единиц нс (TLV3501)
Вывод: ОУ можно использовать как компаратор для медленных сигналов. Обратное неверно: компаратор без
частотной коррекции, охваченный ООС, самовозбуждается.

4.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Параметры
Основные параметры компараторов
Время задержки tзд — от перепада на входе до
переключения выхода; уменьшается при большем
перевозбуждении (overdrive).
Напряжение смещения Uсм — ошибка порога
срабатывания, обычно единицы мВ.
Входные токи и диапазон синфазных напряжений —
определяют, какие сигналы можно подавать на входы.
Гистерезис — встроенный (несколько мВ) или задаваемый
внешней ПОС.
Тип выхода — открытый коллектор (сток) или двухтактный.
Потребляемый ток — чем быстрее компаратор, тем
больше он потребляет.
Матюшин Б.А.
БИВ247
4

5.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Гистерезис
Матюшин Б.А.
БИВ247
5
Проблема: шум вблизи порога
Когда медленный сигнал с шумом проходит через порог, шум пересекает его несколько раз подряд —
выход «дребезжит». Каждое ложное переключение — лишний импульс для счётчика или
микроконтроллера.

6.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Гистерезис
Решение: гистерезис (триггер Шмитта)
Положительная обратная связь: часть выходного
напряжения через R2 подаётся на неинвертирующий вход.
Порог зависит от состояния выхода — при росте и при спаде
сигнала он разный.
Пороги: Uпор = ±Uнас · R1 / (R1 + R2)
Ширина петли: ΔUг = 2 · Uнас · R1 / (R1 + R2)
Пример: Uнас = 12 В, R1 = 1 кОм, R2 = 100 кОм → ΔUг ≈
0,24 В.
Правило: ширину петли выбирают больше размаха шума —
тогда дребезга нет.
Матюшин Б.А.
БИВ247
6

7.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Схемы
Типы выходных каскадов
Открытый коллектор (сток): выход только «прижимает»
линию к земле, высокий уровень создаёт подтягивающий
резистор Rп.
+ уровень выхода задаётся напряжением подтяжки —
легко согласовать логику 5 В и 3,3 В;
+ выходы можно соединять параллельно («монтажное И»);
− фронт нарастания затянут цепью Rп·Cнагр.
Двухтактный выход: ключи VT1 и VT2 открываются по
очереди.
+ быстрые симметричные фронты, внешний резистор не
нужен;
− выходы нельзя объединять.
Примеры: LM393, LM339 — открытый коллектор; TLV3501
— двухтактный.
Матюшин Б.А.
БИВ247
7

8.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Схемы
Оконный компаратор
• Два компаратора сравнивают входной сигнал с
верхним (Uв) и нижним (Uн) порогами.
• Выходы с открытым коллектором объединены через
общий резистор Rп — «монтажное И».
• Высокий уровень на выходе — только когда сигнал
внутри «окна»: Uн < Uвх < Uв.
• Применение: контроль напряжения питания,
допусковый контроль параметров, обнаружение
обрыва или замыкания датчика.
Матюшин Б.А.
БИВ247
8

9.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Применение
Матюшин Б.А.
БИВ247
Компараторы в аналого-цифровых преобразователях
• Параллельный (flash) АЦП: резистивный делитель
задаёт 2^N − 1 опорных уровней, на каждый — свой
компаратор.
• Компараторы дают «термометрический» код,
шифратор переводит его в двоичный.
• Самый быстрый тип АЦП — результат за одно
сравнение, но для 8 бит нужно 255 компараторов.
• АЦП последовательного приближения обходится
одним компаратором, но тратит N тактов.
9

10.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Применение
Другие применения компараторов
ШИМ-модулятор: пила сравнивается с управляющим
напряжением, ширина импульса пропорциональна Uупр.
Детектор перехода через ноль: синхронизация с сетью,
управление тиристорами и симисторами.
Супервизор питания: сброс микроконтроллера при
просадке питания.
Релаксационный генератор: компаратор с ПОС и RCцепью.
Пороговые датчики: термостаты, фотореле, датчики
уровня.
Защита по току: ограничение тока в импульсных источниках
питания.
Матюшин Б.А.
БИВ247
10

11.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Итоги
Матюшин Б.А.
БИВ247
11
Выводы
1. Компаратор — простой, но ключевой элемент на границе аналоговой и цифровой частей
аппаратуры.
2. Для быстрых и точных схем нужен специализированный компаратор: ОУ медленно выходит из
насыщения и не согласован с логикой по уровням.
3. Гистерезис (положительная обратная связь) — основное средство борьбы с дребезгом на
зашумлённых сигналах.
4. Выбор компаратора — компромисс между скоростью, точностью (Uсм), потреблением и типом
выхода.
5. На компараторах строятся АЦП, ШИМ-модуляторы, генераторы, супервизоры питания и схемы
защиты.

12.

МИЭМ НИУ ВШЭ,
Схемотехника
Итоги
Матюшин Б.А.
БИВ247
12
Список источников
1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: пер. с англ. — М.: Мир, 1993.
2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — 12-е изд. — М.: ДМК Пресс, 2008.
3. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. — М.: Горячая линия – Телеком,
2002.
4. Kester W. Comparators: Tutorial MT-083. — Analog Devices, 2009.
5. Texas Instruments. LM393, LM2903 Dual Differential Comparators: datasheet.
6. Texas Instruments. TLV3501 4.5-ns Rail-to-Rail High-Speed Comparator: datasheet.

13.

МИЭМ НИУ ВШЭ, Схемотехника
Итоги
Спасибо за внимание!
Готов ответить на вопросы
Тема 1-8