Полупроводниковые электронные устройства делятся на два больших класса: аналоговые и цифровые (дискретные). В основе классификации лежит возможность изменения в устройстве электрического сигнала, несущего информацию. Если информационный сигнал изменяется непрерывно и может принимать произвольные значения в широком диапазоне, устройство является аналоговым, если же сигнал изменяется дискретно и может принимать только два фиксированных значения, соответствующих двум цифрам двоичной системы счисления — нулю и единице, то устройство относится к цифровым или дискретным. В аналоговых устройствах сам электрический сигнал и его параметры — уровень, частота и фаза электрического колебания несут информацию о физической величине. В цифровых устройствах информация о величине закодирована цифровым кодом, состоящим из множества двоичных разрядов, каждый из которых может принимать только одно из двух фиксированных значений, которым соответствуют два уровня напряжения (обычно они обеспечиваются открытым либо закрытым состоянием транзистора, работающего в ключевом режиме).
Информацию о различных физических величинах и контролируемых процессах получают с помощью датчиков, называемых также измерительными преобразователями. Эти устройства осуществляют преобразование измеряемой величины в пропорциональный ей электрический сигнал.
В современных системах управления различными процессами, в том числе и технологическими, присутствуют устройства обоих типов. Аналоговые устройства обычно обеспечивают съем первичной информации с датчиков системы управления приводами исполнительных устройств и механизмов, управление же самим процессом в соответствии с заданной алго-ритмом программой выполняют цифровые устройства. Взаимодействие между аналоговой частью системы и цифровой (преобразование информации из аналоговой формы в цифровую и обратно) обеспечивают цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
Очень важную роль при аналого-цифровом преобразовании играют компараторы. Компаратором называют устройство, предназначенное для сравнения изменяющегося аналогового входного сигнала с опорным напряжением. При этом в зависимости от того, больше входной сигнал опорного или меньше (на доли милливольт), на выходе компаратора должно установиться напряжение «логический нуль» (лог. 0) или «логическая единица» (лог. 1). Так как выходной сигнал компаратора подается обычно на логические схемы, его выходное напряжение согласуется с цифровыми логи-ческими схемами.
Функцию сравнения двух напряжений может выполнить и операционный усилитель, если на один из его входов подать опорное напряжение, а на другой — входной сигнал. Однако специализированные устройства — компараторы — имеют преимущество в быстродействии, которое получают, предотвращая режим насыщения его транзисторов, а, следовательно, и длительное рассасывание неосновных носителей.
1. Примеры применения компараторов
Компаратором называется устройство, предназначенное для сравнения двух однородных физических величин (электрических токов, электрических напряжений, сил и т. д.) и выработке сигнала о том, какая из них оказывается больше другой. Схематично это устройство показано на рис. 1.
Рис.1
Работу компаратора можно представить в виде следующих логических соотношений: А1 ≥ А2 → А3 >0
А1 < А2 → А3 <0
Входные, а также выходные величины А1, А2, А3 могут представляться в аналоговом и дискретном виде. Широко распространенными ком-параторами, использующими дискретное преобразование входных величин, являются устройства отмера длины продукта, например датчики наработки куска на ткацких станках (рис. 2).
