Az elektronikus áramkörök tervezésekor gyakran szükséges két feszültség szintjét összehasonlítani. Ehhez egy eszközt, például egy komparátort használnak. A csomópont neve a latin comparare-ra, vagy inkább az angol összehasonlításra - összehasonlításra nyúlik vissza.
Tartalom
Mi az a feszültség-összehasonlító
Általános esetben a komparátor olyan eszköz, amelynek két bemenete van az összehasonlított értékek (feszültségek) ellátására, és egy kimenete az összehasonlítás eredményének. A komparátornak két bemenete van az összehasonlított paraméterek biztosítására - közvetlen és inverz. A kimenet logikai egységre van állítva, ha a közvetlen bemenet feszültsége meghaladja az inverz értéket, és nulla - ha fordítva. Ha az inverz és a közvetlen bemenet közötti pozitív különbséggel egy van beállítva, és ellenkező helyzetben - nulla, akkor egy ilyen összehasonlítót invertálásnak nevezünk.
A komparátor működési elve
Kényelmes komparátort építeni rá műveleti erősítő (OU).Ehhez a tulajdonságait közvetlenül használják:
- a közvetlen és az invertáló bemenet közötti jelkülönbség felerősítése;
- végtelen (a gyakorlatban - 10000-től és afelett) erősítési tényező.
Az op-amp működése összehasonlítóként a következő kapcsolási sémával tekinthető:
Legyen egy op-amp 10000 erősítéssel, a tápfeszültség bipoláris, + 5 V és mínusz 5 V. osztó az invertáló bemeneten a referenciaszint pontosan 0 voltra van állítva, a közvetlen bemeneten mínusz 5 voltot távolítanak el a potenciométer csúszkáról. A műveleti erősítőnek 10 000-szeresére kell felerősítenie a különbséget, elméletileg mínusz 50 000 voltos feszültségnek kell megjelennie a kimeneten. De az opampnak nincs hova vennie ekkora feszültséget, és a lehető maximumot hozza létre - a tápfeszültséget, mínusz 5 volt.
Ha elkezdi emelni a feszültséget a közvetlen bemeneten, a műveleti erősítő megpróbálja beállítani a bemenetek közötti feszültségkülönbséget, megszorozva 10000-rel. Ez akkor fog sikerülni, ha a bemeneti feszültség megközelíti a nullát, és körülbelül mínusz 0,0005 V lesz. a bemeneti feszültség a pozitív bemeneten a kimenet nullára és fölé emelkedik, +0,0005 volt feszültségnél pedig +5 V lesz és nem emelkedik tovább - nincs sehol. Így, amikor a bemeneti feszültség átlépi a nulla szintet (pontosabban mínusz 0,0005 volt - + 0,0005), a kimeneti feszültség mínusz 5 voltról +5 voltra ugrik. Más szóval, amíg a közvetlen bemenet feszültsége alacsonyabb, mint az invertáló bemeneten, addig a komparátor kimenete nullára van állítva. Ha magasabb - egy.
Érdekes a bemeneti szintkülönbség mínusz 0,0005 volttól + 0,0005 voltig terjedő szakasza.Elméletileg, amikor elmúlik, a tápfeszültség zökkenőmentesen emelkedik a negatívról a pozitívra. A gyakorlatban ez a tartomány nagyon szűk, és az interferencia, az interferencia, a tápfeszültség instabilitása stb. a bemeneteken lévő feszültségek közelítő egyenlőségével a komparátor mindkét irányban kaotikus működése következik be. Minél kisebb az op-amp erősítése, annál szélesebb ez az instabilitási ablak. Ha a komparátor vezérli az aktuátort, akkor az időben működésbe lép (relé kattanása, szelep becsapódása stb.), ami mechanikai meghibásodásához vagy túlmelegedéséhez vezethet.
Ennek elkerülésére a szaggatott vonallal jelölt ellenállás bekapcsolásával sekély pozitív visszacsatolás jön létre. Ez enyhe hiszterézist hoz létre, és eltolja a kapcsolási küszöbértékeket, ahogy a feszültség felfelé és lefelé halad a referenciahoz képest. Például a komparátor felfelé kapcsol 0,1 voltnál, és lefelé pontosan nullánál (a visszacsatolás mélységétől függően). Ez megszünteti az instabilitási ablakot. Ennek az ellenállásnak az értéke több száz kiloohmtól több megaohmig terjedhet. Minél kisebb az ellenállás, annál nagyobb a különbség a küszöbértékek között.
Vannak speciális komparátor IC-k is. Például LM393. Az ilyen mikroáramkörökben van egy nagy sebességű műveleti erősítő (vagy több), beépített osztó telepíthető, amely referenciafeszültséget hoz létre. Egy másik különbség az ilyen komparátorok és az általános célú műveleti erősítőkre épített eszközök között, hogy sok közülük egypólusú tápegységet igényel. A legtöbb opamp bipoláris feszültséget igényel. A mikroáramkör típusának kiválasztása az eszköz fejlesztése során történik.
A digitális komparátorok jellemzői
A komparátorokat a digitális technikában is használják, bár ez első pillantásra paradoxnak hangzik. Végül is csak két feszültségszint van - egy és nulla. És értelmetlen összehasonlítani őket. De összehasonlíthat két bináris számot, amelyek bármilyen analóg értékre konvertálhatók (beleértve a feszültséget is).
Legyen két azonos hosszúságú bináris szó bitben:
X=X3x2x1x0 és Y=Y3Y2Y1Y.
Értékük egyenlőnek tekinthető, ha minden bit bitenként egyenlő:
1101=1101 => X=Y.
Ha legalább egy bit különbözik, akkor a számok nem egyenlőek. A nagyobb számot bitenkénti összehasonlítással határozzuk meg, a legjelentősebb bittel kezdve:
- 1101>101 - itt X első bitje nagyobb, mint Y első bitje, és X>Y;
- 1101>101 - az első bitek egyenlőek, de X második bitje nagyobb és X>Y;
- 111<1110 - Y nagyobb harmadik bittel rendelkezik, és az X legkisebb jelentőségű számjegyének nagyobb értéke nem számít, X<Y.
Egy ilyen összehasonlítás megvalósítása az alapelemek ÉS-NEM, VAGY-NEM logikai áramköreire építhető, de könnyebben használhatók a késztermékek. Például 4063 (CMOS), 7485 (TTL), hazai K564IP2 és más sorozatú mikroáramkörök. Ezek 2-8 bites komparátorok, megfelelő számú adat- és vezérlőbemenettel. A legtöbb esetben a digitális komparátoroknak 3 kimenete van:
- több;
- Kevésbé;
- egyenlő.
Ellentétben az analóg eszközökkel, a bináris komparátorokkal az egyenlőség a bemeneteknél nem nemkívánatos helyzet, és nem próbálják elkerülni.
Egy ilyen eszköz programozottan, Boole-algebra függvények segítségével is könnyen felállítható.Egy másik lehetőség - sok mikrokontroller rendelkezik "fedélzeti" analóg komparátorral, külön külső kimenettel, amelyek kész eredményt adnak ki két 0 vagy 1 formájú érték összehasonlításából a belső áramkörrel. Ez megtakarítja a kis számítási rendszerek erőforrásait. .
Hol használják a feszültség-összehasonlítót?
Az összehasonlító hatóköre széles. Például építhet rá egy küszöbrelét. Ehhez szükség van egy érzékelőre, amely bármilyen értéket feszültséggé alakít. Ez az érték lehet:
- megvilágítási szint;
- zajszint;
- folyadékszint egy edényben vagy tartályban;
- bármilyen más érték.
A potenciométerrel beállítható a komparátor triggerszintje. A kimenő jel a kulcson keresztül a jelző vagy működtető egységhez kerül.
Ha növeli a hiszterézist, akkor a komparátor Schmitt triggerként működhet. Ha lassan változó feszültséget kapcsolunk a bemenetre, a kimenet az lesz diszkrét jel meredek frontokkal.
A két elem összekapcsolásával kétküszöbű komparátort, vagy ablak-összehasonlítót alkothatunk.
Itt a küszöbfeszültséget minden komparátorhoz külön állítják be - a felsőhöz a közvetlen bemeneten, az alsóhoz az inverzhez. A szabad bemeneteket kombinálják, a mért feszültséggel látják el. A kimenetek csatlakoztatása a „szerelés VAGY” séma szerint történik. Ha a feszültség túllépi a beállított felső vagy alsó határt, az egyik komparátor magas szintet produkál a kimeneten.
Több elemből áll össze egy többszintű komparátor, amely lineáris feszültségjelzőként, vagy feszültséggé konvertálható értékként használható. Négy szinten a séma a következő lesz:
Ebben az áramkörben minden elem bemenetére referenciafeszültséget kapcsolunk. Az invertáló bemenetek össze vannak kötve, fogadják a mért jelet. A triggerszint elérésekor a megfelelő LED világít. Ha a sugárzó elemeket egy vonalban helyezzük el, akkor egy fénycsíkot kapunk, amelynek hossza a rákapcsolt feszültség szintjének megfelelően változik.
Ugyanez az áramkör használható analóg-digitális átalakítóként (ADC). A bemeneti feszültséget a megfelelő bináris kódra alakítja. Minél több elemet tartalmaz az ADC, annál nagyobb a bitmélység, annál pontosabb az átalakítás. A gyakorlatban a vonalkód használata kényelmetlen, kódoló segítségével ismerős kóddá alakítják át. A kódoló épülhet logikai elemekre, használhat kész mikroáramkört, vagy használhat ROM-ot a megfelelő firmware-rel.
A komparátorok köre a professzionális és amatőr áramkörökben változatos. Ezen elemek megfelelő használata számos probléma megoldását teszi lehetővé.
Hasonló cikkek:
