Komparaattoripiirit

Kuinka jännitevertailija

Monissa kuvauksissa vertailijaa verrataan tavanomaisiin vipuvaakoihin, kuten basaarissa: yhden kulhon painoihin asetetaan vakio, ja myyjä alkaa laittaa tavaroita, kuten perunoita, toiselle. Heti kun tuotteen paino tulee yhtä suureksi kuin painojen paino, tarkemmin sanottuna hiukan enemmän, painoilla varustettu kuppi kohoaa ylös. Punnitus on ohi.

Sama asia tapahtuu vertailijan kanssa, vain tässä tapauksessa painojen roolissa on referenssijännite, ja tulosignaalia käytetään perunaa. Heti kun looginen yksikkö ilmestyy vertailijan ulostuloon, katsotaan, että jännitteen vertailu on tapahtunut. Tämä on hyvin "vähän enemmän", jota hakemistoissa kutsutaan "vertailijan kynnysherkkyydeksi".

Jännitevertailijan tarkistus

Noviisi kinkut - elektroniikkainsinöörit kysyvät usein, kuinka tietty osa tarkistetaan. Vertailijan tarkistamiseksi sinun ei tarvitse koota mitään monimutkaista piiriä. Riittää, kun kytket volttimittarin vertailijan ulostuloon ja syötetään sisäänmenoihin säänneltyä jännitettä ja määritetään, toimiiko komparaattori vai ei. Ja tietenkin, se on erittäin hyvä, jos muistat silti käyttää valtaa vertailijaan!

Ei pidä kuitenkaan unohtaa, että monilla vertailukohteilla on lähtötransistori, jossa kollektori- ja säteilytapit yksinkertaisesti "roikkuvat ilmassa", joka kuvailtiin artikkelissa "Analogiset vertailijat". Siksi nämä päätelmät on liitettävä vastaavasti. Kuinka 1 miten tämä tehdään.

Kuva 1. Komparaattorin kytkentäkaavio

Vertailujännite, joka on saatu jakaja R2, R3 syöttöjännitteestä + 5 V. Tuloksena saadaan 2,5 V käänteisellä syötöllä. Oletetaan, että muuttuvan vastuksen R1-liukusäädin on alimmassa asennossa, ts. sen jännite on 0V. Sama jännite on vertailijan suorassa syötössä.

Jos nyt kiertämällä muuttuvan vastuksen R1 moottoria lisätään vähitellen jännitettä vertailijan suoralla syötöllä, niin kun saavutetaan 2,5 V, komparaattorin ulostulossa ilmestyy logiikka 1, joka avaa lähtötransistorin, HL1 LED syttyy.

Jos nyt moottoria R1 pyöritetään jännitteen pienentymisen suuntaan, silloin LED HL1 epäilemättä sammuu. Tämä osoittaa vertailijan oikean toiminnan.

Kokeilu voi olla hieman monimutkainen: mittaa jännite vertailijan suorassa syötössä voltmetrillä ja kiinnitä, millä jännitteellä LED palaa ja mihin se sammuu. Ero näissä jännitteissä on vertailijan hystereesi. Muuten, joissain vertailijoissa on erityinen nasta (nasta) hystereesi-arvon säätämiseksi.

Suorittaaksesi tällaisen kokeen, tarvitset digitaalisen volttimittarin, joka kykenee "tarttumaan" millivoltteihin, monikierrosvastusvastuksen ja melkoisen kärsivällisyyden esiintyjälle. Jos kärsivällisyys tällaisessa kokeessa ei riitä, voit tehdä seuraavan, mikä on paljon yksinkertaisempaa: vaihtaa suorat ja käänteiset tulot ja kiertää muuttuvan vastusta tarkkaillaksesi LEDin käyttäytymistä, ts. vertailulähtö.

Kuvio 1 esittää vain lohkokaavion, joten pin-numeroita ei ole ilmoitettu. Kun tarkistat oikean vertailijan, sinun on käsiteltävä sen pinout (pinout). Seuraavaksi harkitaan joitain käytännön suunnitelmia ja annetaan lyhyt kuvaus heidän työstään.

Usein yhdessä tapauksessa on useita vertailijoita, kaksi tai neljä, joiden avulla voit luoda erilaisia ​​laitteita asentamatta ylimääräisiä siruja levylle. Vertailijat voivat olla toisistaan ​​riippumattomia, mutta joissakin tapauksissa niillä on sisäiset yhteydet. Sellaisena siruna ota huomioon MAX933-kaksoisvertailija.

Vertailemassa MAX933

Kaksi vertailijaa “asuu” yhdessä mikropiirin kotelossa. Itse vertailijoiden lisäksi mikropiirin sisällä on sisäänrakennettu 1,182 V: n jännitevertailulähde. Kuviossa se on esitetty zener-diodin muodossa, joka on jo kytketty mikropiirin sisäpuolelle: ylempään vertailuyksikköön käänteistuloon ja alaosaan suoraviivaisesti. Tämän avulla on helppo luoda monitasoinen vertailutila "Pienen", "Normin" ja "Monet" (alijännite / ylijänniteilmaisimet) periaatteiden mukaisesti. Sellaisia ​​vertailijoita kutsutaan ikkunaksi, koska ”normi” -asento on ikkunassa “muutaman” ja “monen” välillä.

Opintovertailuohjelma Multisim

Kuvio 2 näyttää Multisim-simulointiohjelmistolla tuotetun referenssijännitteen mittauksen. Mittaus suoritetaan XMM2-yleismittarilla, joka näyttää 1,182 V, mikä vastaa täysin vertailijan ohjelehdessä määritettyä arvoa. Tappi 5 HYST, - hystereesisäätöä, tässä tapauksessa ei käytetä.

Kuvio 2

Kytkimellä S1 voit asettaa tulojännitteen tason ja kerralla molemmille vertailulaitteille: suljettu kytkin toimittaa tuloille alhaisen tason (alle referenssijännitteen), kuten kuvassa 3 esitetään, avoin tila vastaa korkeaa tasoa, - kuva 4. Vertailijoiden lähtöjen tila. osoittanut yleismittarit XMM1, XMM2.

Lukuja koskevat kommentit ovat täysin tarpeettomia - vertailijoiden logiikan ymmärtämiseksi riittää, että harkitaan huolellisesti yleismittarien lukemat ja kytkimen S1 sijainti. On vain lisättävä, että tällaista järjestelmää voidaan suositella todellisen "rauta" -vertailijan tarkistamiseksi.

Kuvio 3

Kuvio 4

Jännitteen testauspiiri

Tällaisen vertailupiirin piiri, joka esitetään käyttölehdellä, on esitetty kuvassa 5.

Alijännitteen (OUTA) ja ylijännitteen (OUTB) lähtösignaalien aktiivinen signaalitaso on matala, mikä osoittaa alleviivattujen signaalien ylhäältä. Joskus näihin tarkoituksiin käytetään merkkiä “-” tai “/” signaalin nimen edessä. Näitä signaaleja voidaan kutsua hälytyksiksi.

POWER GOOD -signaali lähetetään looginen elementti JAkun molemmilla hälytyksillä on looginen yksikkötaso. Aktiivinen POWER GOOD -signaali on korkea.

Jos ainakin yksi hälytyksistä on matala, POWER GOOD -signaali häviää - se myös alkaa. Tämä antaa jälleen kerran mahdollisuuden varmistaa, että looginen piiri JA matalille tasoille on looginen TAI.

Kuva 5. Vertailupiiri

Ohjattu tulojännite syötetään jakajan R1 ... R3 kautta, jonka vastusten arvo on laskettu ottaen huomioon hallittujen jännitteiden alue. Laskentamenetelmä on annettu tietosivulla, jopa esimerkin avulla.

Hysteröinnin arvo asetetaan jakajan R4, R5 avulla vähentämään väristämistä vaihtamisen aikana. Nämä vastukset on laskettu kaavoilla, jotka on myös annettu käyttöturvallisuustiedotteessa. Kaaviossa ilmoitetuille arvoille hystereesi-arvo on 50mV.

Varmuuskopioiden hallintajärjestelmä

Samanlaisia ​​järjestelyjä käytetään esimerkiksi hälytysjärjestelmät. Näiden järjestelmien toimintaalgoritmi on melko yksinkertainen. Jos verkkojännite epäonnistuu, turvajärjestelmä kytkeytyy akun toimintaan, ja kun verkko palautetaan, se toimii taas virtalähteestä akun latauksen aikana. Tällaisen algoritmin toteuttamiseksi on arvioitava vähintään kaksi tekijää: verkkojännitteen läsnäolo ja akun tila.

Toiminnallinen ohjauspiiri on esitetty kuvassa 6.

Kuva 6. Varmistusvirranhallintajärjestelmä yhdellä sirulla

Puhdistettu jännite + 9 VDC syötetään diodin kautta jännitesäätimeen, josta turvalaite saa virtaa. Tässä tapauksessa jakaja R1, R2 on verkkojänniteanturi, jota alempi vertailija valvoo OUTA-lähdöllä. Kun verkkojännitettä on ja on syystä, alemman vertailijan ulostulossa on logiikkayksikkö, joka avaa kenttätehostetransistorin Q1, jonka kautta akku ladataan. Sama signaali ohjaa verkon toiminnan ilmaisinta.

Jos verkkojännite epäonnistuu tai laskee, komparaattorin ulostulossa näkyy looginen nolla, kenttätehostetransistori sulkeutuu, akku lopettaa lataamisen, verkon toiminnan merkkivalo sammuu tai muuttuu eri väriseksi. Äänisignaalin ulkonäkö on myös mahdollista.

Kytkentädiodin kautta ladattu akku on kytketty vakaajaan, ja laite toimii edelleen offline-tilassa. Mutta akun suojelemiseksi täydeltä purkautumiselta toinen vertailutila valvoo sen kuntoa, ylin järjestelmän mukaan.

Vaikka paristoa ei ole vielä tyhjennetty, jännite vertailutulon B käänteisellä syötöllä on korkeampi kuin vertailuarvo, joten vertailijan lähtötaso on alhainen, mikä vastaa paristojen normaalia varausta. Kun purkautuminen tapahtuu, jakajan R3, R4 jännite laskee, ja kun siitä tulee pienempi kuin vertailuarvo, vertailijan ulostulolle määritetään korkea taso, joka osoittaa alhaisen akun. Useimmiten tämä tila ilmaistaan ​​laitteen ärsyttävästä naurauksesta.

Aikaviivepiiri

Kuvassa 7.

Kuva 7. Kaavion aikaviive vertailussa

Kaavio toimii seuraavasti. Kun painat MOMENTARY SWITCH -painiketta, kondensaattori C latautuu virtalähteen jännitteeseen. Tämä johtaa siihen, että jännite tulossa IN + tulee korkeammaksi kuin referenssijännite tulossa IN-. Siksi ulostulo OUT asetetaan korkealle tasolle.

Painikkeen vapauttamisen jälkeen kondensaattori alkaa purkautua vastuksen R kautta, ja kun siinä oleva jännite ja siksi tulossa IN + putoaa vertailujännitteen alapuolelle tulossa IN-, komparaattorin OUT lähtötaso on alhainen. Kun painat painiketta uudelleen, kaikki toistuu uudelleen.

Vertailujännite tulossa IN- asetetaan kolmen vastuksen jakajan avulla ja kaaviossa ilmoitetuilla arvoilla on 100mV. Sama jakaja asettaa vertailijan (HYST) hystereesi 50 mV: n sisällä. Siten kondensaattori C purkautuu jännitteelle 100 - 50 = 50 mV.

Itse laitteen virrankulutus on pieni, korkeintaan 35 mikroamppia, kun lähtövirta voi saavuttaa 40 mA.

Aikaviive lasketaan kaavalla R * C * 4,6 sek. Esimerkki on laskelma seuraavilla tiedoilla: 2M & # 937; * 10 uF * 4,6 = 92 sekuntia. Jos resistanssi on osoitettu megaohmeina, kapasitanssi on mikrotaajuuksissa, tulos saadaan sekunneissa. Mutta tämä on vain laskettu tulos. Todellinen aika riippuu virtalähteen jännitteestä ja kondensaattorin laadusta, sen vuotovirrasta.

Joitakin yksinkertaisia ​​vertailupiirejä

Piirien perusta, jota tarkastellaan myöhemmin, on gradienttirele, piiri, joka ei reagoi minkään signaalin läsnäoloon, vaan sen muutosnopeuteen. Yksi näistä antureista on valokuvarelejonka kaavio on esitetty kuvassa 8.

Kuva 8. Kamera valokuvareleestä vertailussa

Tulosignaali saadaan vastuksen R1 ja fotodiodin VD3 muodostamasta jakajasta. Tämän jakajan yhteinen kohta diodien VD1 ja VD2 kautta on kytketty vertailijan DA1 suoraan ja käänteiseen tuloon. Siten käy ilmi, että suorilla ja käänteisillä tuloilla on sama jännite, ts. tulojen jännitteissä ei ole eroa. Kun tämä tila on tuloissa, vertailijan herkkyys on lähellä maksimiarvoa.

Vertailijan tilan muuttamiseksi tarvitaan jännite-ero tuloissa millivoltteina yksikköinä. Kyse on siitä, kuinka työntää pieni sormesi kivin reunalla roikkuvaan kuristimeen. Sillä välin vertailijan ulostulossa on looginen nolla.

Jos valaistus muuttuu yhtäkkiä, myös fotodiodin jännite muuttuu, oletetaan, että se kasvaa. Vaikuttaa siltä, ​​että tämän myötä jännite vertailijan molemmissa tuloissa muuttuu välittömästi. Siksi haluttu jänniteero sisääntuloissa ei toimi, ja siksi vertailijan ulostulotila ei muutu.

Kaikki tämä olisi niin, jos et kiinnitä huomiota kondensaattoriin C1 ja vastukseen R3. Tämän RC-piirin ansiosta vertailijan käänteisen tulon jännite kasvaa jonkin verran viiveellä suoran tulon suhteen. Viiveaikana suoran tulon jännite on suurempi kuin käänteisen. Seurauksena looginen yksikkö ilmestyy vertailijan ulostuloon. Tätä yksikköä ei pidetä pitkään, vain RC-ketjusta johtuvan viiveen ajan.

Samanlaista valokuvarelettä käytetään tapauksissa, joissa valaistus muuttuu riittävän nopeasti. Esimerkiksi kuljettimien turvalaitteissa tai valmiiden tuotteiden antureissa laite reagoi valonvuon keskeytymiseen. Toinen vaihtoehto on lisä videovalvontajärjestelmään. Jos suunnat valosensorin näyttöruutuun, se havaitsee kirkkauden muutoksen ja kytkee päälle esimerkiksi äänisignaalin, joka kiinnittää käyttäjän huomion.

On hyvin helppoa kääntää tarkastellusta valokuvareleestä lämpötilanmuutosanturiksi esimerkiksi palohälytys. Vaihda tämä vain korvaamalla fotodiodi termistorilla. Tässä tapauksessa vastuksen R1 arvon on oltava yhtä suuri kuin termistorin arvo (yleensä osoitettu lämpötilaan 25 ° C). Tämän anturin kaavio on esitetty kuvassa 9.

Kuva 9. Kaavio lämpötilan mittausanturista vertailussa

Teoksen periaate ja tarkoitus ovat täsmälleen samat kuin yllä kuvatulla valosensorilla. Mutta tämä malli näyttää myös yksinkertaisimman lähtölaitteen - tämä on tyristori VS1 ja rele K1. Kun komparaattori aktivoidaan, tyristori VS1 aukeaa, mikä kytkee releen K1 päälle.

Koska tässä tapauksessa tyristori toimii tasavirtapiirissä, jopa silloin kun ohjauspulssi komparaattorilta päättyy, tyristori pysyy auki ja rele K1 käynnistyy. Releen sammuttamiseksi sinun on painettava SB1-painiketta tai sammutettava koko piiri.

Termistorin sijasta voit käyttää magnetoresistoria, esimerkiksi SM-1, joka reagoi magneettikentään. Sitten saat magneettisesti herkän gradienttireleen. Viime XX vuosisadan magnetoresistereitä käytettiin joidenkin tietokoneiden näppäimistöissä.

Jos käytät muita antureita, kaltevuusreleen perusteella voit helposti tehdä täysin erilaisia ​​laitteita, jotka reagoivat sähkökentän muutoksiin, äänen värähtelyihin. Pietsosähköisiä antureita käyttämällä on helppo luoda iskuanturit ja seismiset värähtelyt.

Vertailijoiden avulla on melko yksinkertaista muuntaa “analoginen” signaali “digitaaliseksi”. Samanlainen kaavio on esitetty kuviossa 10.

Kuva 10. Kaavio "analogisen" signaalin muuntamiseksi "digitaaliseksi" signaaliksi komparaattorin avulla

Kuvio 11 näyttää saman piirin, vain lähtöpulssien napaisuus on käänteinen edelliselle. Tämä saavutetaan yksinkertaisesti sisällyttämällä muut panokset.

Kuvio 11.

Molemmat piirit muuntavat tulosignaalin amplitudin lähtöpulssin leveyteen. Tällaista muunnosta käytetään usein erilaisissa elektronisissa piireissä. Ensinnäkin mittauslaitteissa, kytkentävirtalähteissä, digitaalisissa vahvistimissa.

Laitteiden taajuusalue on alueella 5 ... 200 kHz, tulosignaalin amplitudi on alueella 2 ... 2,5 V. Germaniumdiodia käytettäessä amplitudin muuntaminen pulssin leveydeksi alkaa 80 ... 90 mV: n tasolta, kun taas piidiodilla tämä arvo on 250 ... 270 mV.

Laitteen toimintataajuuskaista määräytyy kondensaattorien luokkien C1, C2 perusteella. Huollettavista osista koottu laite ei vaadi säätöä ja vastekynnyksen asettamista.