Komparacijski sklopovi

Kako se uspoređuje napon

U mnogim se opisima uspoređivač uspoređuje s uobičajenim mjerilima kao na bazaru: standard se stavlja na jednu zdjelu - utege, a prodavač počinje stavljati robu, na primjer, krumpir, na drugu. Čim težina proizvoda postane jednaka težini utega, točnije malo više, čaša s utezima žuri gore. Vaganje je gotovo.

Ista stvar događa se s komparatorom, samo što u ovom slučaju ulogu utezi igra referentni napon, a ulazni signal koristi se kao krumpir. Čim se na izlazu komparatora pojavi logička jedinica, smatra se da je došlo do usporedbe napona. To je vrlo "malo više", što se u direktorijima naziva "osjetljivost praga komparatora".

Provjera komparatora napona

Novaci šunke - inženjeri elektronike često pitaju kako provjeriti određeni dio. Za provjeru komparatora ne morate sastavljati nijedan složeni krug. Dovoljno je spojiti voltmetar na izlaz komparatora, a na ulaze primijeniti regulirane napone i utvrditi radi li komparator ili ne. I, naravno, bit će jako dobro, ako se još sjećate primijeniti snagu na komparativu!

Međutim, ne treba zaboraviti da mnogi komparatori imaju izlazni tranzistor, u kojem igle za sakupljače i odašiljače jednostavno "vise u zraku", što je opisano u članku "Analogni komparatori", Stoga se ovi zaključci moraju povezati u skladu s tim. Kako to učiniti prikazano je na slici 1.

Slika 1. Dijagram spajanja komparatora

Referentni napon dobiven od razdjelnik R2, R3 od napona napajanja + 5V. Kao rezultat toga, na inverznom ulazu dobiva se 2,5 V. Pretpostavimo da je klizač varijabilnog otpornika R1 u najnižem položaju, tj. napon na njemu je 0V. Isti napon je na direktnom ulazu komparatora.

Ako sada okretanjem motora varijabilnog otpornika R1 postupno povećavate napon na direktnom ulazu komparatora, kad se dostigne 2,5 V, na izlazu komparatora pojavit će se logika 1, koja će otvoriti izlazni tranzistor, lampica HL1 će svijetliti.

Ako se sada motor R1 okreće u smjeru smanjenja napona, tada će u određenom trenutku LED HL1 nesumnjivo ugasiti. To ukazuje na ispravan rad komparatora.

Eksperiment može biti pomalo kompliciran: voltmetrom izmjerite napon na direktnom ulazu komparatora i utvrdite na kojem će naponu upaliti LED i pri kojem će se ugasiti. Razlika u tim naponima bit će histereza komparatora. Usput, neki komparatori imaju posebnu iglu (pin) za podešavanje vrijednosti histereze.

Da biste izveli takav eksperiment, trebat će vam digitalni voltmetar koji može "uhvatiti" milivolte, višestruki okretni otpornik i prilično strpljenja za izvođača. Ako strpljenje za takav eksperiment nije dovoljno, možete učiniti sljedeće, što je puno jednostavnije: zamijenite izravne i obrnute ulaze i zakrenite varijabilni otpornik da biste promatrali kako se LED ponaša, tj. izlaz komparatora.

Na slici 1 prikazan je samo blok dijagram, tako da brojevi igle nisu naznačeni. Prilikom provjere pravog komparatora morat ćete se pozabaviti njegovim zaključkom (pinout). Zatim će se razmotriti neki praktični programi i dati kratki opis njihovog rada.

Često u jednom slučaju postoji nekoliko komparatora, dva ili četiri, što vam omogućuje stvaranje različitih uređaja bez instaliranja dodatnih čipova na ploči. Komparatori mogu biti neovisni jedan o drugom, ali u nekim slučajevima imaju interne veze. Kao takav čip, uzmite u obzir MAX933 dvostruki komparator.

Komparator MAX933

Dva komparatora "žive" u jednom kućištu mikro kruga. Pored samih komparatora, unutar mikrostrukog kruga nalazi se ugrađeni referentni izvor napona 1,182 V. Na slici je prikazan u obliku zener diode, koja je već spojena unutar mikrokontrole: u gornji komparator na inverzni ulaz, a na dno ravno. To olakšava izradu komparatora na više razina prema principima „malo“, „norma“, „mnogo“ (detektori napona / prenapona). Takvi komparateri nazivaju se prozorima jer je položaj "norma" u "prozoru" između "nekoliko" i "mnogo".

Studijski komparativni program Multisim

Slika 2 prikazuje mjerenje referentnog napona proizvedenog korištenjem simulacijskog softvera Multisim. Mjerenje se provodi s XMM2 multimetrom, koji pokazuje 1,182 V, što u potpunosti odgovara vrijednosti navedenoj u podacima o usporedbi. Pin 5 HYST, - podešavanje histereze, u ovom se slučaju ne koristi.

Slika 2

Pomoću prekidača S1 možete postaviti razinu ulaznog napona i odjednom na oba komparatora: zatvoreni prekidač dovodi do niske razine ulaza (manji od referentnog napona) kao što je prikazano na slici 3. Otvoreno stanje odgovara visokoj razini, - Slika 4. Stanje izlaza komparatora prikazano multimetrima XMM1, XMM2.

Komentari na brojke potpuno su suvišni - da biste razumjeli logiku komparatora, dovoljno je pažljivo razmotriti očitanja multimetara i položaj sklopke S1. Treba samo dodati da se takva shema može preporučiti za provjeru stvarnog "željeznog" usporednika.

Slika 3

Slika 4

Ispitni krug napona

Krug takvog komparatora prikazan u podatkovnom listu prikazan je na slici 5.

Za izlazne signale podnapona (OUTA) i prenapona (OUTB), aktivna razina signala je niska, što pokazuje i podvlačenje signala odozgo. Ponekad se u ove svrhe koristi znak "-" ili "/" ispred naziva signala. Ti se signali mogu nazvati alarmi.

Piše se POWER GOOD signal logički element Ikada oba alarma imaju razinu logičke jedinice. Aktivan signal POWER GOOD je visok.

Ako je bar jedan od alarma nizak, signal POWER GOOD nestat će - također će postati slab. Ovo još jednom omogućuje provjeru je li logički krug I za niske razine logički ILI.

Slika 5. Krug komparatora

Upravljani ulazni napon dovodi se kroz razdjelnik R1 ... R3, čija se vrijednost otpornika izračunava uzimajući u obzir raspon kontroliranih napona. Postupak izračuna dan je, čak i primjerom, u podatkovnom listu.

Za smanjenje brbljanja tijekom prebacivanja, vrijednost histereze postavlja se pomoću razdjelnika R4, R5. Ovi otpornici se izračunavaju pomoću formula koje su također date u podatkovnom listu. Za vrijednosti navedene na dijagramu, vrijednost histereze je 50mV.

Shema upravljanja sigurnosnim kopijama

Slične sheme koriste se, na primjer, u alarmni sustavi, Algoritam rada ovih shema vrlo je jednostavan. Ako mrežni napon ne uspije, sigurnosni sustav prelazi na rad baterije, a kad se mreža obnovi, ponovno djeluje iz napajanja, dok se baterija puni. Da bi se implementirao takav algoritam, moraju se procijeniti najmanje dva faktora: prisutnost mrežnog napona i stanje baterije.

Funkcionalni upravljački krug prikazan je na slici 6.

Slika 6. Shema upravljanja rezervnim napajanjem na jednom čipu

Ispravljeni napon + 9VDC dovodi se kroz diodu do regulatora napona, odakle se napaja sigurnosni uređaj. U ovom slučaju, razdjelnik R1, R2 je senzor mrežnog napona, koji nadgleda donji komparator s izlazom OUTA. Kad postoji mrežni napon i nalazi se unutar razloga, na izlazu donjeg komparatora nalazi se logička jedinica koja otvara poljski tranzistor Q1 kroz koji se puni baterija. Isti signal kontrolira indikator mrežnog rada.

Ako mrežni napon ne uspije ili se smanji, na izlazu komparatora pojavljuje se logička nula, tranzistor s efektom polja se zatvara, baterija se prestaje puniti, indikator mrežnog rada se isključuje ili pretvara drugu boju. Moguća je i pojava zvučnog signala.

Napunjena baterija putem preklopne diode spojena je na stabilizator, a uređaj i dalje radi izvan mreže. No, radi zaštite baterije od punog pražnjenja, drugo stanje uspoređuje njegovo stanje, gornje prema shemi.

Iako se baterija još nije ispraznila, napon na inverznom ulazu komparatora B je viši od referentnog, dakle, izlazna razina komparatora je niska, što odgovara normalnom napunjenosti baterija. Kako dođe do pražnjenja, napon na razdjelniku R3, R4 opada, a kad postane niži od referentnog, na izlazu komparatora uspostavlja se visoka razina, što ukazuje na slabu bateriju. Najčešće se ovo stanje ukazuje na dosadno škripanje uređaja.

Krug vremenskog kašnjenja

Prikazana na slici 7.

Slika 7. Shema vremenskog kašnjenja na komparateru

Shema djeluje na sljedeći način. Pritiskom na tipku MOMENTARY SWITCH kondenzator C se napaja na napon izvora napajanja. To dovodi do činjenice da napon na ulaznom IN + postaje veći od referentnog napona na ulaznom IN-. Stoga je izlaz OUT postavljen na visoku razinu.

Nakon otpuštanja gumba kondenzator se počinje prazniti kroz otpornik R, a kada napon na njemu, a samim tim, na ulazu IN + padne ispod referentnog napona na ulazu IN-, izlazna razina komparatora OUT će biti niska. Kad ponovno pritisnete gumb, sve se ponavlja.

Referentni napon na ulaznom IN- postavlja se pomoću razdjelnika od tri otpornika i s vrijednostima navedenim na dijagramu je 100mV. Isti razdjelnik postavlja histerezu komparatora (HYST) unutar 50mV. Tako se kondenzator C isprazni do napona 100 - 50 = 50 mV.

Potrošnja samog uređaja je mala, ne više od 35 mikroampera, dok izlazna struja može doseći 40 mA.

Kašnjenje u vremenu izračunava se formulom R * C * 4,6 sec. Primjer je izračun sa sljedećim podacima: 2M & # 937; * 10 µF * 4,6 = 92 sec. Ako je otpor naznačen u megaohmsima, kapacitet je u mikrofaradama, rezultat se dobiva u sekundi. Ali to je samo izračunati rezultat. Stvarno vrijeme ovisit će o naponu izvora napajanja i kvaliteti kondenzatora, njegovoj nepropusnoj struji.

Neki jednostavni komparacijski sklopovi

Osnova krugova, koji će se razmotriti kasnije, je gradijentni relej, krug koji reagira ne na prisutnost bilo kojeg signala, već na brzinu njegove promjene. Jedan od tih senzora je foto relejčiji je dijagram prikazan na slici 8.

Slika 8. Shema foto releja na komparateru

Ulazni signal dobiva se iz razdjelnika formiranog otpornikom R1 i fotodiodom VD3. Zajednička točka ovog razdjelnika kroz diode VD1 i VD2 spojena je s izravnim i invertirajućim ulazom komparatora DA1. Dakle, ispada da direktni i inverzni ulazi imaju isti napon, tj. nema razlike između napona na ulazima. S ovim stanjem na ulazima, osjetljivost komparatora je blizu maksimalne.

Za promjenu stanja komparatora bit će potrebna razlika napona na ulazima u jedinicama milivolta. Ovdje se radi o tome kako mali prst gurnuti u ponor koji visi na rubu kamena. U međuvremenu je na izlazu komparatora prisutna logička nula.

Ako se osvjetljenje naglo promijeni, napon na fotodiodi se također mijenja, pretpostavimo da se povećava. Čini se da će se zajedno s tim napon na oba ulaza komparatora promijeniti, i to odmah. Stoga, željena razlika napona na ulazima neće raditi, a samim tim se stanje izlaza komparatora neće promijeniti.

Sve bi to bilo tako, ako ne obratite pažnju na kondenzator C1 i otpornik R3. Zahvaljujući ovom RC krugu, napon na invertiranom ulazu komparatora će se povećati s nekim kašnjenjem u odnosu na izravni ulaz. Za vrijeme kašnjenja napon na izravnom ulazu bit će veći nego na inverznom. Kao rezultat toga, na izlazu komparatora pojavit će se logička jedinica. Ova jedinica neće se zadržati dugo, samo za vrijeme kašnjenja zbog RC lanca.

Sličan foto relej koristi se u slučajevima kada se osvjetljenje mijenja dovoljno brzo. Na primjer, u sigurnosnim uređajima ili senzorima gotovih proizvoda na transportnim uređajima uređaj će reagirati na prekid svjetlosnog toka. Druga opcija je dodatak sustavu video nadzora. Ako fotosenzor usmjerite na zaslon monitora, on će prepoznati promjenu svjetline i uključiti, primjerice, audio signal, privlačeći pozornost operatera.

Vrlo je jednostavno pretvoriti razmatrani foto relej u senzor promjene temperature, na primjer, u požarni alarm, Da biste to učinili, jednostavno zamijenite fotodiodu s termistorom. U tom slučaju vrijednost otpornika R1 mora biti jednaka vrijednosti termistora (obično označeno za temperaturu od 25 ° C). Dijagram ovog senzora prikazan je na slici 9.

Slika 9. Dijagram senzora za mjerenje temperature na komparateru

Princip i značenje rada potpuno su isti kao i fotosenzor opisan gore. Ali ovaj dizajn također pokazuje najjednostavniji izlazni uređaj - ovo je tiristor VS1 i relej K1. Kada se komparator aktivira, otvara se tiristor VS1 koji uključuje relej K1.

Budući da tiristor u ovom slučaju radi u krugu istosmjerne struje, čak i kada se upravljački impuls iz komparatora završi, tiristor će ostati otvoren, a relej K1 uključen. Da biste isključili relej, morat ćete pritisnuti gumb SB1 ili jednostavno isključiti cijeli krug.

Umjesto termistora, možete upotrijebiti magnetni otpornik, na primjer SM-1, koji reagira na magnetsko polje. Tada dobivate magnetski osjetljiv gradijentni relej. Magnetoresistori su se u prošlom XX stoljeću koristili na tipkovnicama nekih računala.

Ako koristite druge senzore, onda na temelju gradijentnog releja lako možete napraviti potpuno različite uređaje koji reagiraju na promjene u električnom polju, na zvučne vibracije. Pomoću piezoelektričnih senzora lako je stvoriti senzore udara i seizmičke vibracije.

Lako je pomoću komparatora pretvoriti "analogni" signal u "digitalni". Slična je shema prikazana na slici 10.

Slika 10. Shema za pretvaranje "analognog" signala u "digitalni" signal pomoću komparatora

Na slici 11. prikazan je isti krug, samo što je polaritet izlaznih impulsa obrnut od prethodnog. To se postiže jednostavnim uključivanjem drugih inputa.

Slika 11.

Oba kruga pretvaraju amplitudu ulaznog signala u širinu izlaznog impulsa. Takva se pretvorba često koristi u raznim elektroničkim krugovima. Prije svega, u mjernim uređajima, komutacijskim izvorima napajanja, digitalnim pojačalima.

Frekvencijski raspon uređaja je u rasponu od 5 ... 200KHz, amplituda ulaznog signala u rasponu od 2 ... 2,5 V. Kada se koristi germanijska dioda, pretvaranje amplitude u širinu impulsa započinje s razine 80 ... 90mV, dok je za silicijsku diodu ta vrijednost 250 ... 270mV.

Radni frekvencijski pojas uređaja određen je nazivima kondenzatora C1, C2. Uređaj sastavljen iz dijelova koji se mogu servisirati ne zahtijeva podešavanje i postavljanje praga odziva.