Komparátor áramkörök

Hogyan működik a feszültség-komparátor?

Sok leírásban az összehasonlítót összehasonlítják a hagyományos karos mérlegekkel, mint a bazárban: az egyik tálra mércét helyeznek el - súlyokat, az eladó pedig az árukat, például a burgonyát, a másikra kezdi. Amint a termék tömege megegyezik a súlyok tömegével, pontosabban egy kicsit annál több, a súlyokkal felszerelt csésze felrobban. A mérés vége.

Ugyanez történik az összehasonlítóval, csak ebben az esetben a súlyok szerepét a referencia feszültség játssza, és a bemeneti jelet burgonyaként használják. Amint egy logikai egység megjelenik a komparátor kimenetén, úgy tekintik, hogy megtörtént a feszültség-összehasonlítás. Ez a nagyon "kicsit több", amelyet a könyvtárakban az "összehasonlító küszöbérzékenységének" hívnak.

Feszültség-komparátor ellenőrzése

Kezdő sonkák - az elektronikai mérnökök gyakran kérdezik, hogyan ellenőrizhető egy adott alkatrész. A komparátor ellenőrzéséhez nem kell összetett áramkört összeállítania. Elegendő egy voltmérőt csatlakoztatni a komparátor kimenetéhez, és szabályozott feszültséget adni a bemenetekre, és meg kell határozni, hogy a komparátor működik-e vagy sem. És természetesen nagyon jó lesz, ha emlékszel még arra, hogy hatalmát használja az összehasonlítóra!

Nem szabad azonban elfelejteni, hogy sok komparátornak van egy kimeneti tranzisztorja, amelyben a kollektor és az emitter megállapításai egyszerűen "lebegnek a levegőben", amelyet a cikk ismertet "Analóg komparátorok". Ezért ezeket a következtetéseket ennek megfelelően össze kell kapcsolni. Az 1. ábrán látható, hogyan lehet ezt megtenni.

1. ábra: Komparátor csatlakoztatási diagramja

A referencia feszültség a következőtől: R2, R3 elválasztó tápfeszültségtől + 5 V. Ennek eredményeként 2,5 V-ot kapunk a fordított bemenetnél. Tegyük fel, hogy az R1 változó ellenállás csúszka a legalacsonyabb helyzetben van, azaz a feszültség 0V. Ugyanaz a feszültség van a komparátor közvetlen bemenetén.

Ha most az R1 változó ellenállású motor forgatásával fokozatosan növeli a feszültséget a komparátor közvetlen bemenetén, akkor amikor a 2,5 V-ot eléri, az 1. logika megjelenik a komparátor kimenetén, amely kinyitja a kimeneti tranzisztorot, a HL1 LED kigyullad.

Ha most az R1 motort a csökkenő feszültség irányába forgatjuk, akkor egy bizonyos pillanatban a HL1 LED kétségkívül kialszik. Ez jelzi a komparátor megfelelő működését.

A kísérlet némileg bonyolult lehet: mérje meg a feszültséget a komparátor közvetlen bemenetén voltmérővel, és rögzítse, hogy a feszültségnek mekkora fénnyel világít a LED és amelyen kialszik. Ezekben a feszültségekben a különbség a komparátor hiszterézise lesz. By the way, néhány komparátornak van egy speciális tüske (pin) a hiszterézis értékének beállításához.

Egy ilyen kísérlet elvégzéséhez szüksége van egy digitális voltmérőre, amely képes "elkapni" millivoltot, több fordulatú vágóellenállásra és tisztességes türelemmel az előadóművész számára. Ha az ilyen kísérlet türelme nem elegendő, akkor a következőket teheti meg, ami sokkal egyszerűbb: cserélje ki a közvetlen és inverz bemeneteket, és forgassa el a változó ellenállást, hogy megfigyelje a LED viselkedését, azaz összehasonlító kimenet.

Az 1. ábra csak egy blokkdiagramot mutat, így a PIN-kódok nem kerülnek feltüntetésre. Amikor valódi összehasonlítót ellenőriz, akkor a pinoutjával (pinout) kell foglalkoznia. Ezután néhány gyakorlati sémát mérlegelnek, és munkájuk rövid leírását adják.

Gyakran egy esetben több összehasonlító is van, kettő vagy négy, amelyek lehetővé teszik különböző eszközök létrehozását anélkül, hogy további chipeket kellene telepíteni a táblára. A komparátorok függetlenek lehetnek egymástól, de bizonyos esetekben belső kapcsolatokkal is rendelkeznek. Mint ilyen chip, vegye figyelembe a MAX933 kettős komparátort.

Összehasonlító MAX933

Két komparátor „él” a mikroáramkör egyik házában. Maguk a komparátorok mellett a mikroáramkörben beépített 1,182 V feszültség-referencia-forrás is található. Az ábrán egy Zener-dióda formájában látható, amely már csatlakozik a mikroáramkörbe: a felső komparátorhoz az inverz bemenethez, az alsó pedig az egyenes vonalhoz. Ez megkönnyíti a többszintű komparátor létrehozását a "Kis", "Norm", "Sok" (al- vagy túlfeszültség-érzékelők) alapelveinek megfelelően. Az ilyen összehasonlítókat ablakra hívják, mert a „norm” pozíció az „ablakban” a „kevés” és a „sok” között van.

Tanulmányi összehasonlító program Multisim

A 2. ábra a referencia feszültség mérését mutatja a Multisim szimulációs szoftver segítségével. A mérést egy XMM2 multiméterrel hajtják végre, amely 1,182 V-ot mutat, amely teljes mértékben megfelel az összehasonlító adatlapjában megadott értéknek. 5. érintkező HYST, - hiszterézis-beállítást, ebben az esetben nem használnak.

2. ábra

Az S1 kapcsolóval beállíthatja a bemeneti feszültség szintjét, és egyszerre mindkét komparátoron: egy zárt kapcsoló alacsony szintű tápellátást szolgáltat a bemenetekhez (a referencia feszültségnél alacsonyabb), mint a 3. ábra mutatja, a nyitott állapot magas szintnek felel meg, - 4. ábra: A komparátorok kimeneteinek állapota az XMM1, XMM2 multiméterekkel mutatják.

Az ábrákkal kapcsolatos megjegyzések teljesen feleslegesek - az összehasonlító logikájának megértéséhez elegendő a multiméter értékét és az S1 kapcsoló helyzetét körültekintően mérlegelni. Csak hozzá kell tenni, hogy egy ilyen séma ajánlható egy valódi "vas" komparátor ellenőrzésére.

3. ábra

4. ábra

Feszültségteszt áramkör

Az ilyen összehasonlító adatlapon látható áramköre az 5. ábrán látható.

Alulfeszültség (OUTA) és túlfeszültség (OUTB) kimeneti jelek esetén az aktív jelszint alacsony, ezt a fentről jelzett aláhúzás jelzi. Időnként ezekre a célokra a jelnév előtt a „-” vagy „/” jelet kell használni. Ezeket a jeleket riasztásoknak lehet nevezni.

A POWER JÓ jel kimenet logikai elem ÉSamikor mindkét riasztásnak logikai egységszintje van. Az aktív POWER JÓ jel magas.

Ha legalább az egyik riasztás alacsony, akkor a POWER JÓ jel eltűnik - szintén alacsony lesz. Ez ismét lehetővé teszi annak ellenőrzését, hogy a logikai áramkör ÉS alacsony szint esetén logikai VAGY.

5. ábra. Komparátor áramkör

A vezérelt bemeneti feszültséget az R1 ... R3 elválasztón keresztül táplálják, amelynek ellenállásainak értékét a szabályozott feszültség tartományának figyelembevételével számítják ki. A számítási eljárást, még egy példával is, az adatlap tartalmazza.

Az átkapcsolás közben fellángolódás csökkentése érdekében a hiszterézis értékét az R4, R5 elválasztóval kell beállítani. Ezeket az ellenállásokat az adatlapban megadott képletek alapján számítják ki. Az ábrán feltüntetett értékeknél a hiszterézis értéke 50mV.

Biztonsági mentési rendszer

Hasonló sémákat használnak például a riasztórendszerek. Ezen rendszerek működésének algoritmusa meglehetősen egyszerű. Ha a hálózati feszültség meghibásodik, a biztonsági rendszer átkapcsol az akkumulátor működésére, és a hálózat helyreállításakor az akkumulátor töltése közben ismét az áramellátásból működik. Egy ilyen algoritmus megvalósításához legalább két tényezőt ki kell értékelni: a hálózati feszültség jelenlétét és az akkumulátor állapotát.

A funkcionális vezérlőáramkört a 6. ábra mutatja.

6. ábra. Biztonsági mentési energiagazdálkodási séma egyetlen chipen

Az egyenirányított feszültséget + 9 VDC a diódán keresztül továbbítják a feszültségszabályozóhoz, ahonnan a biztonsági berendezés tápellátást kap. Ebben az esetben az R1, R2 elválasztó vonalfeszültség-érzékelő, amelyet az alsó komparátor OUTA kimenettel figyel. Ha hálózati feszültség van, és ésszerűen van, akkor az alsó komparátor kimenetén egy logikai egység nyitja meg a Q1 mezőhatástranzisztort, amelyen keresztül az akkumulátor töltődik. Ugyanez a jel vezérli a hálózati működés jelzőjét.

A hálózati feszültség elvesztése vagy csökkenése esetén logikai nulla jelenik meg a komparátor kimenetén, a terepi tranzisztor bezáródik, az akkumulátor leáll, a hálózati működésjelző kialszik, vagy más színre vált. A hangjelzés megjelenése szintén lehetséges.

A kapcsolódiódán keresztül töltött akkumulátort csatlakoztatják a stabilizátorhoz, és az eszköz továbbra is offline üzemmódban működik. Az akkumulátor teljes lemerülésének megakadályozása érdekében azonban egy másik komparátor figyeli az állapotát, a felső a séma szerint.

Miközben az akkumulátor még nem merült le, a B komparátor fordított bemeneténél a feszültség magasabb, mint a referenciaérték, ezért az összehasonlító kimeneti szintje alacsony, ami megfelel az akkumulátorok normál töltésének. A kisülés során az R3, R4 elválasztó feszültsége esik, és amikor ez alacsonyabb lesz, mint a referencia, a kompresszor kimenetén magas szint jön létre, amely alacsony akkumulátort jelez. Ezt a feltételt leggyakrabban az eszköz bosszantó nyikorgása jelzi.

Idő késleltetés áramkör

A 7. ábrán látható.

7. ábra: Az időkésés vázlata a komparátoron

A séma a következőképpen működik. A MOMENTARY SWITCH gomb megnyomásával a C kondenzátort feltöltik az áramforrás feszültségére. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy az IN + bemenet feszültsége magasabb lesz, mint az IN- bemenet referenciafeszültsége. Ezért az OUT kimenet magas szintre van állítva.

A gomb elengedése után a kondenzátor elkezdi az R ellenálláson keresztül ürülni, és amikor a rajta lévő feszültség, tehát az IN + bemeneten az IN- bemeneten a referenciafeszültség alá esik, az OUT komparátor kimeneti szintje alacsony lesz. A gomb újbóli megnyomásakor minden ismét megismétlődik.

Az IN- bemeneten a referenciafeszültséget három ellenállás osztójának segítségével állíthatjuk be, és az ábrán feltüntetett értékek 100mV. Ugyanez az elválasztókészülék az összehasonlító (HYST) hiszterézist állítja be 50 mV-n belül. Így a C kondenzátort 100-50 = 50 mV feszültségre ürítik.

Maga az eszköz áramfogyasztása kicsi, legfeljebb 35 mikroamper, miközben a kimeneti áram eléri a 40 mA-t.

Az késleltetést az R * C * 4,6 mp képlettel számoljuk. Példa erre a következő adatokkal végzett számítás: 2M & # 937; * 10µF * 4,6 = 92 mp. Ha az ellenállást megaohmban jelezzük, akkor a kapacitás mikrofarádban van, akkor az eredmény másodpercben megkapható. De ez csak kiszámított eredmény. A tényleges idő az energiaforrás feszültségétől és a kondenzátor minőségétől, szivárgási áramától függ.

Néhány egyszerű összehasonlító áramkör

Az áramkörök alapja, amelyeket később megvizsgálunk, egy gradiensrelé, egy olyan áramkör, amely nem a jel jelenlétére, hanem a változásának sebességére reagál. Az egyik ilyen érzékelő fotó reléamelynek diagramját a 8. ábra mutatja.

8. ábra: Az összehasonlító fotórelének vázlata

A bemeneti jelet az R1 ellenállás és a VD3 fotodiod által megosztott osztóból nyerik. Az elválasztó közös pontja a VD1 és VD2 diódákon keresztül kapcsolódik a DA1 komparátor közvetlen és invertáló bemenetéhez. Így kiderül, hogy a közvetlen és inverz bemenetek azonos feszültséggel rendelkeznek, azaz nincs különbség a bemenetek feszültségei között. Ha ez a bemeneti állapot van, az összehasonlító érzékenysége közel van a maximálishoz.

A komparátor állapotának megváltoztatásához feszültségkülönbségre van szükség a millivoltos egységek bemeneteinél. Ez arról szól, hogyan kell bedugni a kis ujját a kő szélén lógó mélyedésbe. Időközben logikai nulla van jelen az összehasonlító kimenetén.

Ha a megvilágítás hirtelen megváltozik, akkor a fotodiod feszültsége is megváltozik, tegyük fel, hogy felfelé. Úgy tűnik, hogy ezzel együtt a komparátor mindkét bemeneti feszültsége azonnal megváltozik. Ezért a kívánt feszültségkülönbség a bemeneteknél nem fog működni, és ezért a komparátor kimenetének állapota nem változik.

Mindez így lenne, ha nem veszi figyelembe a C1 kondenzátort és az R3 ellenállást. Ennek az RC áramkörnek köszönhetően a komparátor fordított bemenetén a feszültség némi késéssel növekszik a közvetlen bemenethez képest. A késleltetési időnél a közvetlen bemenet feszültsége nagyobb lesz, mint a fordítottnál. Ennek eredményeként logikai egység jelenik meg a komparátor kimenetén. Ezt az egységet sokáig nem tartják, csak az RC lánc miatt a késleltetés ideje alatt.

Hasonló fotórelét használnak azokban az esetekben, amikor a megvilágítás elég gyorsan megváltozik. Például a biztonsági eszközökben vagy a szállítószalagok késztermékeinek érzékelőiben az eszköz reagál a fényáram megszakítására. Egy másik lehetőség a video megfigyelő rendszer kiegészítése. Ha a fényérzékelőt a monitor képernyőjére irányítja, akkor érzékeli a fényerő változását, és bekapcsol például egy audio jelet, felhívva a kezelő figyelmét.

Nagyon egyszerű, ha a figyelembe vett fotórelét hőmérséklet-érzékelővé alakítják, például a tűzjelző. Ehhez csak cserélje ki a fotodiodot egy termisztorra. Ebben az esetben az R1 ellenállás értékének meg kell egyeznie a termisztor értékével (általában 25 ° C hőmérsékleten jelzik). Ennek az érzékelőnek a vázlata a 9. ábrán látható.

9. ábra: Az összehasonlító hőmérsékletmérő érzékelője

A munka alapelve és értelme pontosan megegyezik a fentebb leírt fényérzékelővel. De ez a kialakítás a legegyszerűbb kimeneti eszközt is mutatja - ez a VS1 tirisztor és a K1 relé. Amikor az összehasonlító aktiválódik, kinyílik a VS1 tirisztor, amely bekapcsolja a K1 relét.

Mivel a tirisztor ebben az esetben egy egyenáramú áramkörben működik, még akkor is, ha a vezérlő impulzus a komparátorból véget ér, a tirisztor nyitva marad, és a K1 relé be van kapcsolva. A relé kikapcsolásához meg kell nyomnia az SB1 gombot, vagy egyszerűen ki kell kapcsolnia a teljes áramkört.

Termisztor helyett használhat egy mágneses ellenállást, például SM-1, amely a mágneses mezőre reagál. Ezután mágnesesen érzékeny gradiensrelét kap. Az elmúlt XX század mágneses ellenállásait használták néhány számítógép billentyűzetén.

Ha más érzékelőt használ, akkor a gradiensrelé segítségével könnyen elkészíthet különféle eszközöket, amelyek reagálnak az elektromos térerõdésre, hanghatásokra. A piezoelektromos érzékelőkkel könnyen létrehozhatók sokk-érzékelők és szeizmikus rezgések.

A komparátorok segítségével meglehetősen egyszerű az „analóg” jel digitális formává konvertálása. Hasonló sémát mutat a 10. ábra.

10. ábra: Az „analóg” jel „digitális” jellé való konvertálására szolgáló komparátor

A 11. ábra ugyanazt az áramkört mutatja, csak a kimeneti impulzusok polaritása fordított az előzőhöz. Ezt egyszerűen más inputok bevonásával érik el.

11. ábra

Mindkét áramkör konvertálja a bemeneti jel amplitúdóját a kimeneti impulzus szélességéhez. Egy ilyen átalakítást gyakran használnak különféle elektronikus áramkörökben. Mindenekelőtt a mérőeszközökben, a kapcsoló tápegységekben, a digitális erősítőkben.

Az eszközök frekvenciatartománya 5 ... 200KHz, a bemeneti jel amplitúdója pedig 2 ... 2,5 V. Germánium-dióda használatakor az amplitúdó átalakítása az impulzusszélességre 80 ... 90mV szintről indul, miközben egy szilícium-dióda esetében ez az érték 250 ... 270mV.

A készülék működési frekvenciasávját a C1, C2 kondenzátorok besorolása határozza meg. A szervizelhető alkatrészekből összeállított eszköz nem igényel beállítást és a válaszküszöb beállítását.