Analoginiai lygintuvai

Pavadinimas komparatoriai atėjo iš lotynų palyginti - palyginti. Įtaisai, kuriuose atliekamas matavimas, lyginant su standartiniu darbu pagal šį principą. Pavyzdžiui, vienodos rankos svarstyklės arba elektriniai potenciometrai.

Veiksmo principas išskiria elektrinius, pneumatinius, optinius ir net mechaninius komparatorius. Pastarosios yra naudojamos tikrinant galo ilgį. Pirmą kartą palyginamąją galios matavimo priemonių patikrą Paryžiuje pritaikė Lenoir 1792 m., Nes yra straipsnis Brockhauzo ir Efrono enciklopedijose.

Šis mechaninis lygintuvas buvo naudojamas patikrinti 1 m standartą formuojant prancūzišką metrinę sistemą. Tokio lygintuvo, naudojant kilnojamųjų svirtelių sistemą, matavimo tikslumas siekė 0,0005 mm. Tuo metu tai buvo labai tikslu. Bet šiame straipsnyje mes nenagrinėsime išsamiai mechaninių ir kitų komparatorių, nes mūsų užduotis yra įtampos komparatoriai.

Integruoti komparatoriai. Veiksmo principas ir įvairovė

Šiuo metu komparatoriai daugiausia naudojami integruotame dizaine. Mažai kas pagalvotų surinkti lygintuvą iš atskirų tranzistorių. Be to, lygintuvai naudojami kaip kai kurių grandinių dalis.

Pavyzdžiui integruotas laikmatis NE555 yra net du palyginamieji elementai, o tai, tiesą sakant, yra pasiektas visas jo darbo žavesys. Be to, daug šiuolaikiniai mikrovaldikliai taip pat turi įmontuotus komparatorius. Bet, nepaisant vykdymo, lyginamųjų principai yra visiškai vienodi.

Šiuolaikiniai komparatoriai schemoje yra labai panašūs į opampus. Tiesą sakant, tai yra tas pats operacinis stiprintuvas, tik be grįžtamojo ryšio ir su labai dideliu stiprinimu. Lygintuvas taip pat turi dvi įvestis, tiesiogines ir atvirkštines (pažymėtas apskritimu arba minuso ženklu).

Pagrindinė lygintuvo funkcija yra palyginti dvi įtampas, iš kurių viena yra pavyzdinė arba pamatinė, o kita iš tikrųjų yra išmatuota. Komparatoriaus išvesties signalas gali turėti tik dvi reikšmes: loginį nulį ir loginį vienetą, tačiau jo negalima pakeisti linijiškai, kaip operacinis stiprintuvas.

Palyginamųjų išvestyje, kaip taisyklė, yra išvestis tranzistorius su atviru kolektoriumi ir skleidėju. Todėl jis gali būti prijungtas arba pagal grandinę su OE arba emiterio sekikliu, atsižvelgiant į konkrečios grandinės reikalavimus, kaip parodyta 1 paveiksle.

1a paveiksle parodytas išėjimo tranzistoriaus įtraukimas į grandinę su bendru emiteriu. Tokiu atveju prie kaskados išvesties gali būti prijungta TTL ir CMOS-logika, kai maitinimo įtampa yra + 5 V. Jei CMOS - logika maitinama 15 V įtampa, tada viršutinė 1KΩ varžos išvestis pagal schemą turėtų būti prijungta prie + 15 V maitinimo magistralės.

Kai išėjimo tranzistorius yra prijungtas pagal emiterio sekiklio grandinę, kaip parodyta 1b paveiksle, lygintuvo išėjimo įtampa kinta +15 V ... -15 V ribose. Tačiau po šio įtraukimo lygintuvo greitis labai sumažėja, be to, įėjimai vietose „keičiami“ - įėjimai yra apverčiami.

1 pav

Kaip patikrinti palyginamąjį, gyvą ar negyvą?

Jei šviesos diodas nuosekliai lituojamas su rezistoriumi R 1a paveiksle pavaizduotoje grandinėje, jungiant anodą prie + 5 V maitinimo šaltinio, o įėjimai, naudojant rezistorius, įdedami įtampa, tada pakeitus šias įtampas naudojant bent kintamuosius rezistorius, šviesos diodas gali mirksėti. Toliau galite sužinoti, kokia seka taikyti atskaitos ir įėjimo įtampą. Tegul tokia testų schema yra maža praktinė užduotis.

Komparatoriaus logika

Lygintuvo funkcinė schema parodyta 2 paveiksle.

2 pav. Lygintuvo funkcinė schema

Esant tiek įėjimų ir įvesties signalų, yra dvi galimybės. Pirmuoju atveju, parodytame kairėje paveikslo pusėje, etaloninė įtampa taikoma invertuojančiajam įėjimui, o įvesties įtampa - neinvertuojančiai. Jei įėjimo įtampa viršija pamatinę įtampą, lygintuvo išvestyje pasirodys aukštas lygis (1 log.). Priešingu atveju turėsime loginį nulį.

Antroje versijoje, parodytoje dešinėje paveikslo pusėje, pamatinė įtampa taikoma tiesioginiam įėjimui, o įėjimo įtampa - apverstinei. Tokiu atveju, jei įvesties įtampa yra didesnė už pamatinę įtampą lygintuvo išėjime, loginė nulio vertė lygi nuliui, kitaip. 2 paveiksle visos šios išvados parodytos matematinių formulių pavidalu.

Tačiau dėmesingam skaitytojui gali kilti teisingas klausimas: „Pažvelkite į 1 paveikslą, kiek yra realizavimo vietų! Taigi apie kurį jie kalba, koks nulis ten yra, o kur čia vienetas? “ Šiuo atveju mes kalbame apie išėjimo tranzistoriaus pagrindą, manoma, kad tai yra operacinio stiprintuvo išėjimas, į kurį tiekiami įvesties signalai. Ir išėjimo tranzistorius, kaip nurodyta 1 paveikslo komentaruose, gali būti įjungtas bet kokiu būdu.

Kai kurios analoginių komparatorių savybės

Naudojant lygintuvus, reikia atsižvelgti į jų savybes, kurias galima suskirstyti į statines ir dinamines. Statiniai palyginamojo parametro parametrai yra tie, kurie nustatomi pastoviame režime.

Visų pirma, tai yra lyginamojo slenksčio jautrumas. Jis apibrėžiamas kaip mažiausias įvesties signalų skirtumas, kai išvestyje pasirodo loginis signalas.

Be įvesties ir išvesties, daugelis komparatorių turi išvestis, skirtas tiekti įstrižinę įtampą Ucm. Naudojant šią įtampą, atliekamas būtinas perdavimo charakteristikos poslinkis idealios padėties atžvilgiu.

Vienas pagrindinių lygintuvo parametrų yra histerezė. Lengviausias būdas paaiškinti šį reiškinį yra naudoti pavyzdį su įprasta relė. Tegul ritės darbinė įtampa, pavyzdžiui, 12 V, tada relė veiks. Jei po to palaipsniui sumažinkite ritės maitinimo įtampą, tada relė išsiskirs, pavyzdžiui, esant 7 V įtampai. Šis net 5 V skirtumas tarp šios relės yra histerezė. Bet relė vėl neįsijungs, jei įtampa išliks 7V lygyje, tai neįvyks. Norėdami tai padaryti, vėl padidinkite įtampą iki 12 V. Ir tada ...

Tą patį galima pastebėti ir lyginant. Tarkime, kad įėjimo įtampa sklandžiai didėja, palyginti su etalonine įtampa (įjungiami signalai, kaip parodyta kairėje 2 paveikslo dalyje). Kai tik įėjimo įtampa tampa didesnė nei pamatinė įtampa (ne mažesnė kaip slenksčio jautrumo vertė), lygintuvo išvestyje pasirodys loginis vienetas.

Jei įėjimo įtampa dabar pradeda sklandžiai mažėti, tada perėjimas nuo loginio mazgo prie loginio nulio įvyks, kai įėjimo įtampa yra šiek tiek mažesnė už pamatinę įtampą. Įvesties įtampų skirtumas esant šiems „virš atskaitos“ ir „žemiau atskaitos“ yra vadinamas lygintuvo histereze. Komparatoriaus histerezė atsiranda dėl to, kad jame yra teigiamų atsiliepimų, kurie yra skirti slopinti išėjimo signalo „atšokimą“ keičiant komparatorių.

Kaip yra lyginamasis

Grandinės schema tranzistoriaus lygyje yra gana sudėtinga, didelė, nelabai aiški, tačiau praktiškai nereikalinga. Tai yra integruotos grandinės dizaino ypatybės, atrodo, kad tranzistoriai pritvirtinami visur, net ten, kur nereikia. Todėl geriau apsvarstyti supaprastintą komparatoriaus funkcinę schemą, parodytą 3 paveiksle.

3 pav. Supaprastinta komparatoriaus funkcinė schema

Diagrama rodo įvesties diferencialo pakopą (DC), išvesties logiką ir lygio poslinkio grandinę.

Įvesties DC atlieka pagrindinį skirtumo signalo stiprinimą, o taip pat su šališkumo įtaiso pagalba leidžia atlikti pageidaujamą būseną išvestyje, leidžiančią pasirinkti logikos tipą (TTL, ESL, CMOS), su kuria jūs turite dirbti.Šis nustatymas atliekamas naudojant apipjaustymo varžą, prijungtą prie gnybtų "balansavimo".

Vartai ir atminties palyginimo įrenginiai

Kai kuriuose šiuolaikiniuose komparatoriuose yra įvesties įvestis: įvesties signalų palyginimas vyksta tik tada, kai tiekiamas atitinkamas impulsas. Tai leidžia palyginti įvesties signalus tuo momentu, kai to reikia. Na, teisingai, kas tik tau patinka! Supaprastinta lygintuvo su varteliais blokinė schema parodyta 4 paveiksle.

4 pav. Supaprastinta lygintuvo blokinė schema

Šiame paveiksle parodyti lygintuvai turi parafazės išvestį, kaip ir trigeris, viršutinė išvestis yra tiesioginė, o apatinė, pažymėta apskritimu, natūraliai yra atvirkštinė. Be to, čia rodomi ir vartai C.

4a pav., Įvesties signalai aukštu lygiu yra įvedami į įvestį C. Kai rodymas žemas, grafinis žymėjimas įvestyje C turėtų būti mažas apskritimas (inversijos ženklas).

Fig. 4b, vartų įvestis C turi brūkšnį /, kuris rodo, kad vartai vyksta išilgai kylančio impulso krašto. Jei vartai krinta priekyje, brūkšnys turi šią kryptį.

Taigi, nukreipimo signalas yra ne kas kita, kaip palyginimo skiriamoji geba. Palyginimo rezultatas gali pasirodyti išvestyje tik veikiant vartų impulsui. Bet kai kurie palyginamieji modeliai turi atmintį (tam pakanka vieno trigerio) ir atsimena palyginimo rezultatą, kol ateis kitas pultelio impulsas.

Strobeto impulso (jo krašto) trukmė turi būti pakankama, kad įvesties signalas praeitų per DC, kol atminties ląstelė turi laiko suveikti. Naudojant apsauginius taškus, padidėja lygintuvo atsparumas triukšmui, nes trukdžiai gali pakeisti komparatoriaus būseną tik per trumpą laiko tarpą. Dažnai komparatorius vadinamas vieno bitų ADC.

Komparatorių klasifikacija

Pagal parametrų derinį lygintuvus galima suskirstyti į tris dideles grupes. Tai yra bendrosios paskirties komparatoriai, dideli greičiai ir tikslumas. Mėgėjų praktikoje dažniausiai naudojami pirmieji.

Neturintys jokių antgamtinių greičio ir padidėjimo parametrų, turintys atotrūkį ir atmintį, plataus pritaikymo komparatoriai turi savo patrauklias savybes ir savybes. Jie pasižymi mažu energijos suvartojimu, gebėjimu dirbti žemoje įtampoje ir tuo, kad vienu atveju galima sudėti iki keturių komparatorių. Tokia „šeima“ kai kuriais atvejais leidžia sukurti labai naudingus įrenginius. Vienas iš šių įrenginių parodytas 5 paveiksle.

Tai yra paprasčiausias analoginio signalo keitiklis į skaitmeninį bendrą kodą. Tokį kodą galima konvertuoti į dvejetainį naudojant skaitmeninę konversiją.

5 pav. Analoginio signalo konvertavimo į skaitmeninį vientisą kodą schema

Grandinėje yra keturi komparatoriai K1 ... K4. Etaloninė įtampa taikoma invertuojamiems įėjimams per varžinis daliklis. Jei rezistorių varža yra vienoda, tada įtampa lyginamųjų įeinančių įėjimų atžvilgiu bus n * Uop / 4, kur n yra lygintuvo serijos numeris. Įvesties įtampa taikoma neinversiniams įėjimams, sujungtiems kartu. Palyginę įvesties įtampą su etalonine įtampa komparatorių išėjimuose, gauname vieningą įvesties įtampos skaitmeninį kodą.

Išsamiau mes apsvarstysime bendrosios paskirties komparatorių parametrus, naudodamiesi plačiai paplitusiu ir gana prieinamu komparatoriumi LM311.

LM311 serijos komparatoriai

Maitinimo įtampa ir darbo sąlygos

Kaip rašoma duomenų lape, šių lygintuvų įėjimo srovės yra tūkstantį kartų mažesnės nei „LM106“ ar „LM170“ serijos komparatoriai. Be to, LM311 serijos komparatoriai turi platesnį maitinimo įtampų diapazoną: nuo bipolinių ± 15 V, kaip ir operaciniuose stiprintuvuose, iki vienpolių + 5 ... 15 V.Šis platus galios diapazonas leidžia naudoti LM311 serijos komparatorius kartu su operaciniai stiprintuvai, taip pat su įvairiomis loginių grandinių serijomis: TTL, CMOS, DTL ir kitomis.

Be to, LM311 komparatoriai gali tiesiogiai valdyti lempas ir relių apvijas, kurių darbinė įtampa yra iki 50 V, o srovės neviršija 50 mA. Be LM311, taip pat yra komparatorių LM111 ir LM211. Šios mikroschemos skiriasi veikimo sąlygomis, daugiausia temperatūra. LM311 veikimo diapazonas yra 0 ° C ... + 70 ° C (komercinis diapazonas) LM211 -25 ° C ... + 85 ° C (pramoninis), LM311 -55 ° C ... + 125 ° C (karinis priėmimas).

Pilni vietiniai „LM311“ lygintuvo analogai yra 521CA3, 554CA3 ir kai kurie kiti. Keičiant nereikia keisti grandinės ir net nereikia perdaryti grandinės plokštės. Turėtumėte atkreipti dėmesį tik į tai, kad komparatoriai, kaip ir kiti mikroschemos, yra prieinami skirtingais atvejais, todėl pirkdami juos turėtumėte maksimaliai atkreipti dėmesį į tai, ypač jei šis pirkinys bus naudojamas gatavo prietaiso remontui.

7 paveiksle pavaizduotas palyginti su LM311 lygintuvu, padarytu įvairiais atvejais.

6 pav. Komparatorius LM311

7 paveikslas. Įvairiais atvejais pagamintas lygintuvo „LM311“ pakabukas (pinoutas).

Tiesą sakant, apie komparatorius galima parašyti daug daugiau. Su jų pagalba jūs galite padaryti foto relė, šiluminė relė, elektrinio lauko indikatorius, talpinė relė ir daugelis kitų naudingų prietaisų.

Kelias įdomias ir naudingas grandines galima rasti „LM311“ lygintuvo „duomenų lape“, kur jos nurodomos kaip tipiškos perjungimo grandinės. Būtent tokia forma gana dažnai naudojami lygintuvai. Čia yra tik tipiškų schemų aprašymai, pateikti „tipinėmis“, anglų kalbomis. Bet net nemokėdami užsienio kalbos galite tai išsiaiškinti, bent jau pasitelkdami internetinį vertėją „Google“.

Tęsiamas straipsnis: Keletas paprastų palyginamųjų schemų

Borisas Aladyshkinas