Komparatoriaus grandinės

Kaip veikia įtampos lygintuvas

Daugelyje aprašymų lygintuvas lyginamas su įprastomis svirtinėmis svarstyklėmis, kaip turgus: viename dubenyje dedamas standartas - svoriai, o pardavėjas pradeda dėti prekes, tokias kaip bulvės, kitame. Kai tik gaminio svoris tampa lygus svorių svoriui, tiksliau, šiek tiek daugiau, puodelis su svarmenimis kyla į viršų. Svėrimas baigėsi.

Tas pats nutinka ir su lygintuvu, tik tokiu atveju svorius vaidina atskaitos įtampa, o įvesties signalas naudojamas kaip bulvė. Kai tik komparatoriaus išvestyje pasirodo loginis vienetas, laikoma, kad įvyko įtampos palyginimas. Tai labai „šiek tiek daugiau“, kataloguose vadinamas „palyginamojo slenksčio jautrumu“.

Įtampos lygintuvo patikrinimas

Naujokas kumpis - elektronikos inžinieriai dažnai klausia, kaip patikrinti tam tikrą dalį. Norėdami patikrinti lygintuvą, jums nereikia surinkti jokios sudėtingos grandinės. Pakanka prijungti voltmetrą prie komparatoriaus išėjimo, įvadams pritaikyti reguliuojamą įtampą ir nustatyti, ar komparatorius veikia, ar ne. Ir, be abejo, bus labai gerai, jei vis tiek prisiminsite pritaikyti galią palyginimui!

Tačiau nereikia pamiršti, kad daugelis komparatorių turi išėjimo tranzistorių, kuriame kolektoriaus ir emiterio išvados tiesiog „kabo ore“, kuris buvo aprašytas straipsnyje "Analoginiai komparatoriai". Todėl šios išvados turi būti atitinkamai susijusios. Kaip tai padaryti, parodyta 1 paveiksle.

1 pav. Komparatoriaus prijungimo schema

Etaloninė įtampa, gauta iš daliklis R2, R3 nuo maitinimo įtampos + 5V. Dėl to atvirkštinė įvestis gaunama 2,5 V. Tarkime, kad kintamo rezistoriaus R1 slankiklis yra žemiausioje padėtyje, t. įtampa jame 0V. Tokia pati įtampa yra ties tiesioginiu komparatoriaus įėjimu.

Jei dabar sukdami kintamo rezistoriaus R1 variklį, pamažu didinkite įtampą ties tiesiogine komparatoriaus įvestimi, tada, kai bus pasiekta 2,5 V, komparatoriaus išvestyje pasirodys logika 1, kuri atidarys išėjimo tranzistorių, užsidegs HL1 šviesos diodas.

Jei dabar variklis R1 yra sukamas mažėjančios įtampos kryptimi, tada tam tikru momentu šviesos diodas HL1 neabejotinai užges. Tai rodo tinkamą komparatoriaus veikimą.

Eksperimentas gali būti šiek tiek sudėtingas: išmatuokite įtampą ties tiesioginiu komparatoriaus įėjimu voltmetru ir nustatykite, kokia įtampa šviesos diodas užsidegs, o kokia ji užges. Šių įtampų skirtumas bus komparatoriaus histerezė. Beje, kai kurie komparatoriai turi specialų kaištį (smeigtuką) histerezės vertei reguliuoti.

Norint atlikti tokį eksperimentą, jums reikės skaitmeninio voltmetro, galinčio „pagauti“ milivoltus, daugialypio rezistoriaus ir pakankamos kantrybės atlikėjui. Jei kantrybės tokiam eksperimentui nepakanka, galite atlikti šiuos veiksmus, kurie yra daug paprasčiau: sukeiskite tiesioginį ir atvirkštinį įėjimus ir pasukite kintamąjį rezistorių, kad stebėtumėte, kaip elgiasi šviesos diodas, t. lygintuvo išvestis.

1 paveiksle parodyta tik blokinė schema, todėl PIN kodai nenurodyti. Tikrindami realų lygintuvą, turėsite susidurti su jo iškyša (pinauta). Toliau bus svarstomos kai kurios praktinės schemos ir trumpai aprašomas jų darbas.

Dažnai vienu atveju yra keli lygintuvai, du ar keturi, kurie leidžia sukurti skirtingus įrenginius, neįdiegus papildomų lustų lentoje. Komparatoriai gali būti nepriklausomi vienas nuo kito, tačiau kai kuriais atvejais turi vidinius ryšius. Kaip tokį lustą apsvarstykite dvigubą komparatorių MAX933.

Komparatorius MAX933

Viename mikroschemos korpuse „gyvena“ du lygintuvai. Be pačių komparatorių, mikroschemos viduje yra įmontuotas 1,182 V įtampos šaltinis. Paveiksle jis parodytas zenerio diodo pavidalu, kuris jau yra sujungtas mikroschemos viduje: prie viršutinio lygintuvo iki atvirkštinio įėjimo, o apačioje - tiesia linija. Tai leidžia lengvai sukurti daugiapakopį komparatorių pagal principus „mažasis“, „normalus“, „daug“ (žemos įtampos / viršįtampio detektoriai). Tokie lygintuvai vadinami langais, nes „norma“ yra „lange“ tarp „nedaug“ ir „daug“.

Studijų lyginamoji programa Multisim

2 paveiksle parodytas pamatinės įtampos, pagamintos naudojant „Multisim“ modeliavimo programinę įrangą, matavimas. Matavimas atliekamas naudojant XMM2 multimetrą, kuris rodo 1,182 V, kuris visiškai atitinka vertę, nurodytą palyginamojo duomenų lape. 5 kaištis HYST, - histerezės koregavimas, šiuo atveju nenaudojamas.

2 pav

Naudodamiesi jungikliu S1, galite nustatyti įvesties įtampos lygį ir iš karto abiejuose komparatoriuose: uždaras jungiklis tiekia įvadams žemą lygį (mažesnį už pamatinę įtampą), kaip parodyta 3 paveiksle, atviroji būsena atitinka aukštą lygį, - 4 paveikslas. Komparatorių išėjimo būsena. parodyta multimetrais XMM1, XMM2.

Skaičių komentarai yra visiškai nereikalingi - norint suprasti komparatorių logiką, pakanka atidžiai išnagrinėti multimetrų rodmenis ir jungiklio S1 padėtį. Reikia tik pridurti, kad tokią schemą galima rekomenduoti tikram „lygintuvo“ tikrinimui.

3 pav

4 pav

Įtampos bandymo grandinė

Tokio lygintuvo schema, parodyta duomenų lape, parodyta 5 paveiksle.

Išvestinių signalų, turinčių nepakankamą (OUTA) ir viršįtampio (OUTB) signalus, aktyviojo signalo lygis yra žemas, kaip rodo pabraukiant signalus iš viršaus. Kartais šiems tikslams prieš signalo pavadinimą naudojamas ženklas „-“ arba „/“. Šie signalai gali būti vadinami aliarmais.

Išvedamas POWER GOOD signalas loginis elementas IRkai abu pavojaus signalai turi loginio vieneto lygį. Aktyvus „POWER GOOD“ signalas yra didelis.

Jei bent vienas iš aliarmų yra žemas, POWER GOOD signalas išnyks - jis taip pat taps žemas. Tai dar kartą leidžia patikrinti, ar loginė grandinė IR žemiems lygiams yra logiška, ARBA.

5 pav. Komparatoriaus grandinė

Valdoma įėjimo įtampa tiekiama per daliklį R1 ... R3, kurio varžų vertė apskaičiuojama atsižvelgiant į kontroliuojamų įtampų diapazoną. Skaičiavimo procedūra pateikiama duomenų lape, net pateikiant pavyzdį.

Norint sumažinti plepėjimą perjungimo metu, histerezės vertė nustatoma naudojant daliklį R4, R5. Šie rezistoriai apskaičiuojami pagal formules, taip pat pateiktas duomenų lape. Diagramoje nurodytų verčių histerezės vertė yra 50mV.

Atsarginių kopijų valdymo schema

Panašios schemos naudojamos, pavyzdžiui, signalizacijos sistemos. Šių schemų veikimo algoritmas yra gana paprastas. Jei elektros tinklo įtampa sugenda, apsaugos sistema pereina prie akumuliatoriaus darbo, o atkūrus tinklą, vėl veikia iš maitinimo šaltinio, kol akumuliatorius kraunamas. Norint įgyvendinti tokį algoritmą, reikia įvertinti bent du veiksnius: tinklo įtampos buvimą ir akumuliatoriaus būklę.

Funkcinė valdymo grandinė parodyta 6 paveiksle.

6 pav. Atsarginės energijos valdymo schema viename luste

Rektifikuota įtampa + 9 VDC tiekiama per diodą į įtampos reguliatorių, iš kurio maitinamas apsaugos įtaisas. Šiuo atveju daliklis R1, R2 yra linijos įtampos jutiklis, kurį prižiūri apatinis lygintuvas su OUTA išvestimi. Kai yra pagrindinė tinklo įtampa, o esant pagrįstai, apatinio lygintuvo išvestyje yra loginis blokas, atidarantis lauko efekto tranzistorių Q1, per kurį įkraunama baterija. Tas pats signalas kontroliuoja tinklo veikimo indikatorių.

Tuo atveju, kai tinklo įtampa išnyksta arba sumažėja, lygintuvo išvestyje pasirodo loginis nulis, lauko efekto tranzistorius užsidaro, akumuliatorius nustoja krauti, tinklo veikimo indikatorius užgęsta arba pasikeičia kita spalva. Galimas ir garso signalo vaizdas.

Įkrauta baterija per perjungimo diodą yra prijungta prie stabilizatoriaus, o prietaisas ir toliau veikia neprisijungęs. Bet norint apsaugoti akumuliatorių nuo visiško iškrovimo, kitas komparatorius stebi jo būklę, o viršuje - pagal schemą.

Kol akumuliatorius dar nėra išsikrovęs, įtampa ties atvirkštiniu komparatoriaus B įėjimu yra didesnė už pamatinę, todėl komparatoriaus išėjimo lygis yra žemas, o tai atitinka normalų akumuliatorių įkrovimą. Kai įvyksta iškrova, daliklio R3, R4 įtampa mažėja, o kai jis tampa mažesnis už pamatinį, lygintuvo išėjime bus nustatytas aukštas lygis, kuris rodo, kad akumuliatorius yra žemas. Dažniausiai šią būklę rodo erzinantis prietaiso gurkšnis.

Laiko uždelsimo grandinė

Parodyta 7 paveiksle.

7 pav. Palygintuvo laiko uždelsimo schema

Schema veikia taip. Paspaudus mygtuką MOMENTARY SWITCH, kondensatorius C įkraunamas iki maitinimo šaltinio įtampos. Tai lemia, kad įtampa IN + įvestyje tampa didesnė nei etaloninė įvesties IN- įtampa. Todėl išėjimas OUT yra aukštas.

Atleidus mygtuką, kondensatorius pradeda išsikrauti per rezistorių R, ​​o kai įtampa jame, taigi, esant įėjimui IN +, nukrenta žemiau etaloninės įtampos įvesties IN- metu, komparatoriaus OUT išėjimo lygis bus žemas. Dar kartą paspaudus mygtuką, viskas vėl kartojasi.

Pamatinė įtampa IN- yra nustatoma naudojant trijų varžų daliklį, o diagramoje nurodytos vertės yra 100mV. Tas pats daliklis nustato lygintuvo (HYST) histerezę 50 mV ribose. Taigi kondensatorius C išleidžiamas iki 100 - 50 = 50 mV įtampos.

Dabartinis paties prietaiso sunaudojimas yra mažas, ne daugiau kaip 35 mikroamperiai, o išėjimo srovė gali siekti 40 mA.

Laiko uždelsimas apskaičiuojamas pagal formulę R * C * 4,6 sek. Pavyzdys yra skaičiavimas naudojant šiuos duomenis: 2M & # 937; * 10µF * 4,6 = 92 sek. Jei varža nurodoma megaohmais, talpa yra mikrofaradose, tada rezultatas gaunamas sekundėmis. Bet tai tik apskaičiuotas rezultatas. Faktinis laikas priklausys nuo maitinimo šaltinio įtampos ir kondensatoriaus kokybės, jo nuotėkio srovės.

Keletas paprastų palyginamųjų schemų

Grandinių, kurios bus svarstomos vėliau, pagrindas yra gradiento relė, grandinė, kuri reaguoja ne į bet kokio signalo buvimą, bet į jo kitimo greitį. Vienas iš šių jutiklių yra foto relėkurio schema parodyta 8 paveiksle.

8 pav. Kompaktoriaus nuotraukų relės schema

Įvesties signalas gaunamas iš daliklio, kurį sudaro rezistorius R1 ir fotodiodas VD3. Bendras šio daliklio taškas per diodus VD1 ir VD2 yra prijungtas prie tiesioginio ir apverčiamojo lygintuvo DA1 įėjimo. Taigi paaiškėja, kad tiesioginiai ir atvirkštiniai įėjimai turi tą pačią įtampą, t. nėra skirtumų tarp įėjimų įtampa. Esant tokiai būsenai prie įėjimo, lygintuvo jautrumas yra artimas maksimaliam.

Norint pakeisti lygintuvo būseną, reikės įėjimo įtampos skirtumo milivolto vienetais. Tai yra apie tai, kaip įstumti mažąjį pirštą į bedugnę, kabančią ant akmens krašto. Tuo tarpu komparatoriaus išvestyje yra loginis nulis.

Jei staiga pasikeičia apšvietimas, keičiasi ir fotodiodo įtampa, tarkime, kad jis padidėja. Atrodytų, kad kartu su tuo pasikeis įtampa abiejuose komparatoriaus įėjimuose ir tuoj pat. Todėl norimas įtampos skirtumas įėjimuose neveiks, taigi ir komparatoriaus išėjimo būsena nepasikeis.

Visa tai būtų taip, jei nekreiptumėte dėmesio į kondensatorių C1 ir rezistorių R3. Dėl šios RC grandinės įtampa atvirkštinėje komparatoriaus įvestyje padidės šiek tiek vėliau, palyginti su tiesiogine įvestimi. Vėlavimo metu įtampa tiesiajame įvestyje bus didesnė nei atvirkštinėje. Dėl to palyginamosios išvestyje pasirodys loginis vienetas. Šis blokas nebus ilgai laikomas, tik uždelsimo laiką dėl RC grandinės.

Panaši foto relė naudojama tais atvejais, kai apšvietimas keičiasi pakankamai greitai. Pvz., Saugos įrenginiuose arba gatavos produkcijos jutikliuose ant konvejerių įrenginys reaguos į šviesos srauto nutraukimą. Kitas variantas yra vaizdo stebėjimo sistemos priedas. Jei nukreipiate fotojutiklį į monitoriaus ekraną, jis aptinka ryškumo pokyčius ir įjungia, pavyzdžiui, garso signalą, pritraukdamas operatoriaus dėmesį.

Labai paprasta paversti svarstomą foto relę temperatūros pokyčio jutikliu, pavyzdžiui, gaisro signalizacija. Norėdami tai padaryti, tiesiog pakeiskite fotodiodą termistoriumi. Tokiu atveju rezistoriaus R1 vertė turi būti lygi termistoriaus vertei (paprastai nurodoma 25C ° temperatūrai). Šio jutiklio schema parodyta 9 paveiksle.

9 pav. Lygintuvo temperatūros matavimo jutiklio schema

Kūrinio principas ir prasmė yra visiškai tokie patys kaip aukščiau aprašyto fotojutiklio. Tačiau šis dizainas taip pat rodo paprasčiausią išvesties įrenginį - tai yra tiristorius VS1 ir relė K1. Kai įjungiamas lygintuvas, atidaromas tiristorius VS1, kuris įjungia relę K1.

Kadangi tiristorius šiuo atveju veikia nuolatinės srovės grandinėje, net tada, kai pasibaigia valdymo impulsas iš lygintuvo, tiristorius liks atviras, o relė K1 įjungta. Norėdami išjungti relę, turėsite paspausti mygtuką SB1 arba tiesiog išjungti visą grandinę.

Vietoj termistoriaus galite naudoti magnetoresistorių, pavyzdžiui, SM-1, reaguojantį į magnetinį lauką. Tada gausite magnetiškai jautrią gradiento relę. Kai kurių kompiuterių klaviatūrose buvo naudojami magnetorezistoriai praėjusiame XX amžiuje.

Jei naudojate kitus jutiklius, tada pagal gradiento relę galite lengvai pagaminti visiškai skirtingus prietaisus, kurie reaguoja į elektrinio lauko pokyčius, į garso virpesius. Naudojant pjezoelektrinius jutiklius, nesunku sukurti smūgio jutiklius ir seismines vibracijas.

Padaryti „analoginį“ signalą į „skaitmeninį“ yra gana paprasta naudojant komparatorius. Panaši schema parodyta 10 paveiksle.

10 pav. „Analoginio“ signalo konvertavimo į „skaitmeninį“ signalą naudojant komparatorių schema

11 paveiksle parodyta ta pati grandinė, tik išėjimo impulsų poliškumas yra atvirkštinis ankstesniam. Tai pasiekiama tiesiog įtraukiant kitus duomenis.

11 pav.

Abi grandinės konvertuoja įvesties signalo amplitudę į išėjimo impulso plotį. Tokia konversija dažnai naudojama įvairiose elektroninėse schemose. Visų pirma, matuojant prietaisus, perjungiamuosius maitinimo šaltinius, skaitmeninius stiprintuvus.

Prietaisų dažnių diapazonas yra nuo 5 iki 200 KHz, įvesties signalo amplitudė yra nuo 2 ... 2,5 V. Naudojant germanio diodą, amplitudės konvertavimas į impulsų plotį prasideda nuo 80 ... 90 mV lygio, o silicio diodui ši vertė yra 250 ... 270 mV.

Prietaiso veikimo dažnių juosta nustatoma pagal kondensatorių C1, C2 reitingus. Iš prietaisų, surinktų iš eksploatuojamų dalių, nereikia sureguliuoti ir nustatyti atsako slenksčio.