Vergelijkingscircuits

Hoe werkt de spanningsvergelijker

In veel beschrijvingen wordt de comparator vergeleken met conventionele weegschalen, zoals in een bazaar: een standaard wordt op één kom geplaatst - gewichten, en de verkoper begint goederen, zoals aardappelen, op de andere te plaatsen. Zodra het gewicht van het product gelijk wordt aan het gewicht van de gewichten, meer bepaald een beetje meer, schiet de beker met gewichten omhoog. Wegen is voorbij.

Hetzelfde gebeurt met de comparator, alleen in dit geval wordt de rol van gewichten gespeeld door de referentiespanning en wordt het ingangssignaal gebruikt als een aardappel. Zodra een logische eenheid aan de uitgang van de comparator verschijnt, wordt aangenomen dat de spanningsvergelijking heeft plaatsgevonden. Dit is het "iets meer" dat in de mappen de "drempelgevoeligheid van de comparator" wordt genoemd.

Spanningsvergelijker Controle

Beginnende hammen - elektronica-ingenieurs vragen vaak hoe ze een bepaald onderdeel kunnen controleren. Om de comparator te controleren, hoeft u geen complexe schakeling samen te stellen. Het is voldoende om een ​​voltmeter op de uitgang van de comparator aan te sluiten en gereguleerde spanningen op de ingangen toe te passen en te bepalen of de comparator werkt of niet. En het zal natuurlijk heel goed zijn als u zich nog herinnert om de comparator van stroom te voorzien!

Men moet echter niet vergeten dat veel comparatoren een uitgangstransistor hebben, waarin de bevindingen van de collector en emitter gewoon "in de lucht hangen", die in het artikel werd beschreven "Analoge vergelijkers". Daarom moeten deze conclusies dienovereenkomstig worden verbonden. Hoe dit te doen, wordt getoond in figuur 1.

Figuur 1. Comparator aansluitschema

De referentiespanning verkregen van verdeler R2, R3 van voedingsspanning + 5V. Als resultaat wordt 2,5V verkregen bij de omgekeerde ingang. Stel dat de schuifregelaar met variabele weerstand R1 zich in de laagste positie bevindt, d.w.z. spanning erop is 0V. Dezelfde spanning bevindt zich op de directe ingang van de comparator.

Als nu, door de motor van de variabele weerstand R1 te draaien, de spanning op de directe ingang van de comparator geleidelijk verhoogt, dan verschijnt bij het bereiken van 2,5 V logica 1 aan de uitgang van de comparator, die de uitgangstransistor opent, de HL1-LED gaat branden.

Als nu de motor R1 in de richting van afnemende spanning wordt gedraaid, zal ongetwijfeld op een bepaald moment de LED HL1 uitgaan. Dit geeft de juiste werking van de comparator aan.

Het experiment kan enigszins gecompliceerd zijn: meet de spanning aan de directe ingang van de comparator met een voltmeter en stel vast bij welke spanning de LED oplicht en waarop deze uitgaat. Het verschil in deze spanningen zal de hysterese van de comparator zijn. Overigens hebben sommige comparators een speciale pin (pin) voor het aanpassen van de hysteresiswaarde.

Om een ​​dergelijk experiment uit te voeren, hebt u een digitale voltmeter nodig die millivolt kan "vangen", een multiturn-trimweerstand en een behoorlijke hoeveelheid geduld voor de uitvoerder. Als geduld voor een dergelijk experiment niet genoeg is, kunt u het volgende doen, wat veel eenvoudiger is: de directe en omgekeerde ingangen verwisselen en de variabele weerstand draaien om te observeren hoe de LED zich gedraagt, d.w.z. comparator uitgang.

Figuur 1 toont slechts een blokdiagram, zodat de pinnummers niet worden aangegeven. Wanneer u een echte comparator controleert, moet u omgaan met de pinout (pinout). Vervolgens zullen enkele praktische schema's worden overwogen en zal een korte beschrijving van hun werk worden gegeven.

Vaak zijn er in één geval meerdere vergelijkers, twee of vier, waarmee u verschillende apparaten kunt maken zonder extra chips op het bord te installeren. Vergelijkers kunnen onafhankelijk van elkaar zijn, maar hebben in sommige gevallen interne verbindingen. Overweeg als zodanig een chip met de MAX933 dubbele comparator.

Vergelijker MAX933

Twee comparators "leven" in één behuizing van de microschakeling. Naast de vergelijkers zelf is er een ingebouwde 1.182V-spanningsreferentiebron in de microschakeling. In de figuur wordt het weergegeven in de vorm van een zenerdiode, die al in de microschakeling is aangesloten: op de bovenste comparator voor de omgekeerde ingang en onderaan op de rechte lijn. Dit maakt het gemakkelijk om een ​​multi-level comparator te maken volgens de principes van "Little", "Norm", "Many" (onderspanning / overspanning detectoren). Dergelijke comparators worden windowed genoemd omdat de "norm" -positie zich in het "window" tussen "weinig" en "veel" bevindt.

Studie comparator programma Multisim

Figuur 2 toont de meting van de referentiespanning geproduceerd met behulp van het Multisim simulatorprogramma. De meting wordt uitgevoerd met een XMM2-multimeter, die 1.182V aangeeft, wat volledig overeenkomt met de waarde die is opgegeven in het gegevensblad van de comparator. Pin 5 HYST, - hysterese-aanpassing, in dit geval niet gebruikt.

Figuur 2

Met schakelaar S1 kunt u het ingangsspanningsniveau instellen, en meteen op beide vergelijkers: een gesloten schakelaar levert een laag niveau aan de ingangen (minder dan de referentiespanning) zoals weergegeven in figuur 3, een open toestand komt overeen met een hoog niveau, - Afbeelding 4. Status van de uitgangen van de vergelijkers weergegeven door multimeters XMM1, XMM2.

Opmerkingen over de cijfers zijn volledig overbodig - om de logica van de vergelijkers te begrijpen, is het voldoende om de waarden van de multimeters en de positie van de schakelaar S1 zorgvuldig te overwegen. Er moet alleen worden toegevoegd dat een dergelijk schema kan worden aanbevolen voor het controleren van een echte "ijzeren" comparator.

Figuur 3

Figuur 4

Spanningstestcircuit

De schakeling van een dergelijke comparator die wordt weergegeven in het gegevensblad is weergegeven in figuur 5.

Voor uitgangssignalen van onderspanning (OUTA) en overspanning (OUTB) is het actieve signaalniveau laag, zoals aangegeven door de signalen van bovenaf te onderstrepen. Soms wordt voor deze doeleinden het teken "-" of "/" voor de signaalnaam gebruikt. Deze signalen kunnen alarmen worden genoemd.

POWER GOED signaal wordt uitgevoerd logisch element ENwanneer beide alarmen een logisch eenheidsniveau hebben. Het actieve POWER GOOD-signaal is hoog.

Als ten minste een van de alarmen laag is, verdwijnt het POWER GOOD-signaal - het wordt ook laag. Dit maakt het opnieuw mogelijk om te verifiëren dat het logische circuit EN voor lage niveaus een logische OF is.

Figuur 5. Comparatorcircuit

De geregelde ingangsspanning wordt geleverd via de deler R1 ... R3, waarvan de waarde van de weerstanden wordt berekend rekening houdend met het bereik van geregelde spanningen. De berekeningsprocedure staat, zelfs met een voorbeeld, in het gegevensblad.

Om chatter tijdens het schakelen te verminderen, wordt de hysteresiswaarde ingesteld met behulp van de deler R4, R5. Deze weerstanden worden berekend met behulp van de formules die ook in het gegevensblad staan. Voor de in het diagram aangegeven waarden is de hysteresiswaarde 50mV.

Back-upbeheersysteem

Soortgelijke schema's worden bijvoorbeeld gebruikt in alarmsystemen. Het bewerkingsalgoritme van deze schema's is vrij eenvoudig. Als de netspanning uitvalt, schakelt het beveiligingssysteem over op batterijvoeding en wanneer het netwerk is hersteld, werkt het weer via de voeding terwijl de batterij wordt opgeladen. Om een ​​dergelijk algoritme te implementeren, moeten ten minste twee factoren worden geëvalueerd: de aanwezigheid van netspanning en de toestand van de batterij.

Het functionele regelcircuit wordt getoond in figuur 6.

Figuur 6. Het back-up stroombeheerschema op een enkele chip

De gelijkgerichte spanning + 9VDC wordt via de diode aan de spanningsregelaar geleverd, van waaruit het beveiligingsapparaat wordt gevoed. In dit geval is de deler R1, R2 een lijnspanningssensor, die wordt bewaakt door de onderste comparator met OUTA-uitgang. Wanneer er netspanning is, en redelijkerwijs, aan de uitgang van de onderste comparator, een logische eenheid die de veldeffecttransistor Q1 opent, waardoor de batterij wordt opgeladen. Hetzelfde signaal regelt de netwerkbedrijfsindicator.

In het geval dat de netspanning verdwijnt of daalt, verschijnt een logische nul aan de uitgang van de comparator, de veldeffecttransistor sluit, de batterij stopt met opladen, de netwerkbedrijfsindicator gaat uit of krijgt een andere kleur. De weergave van een geluidssignaal is ook mogelijk.

Een opgeladen batterij via een schakeldiode is verbonden met de stabilisator en het apparaat blijft offline werken. Maar om de batterij tegen een volledige ontlading te beschermen, bewaakt een andere comparator zijn toestand, de bovenste volgens het schema.

Hoewel de batterij nog niet is ontladen, is de spanning aan de inverse ingang van comparator B hoger dan de referentie, daarom is het uitgangsniveau van de comparator laag, wat overeenkomt met de normale lading van de batterijen. Als de ontlading optreedt, daalt de spanning op de deler R3, R4 en wanneer deze lager wordt dan de referentie, wordt een hoog niveau vastgesteld aan de uitgang van de comparator, wat een lage batterij aangeeft. Meestal wordt deze toestand aangegeven door het irritante gepiep van het apparaat.

Tijdvertraging circuit

Afgebeeld in figuur 7.

Figuur 7. Schema van tijdsvertraging op de comparator

Het schema werkt als volgt. Door op de MOMENTARY SWITCH-knop te drukken, wordt condensator C opgeladen tot de spanning van de stroombron. Dit leidt ertoe dat de spanning op de ingang IN + hoger wordt dan de referentiespanning op de ingang IN-. Daarom is de uitgang OUT ingesteld op een hoog niveau.

Na het loslaten van de knop begint de condensator door de weerstand R te ontladen, en wanneer de spanning erop, en daarom bij de ingang IN + onder de referentiespanning bij de ingang IN- daalt, zal het uitgangsniveau van de comparator OUT laag zijn. Wanneer u nogmaals op de knop drukt, wordt alles opnieuw herhaald.

De referentiespanning op de ingang IN- wordt ingesteld met een deler van drie weerstanden en met de waarden die in het diagram worden aangegeven, is 100mV. Dezelfde deler stelt de hysterese van de comparator (HYST) in op 50mV. Aldus wordt de condensator C ontladen tot een spanning van 100 - 50 = 50 mV.

Het stroomverbruik van het apparaat zelf is klein, niet meer dan 35 microampère, terwijl de uitgangsstroom 40 mA kan bereiken.

De tijdsvertraging wordt berekend met de formule R * C * 4,6 sec. Een voorbeeld is de berekening met de volgende gegevens: 2M & # 937; * 10µF * 4,6 = 92 sec. Als de weerstand wordt aangegeven in megaohms, is de capaciteit in microfarads, dan wordt het resultaat in seconden verkregen. Maar dit is slechts een berekend resultaat. De werkelijke tijd hangt af van de spanning van de stroombron en van de kwaliteit van de condensator, van zijn lekstroom.

Enkele eenvoudige vergelijkingscircuits

De basis van de circuits, die later zullen worden beschouwd, is een gradiëntrelais, een circuit dat niet reageert op de aanwezigheid van een signaal, maar op de snelheid van zijn verandering. Een van deze sensoren is fotorelaiswiens diagram wordt getoond in figuur 8.

Figuur 8. Schema van het fotorelais op de comparator

Het ingangssignaal wordt verkregen van de deler gevormd door de weerstand R1 en de fotodiode VD3. Het gemeenschappelijke punt van deze deler door de diodes VD1 en VD2 is verbonden met de directe en inverterende ingang van de comparator DA1. Het blijkt dus dat de directe en inverse ingangen dezelfde spanning hebben, d.w.z. er is geen verschil tussen de spanningen op de ingangen. Met deze status aan de ingangen is de gevoeligheid van de comparator bijna maximaal.

Om de status van de comparator te wijzigen, is het spanningsverschil aan de ingangen in millivolt-eenheden vereist. Dit gaat over hoe je je pink in de afgrond duwt die aan de rand van een steen hangt. Ondertussen is een logische nul aanwezig aan de uitgang van de comparator.

Als de verlichting plotseling verandert, verandert ook de spanning op de fotodiode, stel dat deze toeneemt. Het lijkt erop dat daarmee de spanning aan beide ingangen van de comparator verandert, en onmiddellijk. Daarom zal het gewenste spanningsverschil aan de ingangen niet werken, en daarom zal de status van de uitgang van de comparator niet veranderen.

Dit alles zou zo zijn, als je geen aandacht besteedt aan de condensator C1 en de weerstand R3. Dankzij dit RC-circuit zal de spanning op de geïnverteerde ingang van de comparator met enige vertraging toenemen ten opzichte van de directe ingang. Voor de vertragingstijd zal de spanning op de directe ingang groter zijn dan aan de inverse. Als gevolg hiervan verschijnt een logische eenheid aan de uitgang van de comparator. Dit apparaat zal niet lang worden vastgehouden, alleen vanwege de vertragingstijd vanwege de RC-ketting.

Een vergelijkbaar fotorelais wordt gebruikt in gevallen waarin de verlichting snel genoeg verandert. In beveiligingsapparaten of sensoren van afgewerkte producten op transportbanden reageert het apparaat bijvoorbeeld op een onderbreking van de lichtstroom. Een andere optie is als aanvulling op het videobewakingssysteem. Als u de fotosensor op het beeldscherm richt, detecteert deze een verandering in helderheid en wordt bijvoorbeeld een audiosignaal ingeschakeld dat de aandacht van de operator trekt.

Het is heel eenvoudig om het beschouwde fotorelais te veranderen in een sensor voor temperatuurverandering, bijvoorbeeld in brandalarm. Vervang hiervoor de fotodiode door een thermistor. In dit geval moet de waarde van de weerstand R1 gelijk zijn aan de waarde van de thermistor (meestal aangegeven voor een temperatuur van 25 ° C). Een diagram van deze sensor is weergegeven in figuur 9.

Figuur 9. Diagram van een temperatuurmeetsensor op een comparator

Het principe en de betekenis van het werk is exact hetzelfde als dat van de hierboven beschreven fotosensor. Maar dit ontwerp toont ook het eenvoudigste uitvoerapparaat - dit is de thyristor VS1 en relais K1. Wanneer de comparator wordt geactiveerd, opent de thyristor VS1, waardoor het relais K1 wordt ingeschakeld.

Omdat de thyristor in dit geval in een DC-circuit werkt, zelfs wanneer de stuurpuls van de comparator eindigt, blijft de thyristor open en wordt relais K1 ingeschakeld. Om het relais uit te schakelen, moet u op de SB1-knop drukken of gewoon het hele circuit uitschakelen.

In plaats van een thermistor kunt u een magnetoresistor gebruiken, bijvoorbeeld SM-1, die reageert op een magnetisch veld. Dan krijg je een magnetisch gevoelig gradiëntrelais. Magnetoresistors in de laatste XX eeuw werden gebruikt in de toetsenborden van sommige computers.

Als u andere sensoren gebruikt, kunt u op basis van het gradiëntrelais gemakkelijk volledig verschillende apparaten maken die reageren op veranderingen in het elektrische veld, om trillingen te laten klinken. Met behulp van piëzo-elektrische sensoren is het eenvoudig om schoksensoren en seismische trillingen te maken.

Met behulp van comparators is het vrij eenvoudig om het "analoge" signaal om te zetten in een "digitale". Een soortgelijk schema wordt getoond in figuur 10.

Figuur 10. Schema voor het omzetten van een "analoog" signaal in een "digitaal" signaal met behulp van een comparator

Figuur 11 toont hetzelfde circuit, alleen de polariteit van de uitgangspulsen is omgekeerd aan de vorige. Dit wordt eenvoudig bereikt door het opnemen van andere ingangen.

Figuur 11.

Beide circuits zetten de amplitude van het ingangssignaal om in de breedte van de uitgangspuls. Een dergelijke conversie wordt vaak gebruikt in verschillende elektronische circuits. Allereerst in meetapparatuur, schakelende voedingen, digitale versterkers.

Het frequentiebereik van de apparaten ligt in het bereik van 5 ... 200 KHz, de amplitude van het ingangssignaal in het bereik van 2 ... 2.5V. Bij gebruik van een germaniumdiode begint de conversie van de amplitude naar de pulsbreedte vanaf het niveau van 80 ... 90mV, terwijl voor een siliciumdiode deze waarde 250 ... 270mV is.

De werkfrequentieband van het apparaat wordt bepaald door de nominale waarden van de condensatoren C1, C2. Een apparaat dat is samengesteld uit onderdelen die moeten worden onderhouden, hoeft niet te worden aangepast en een responsdrempel moet worden ingesteld.