Circuite comparatoare

Cum face comparatorul de tensiune

În multe descrieri, comparatorul este comparat cu solzele convenționale de pârghie, ca într-un bazar: un standard este plasat pe un bol - greutăți, iar vânzătorul începe să pună mărfuri, cum ar fi cartofii, pe de altă parte. De îndată ce greutatea produsului devine egală cu greutatea greutăților, mai exact un pic mai mult, cupa cu greutăți se grăbește. Cântărirea s-a terminat.

Același lucru se întâmplă și cu comparatorul, doar în acest caz rolul greutăților este jucat de tensiunea de referință, iar semnalul de intrare este folosit ca cartof. Imediat ce apare o unitate logică la ieșirea comparatorului, se consideră că s-a produs comparația de tensiune. Acesta este chiar „un pic mai mult”, care în directoare se numește „sensibilitatea pragului comparatorului”.

Verificarea comparatorului de tensiune

Jucătorii novici - inginerii electronici întreabă adesea cum să verifice o anumită parte. Pentru a verifica comparatorul, nu este necesar să asamblați niciun circuit complex. Este suficient să conectați un voltmetru la ieșirea comparatorului și să aplicați tensiuni reglate la intrări și să determinați dacă comparatorul funcționează sau nu. Și, bineînțeles, va fi foarte bine, dacă vă mai amintiți să aplicați puterea comparatorului!

Cu toate acestea, nu ar trebui să uităm că mulți comparatori au un tranzistor de ieșire, în care rezultatele colectorului și emițătorului „pur și simplu se blochează în aer”, care a fost descris în articol „Comparatori analogici”. Prin urmare, aceste concluzii trebuie conectate în consecință. Cum se face acest lucru este prezentat în Figura 1.

Figura 1. Schema de conectare a comparatorului

Tensiunea de referință obținută de la divizor R2, R3 de la tensiunea de alimentare + 5V. Drept urmare, 2,5V este obținut la intrarea inversă. Să presupunem că glisorul cu rezistență variabilă R1 se află în poziția cea mai joasă, adică. tensiunea de pe acesta este 0V. Aceeași tensiune se află la intrarea directă a comparatorului.

Dacă acum, prin rotirea motorului R1 cu rezistența variabilă, creșteți treptat tensiunea la intrarea directă a comparatorului, atunci când se atinge 2,5V, la ieșirea comparatorului va apărea logica 1, care va deschide tranzistorul de ieșire, LED-ul HL1 se va aprinde.

Dacă acum motorul R1 este rotit în direcția de scădere a tensiunii, atunci la un moment dat LED-ul HL1 se va stinge, fără îndoială. Aceasta indică funcționarea corectă a comparatorului.

Experimentul poate fi oarecum complicat: măsurați tensiunea la intrarea directă a comparatorului cu un voltmetru și stabiliți la ce tensiune se va aprinde ledul și la ce se stinge. Diferența dintre aceste tensiuni va fi histerezisul comparatorului. Apropo, unii comparatori au un ac (pin) special pentru reglarea valorii de histereză.

Pentru a realiza un astfel de experiment, veți avea nevoie de un voltmetru digital capabil să „prindă” milivoliți, un rezistor de tundere multi-turn și o cantitate corectă de răbdare pentru interpret. Dacă răbdarea pentru un astfel de experiment nu este suficientă, puteți face următoarele, care sunt mult mai simple: schimbați intrările directe și invers și rotiți rezistența variabilă pentru a observa cum se comportă ledul, adică. ieșire comparator.

Figura 1 arată doar o diagramă bloc, astfel încât numerele de pini nu sunt indicate. Atunci când verificați un comparator real, va trebui să vă ocupați cu pinout-ul (pinout). În continuare, vor fi luate în considerare câteva scheme practice și va fi oferită o scurtă descriere a activității lor.

Adesea, într-un caz, există mai mulți comparatori, doi sau patru, ceea ce vă permite să creați diferite dispozitive fără a instala cipuri suplimentare pe placă. Comparatorii pot fi independenți unul de celălalt, dar în unele cazuri au conexiuni interne. Ca un astfel de cip, luați în considerare MAX933 dual comparator.

Comparator MAX933

Doi comparatori „trăiesc” într-o carcasă a microcircuitului. În plus față de comparatori în sine, există o sursă de referință de tensiune încorporată de 1.182V în interiorul microcircuitului. În figură, este prezentată sub forma unei diode zener, care este deja conectată în interiorul microcircuitului: la comparatorul superior la intrarea inversă, iar în partea inferioară la linia dreaptă. Acest lucru face ușor să creezi un comparator pe mai multe niveluri în conformitate cu principiile „Mic”, „Normă”, „Mulți” (detectoare de sub tensiune / supratensiune). Astfel de comparatori se numesc ferestre deoarece poziția „normă” se află în „fereastră” între „puțini” și „mulți”.

Program de comparatie de studiu Multisim

Figura 2 arată măsurarea tensiunii de referință produsă folosind software-ul de simulare Multisim. Măsurarea se efectuează cu un multimetru XMM2, care arată 1.182V, care corespunde integral valorii specificate în fișa tehnică a comparatorului. Pin 5 HYST, - ajustarea histerezei, în acest caz nu este utilizat.

Figura 2

Folosind comutatorul S1, puteți seta nivelul tensiunii de intrare și, dintr-o dată, pe ambii comparatori: un comutator închis furnizează un nivel scăzut intrărilor (mai puțin decât tensiunea de referință), așa cum se arată în figura 3, o stare deschisă corespunde unui nivel ridicat, - Figura 4. Starea ieșirilor comparatoarelor afișat de multimetrele XMM1, XMM2.

Comentariile cu privire la cifre sunt complet redundante - pentru a înțelege logica comparatorilor, este suficient să luăm în considerare cu atenție citirile multimetrelor și poziția comutatorului S1. Trebuie adăugat doar că o astfel de schemă poate fi recomandată pentru verificarea unui comparator real "de fier".

Figura 3

Figura 4

Circuitul de testare a tensiunii

Circuitul unui astfel de comparator prezentat în fișa tehnică este prezentat în figura 5.

Pentru semnalele de ieșire de sub tensiune (OUTA) și supratensiune (OUTB), nivelul activ al semnalului este scăzut, ceea ce este indicat subliniind semnalele de sus. Uneori, în aceste scopuri, este utilizat semnul „-” sau „/” în fața numelui semnalului. Aceste semnale pot fi numite alarme.

Semnalul POWER GOOD este emis element logic ȘIcând ambele alarme au un nivel de unitate logică. Semnalul activ POWER GOOD este ridicat.

Dacă cel puțin una dintre alarme este scăzută, semnalul POWER BOOD va dispărea - va deveni, de asemenea, scăzut. Acest lucru face din nou posibil să verifice dacă circuitul logic AND pentru niveluri joase este un OR logic.

Figura 5. Circuitul comparatorului

Tensiunea de intrare controlată este furnizată prin divizorul R1 ... R3, a cărei rezistență este calculată ținând cont de gama de tensiuni controlate. Procedura de calcul este dată, chiar cu un exemplu, în Fișa de date.

Pentru a reduce conversația în timpul comutării, valoarea histerezei este setată folosind divizorul R4, R5. Aceste rezistențe sunt calculate utilizând formulele date în fișa tehnică. Pentru valorile indicate în diagrama, valoarea histerezei este de 50mV.

Schema de gestionare a copiilor de rezervă

Scheme similare sunt utilizate, de exemplu, în sisteme de alarmă. Algoritmul de operare al acestor scheme este destul de simplu. Dacă tensiunea de alimentare nu reușește, sistemul de securitate trece la funcționarea bateriei, iar la refacerea rețelei funcționează din nou de la sursa de alimentare, în timp ce bateria este încărcată. Pentru a implementa acest algoritm, trebuie evaluați cel puțin doi factori: prezența tensiunii de alimentare și starea bateriei.

Circuitul de control funcțional este prezentat în figura 6.

Figura 6. Schema de gestionare a puterii de rezervă pe un singur cip

Tensiunea redusă + 9VDC este furnizată prin diodă regulatorului de tensiune, de la care este alimentat dispozitivul de securitate. În acest caz, divizorul R1, R2 este un senzor de tensiune de linie, care este monitorizat de comparatorul inferior cu ieșire OUTA. Când există tensiune de rețea și se află în rațiune, la ieșirea comparatorului inferior, o unitate logică care deschide tranzistorul Q1 cu efect de câmp, prin care se încarcă bateria. Același semnal controlează indicatorul de funcționare a rețelei.

În cazul în care tensiunea de alimentare dispare sau scade, la ieșirea comparatorului apare un zero logic, tranzistorul cu efect de câmp se închide, bateria se oprește din încărcare, indicatorul de funcționare al rețelei se stinge sau transformă o culoare diferită. Este posibilă și apariția unui semnal sonor.

O baterie încărcată printr-o diodă de comutare este conectată la stabilizator, iar dispozitivul continuă să funcționeze offline. Însă, pentru a proteja bateria de la o descărcare completă, un alt comparator monitorizează starea acesteia, cea superioară în conformitate cu schema.

În timp ce bateria nu s-a descărcat încă, tensiunea la intrarea inversă a comparatorului B este mai mare decât referința, prin urmare, nivelul de ieșire al comparatorului este scăzut, ceea ce corespunde încărcării normale a bateriilor. Odată cu descărcarea, tensiunea de la divizorul R3, R4 scade, iar atunci când acesta devine mai mic decât referința, la ieșirea comparatorului se va stabili un nivel ridicat, ceea ce indică o baterie scăzută. Cel mai adesea, această condiție este indicată de scârțâitul enervant al dispozitivului.

Circuitul de întârziere în timp

Prezentat în figura 7.

Figura 7. Schema de întârziere în timp a comparatorului

Schema funcționează după cum urmează. Prin apăsarea butonului MOMENTARY SWITCH, condensatorul C este încărcat la tensiunea sursei de alimentare. Acest lucru duce la faptul că tensiunea la intrare IN + devine mai mare decât tensiunea de referință la intrarea IN-. Prin urmare, ieșirea OUT este setată la mare.

După eliberarea butonului, condensatorul începe să se descarce prin rezistorul R, iar când tensiunea de pe acesta și, prin urmare, la intrarea IN + scade sub tensiunea de referință la intrarea IN-, nivelul de ieșire al comparatorului OUT va fi scăzut. Când apăsați din nou butonul, totul se repetă din nou.

Tensiunea de referință la intrarea IN- este setată folosind un împărțitor de trei rezistențe și cu valorile indicate pe diagramă este 100mV. Același divizor stabilește histereza comparatorului (HYST) la 50mV. Astfel, condensatorul C este descărcat la o tensiune de 100 - 50 = 50 mV.

Consumul curent al dispozitivului în sine este mic, nu mai mult de 35 de microampi, în timp ce curentul de ieșire poate ajunge la 40 mA.

Întârzierea timpului este calculată după formula R * C * 4,6 sec. Un exemplu este calculul cu următoarele date: 2M & # 937; * 10µF * 4,6 = 92 sec. Dacă rezistența este indicată în megaohmi, capacitatea este în microfarad, atunci rezultatul este obținut în câteva secunde. Dar acesta este doar un rezultat calculat. Timpul real va depinde de tensiunea sursei de alimentare și de calitatea condensatorului, de curentul său de scurgere.

Unele circuite simple de comparare

Baza circuitelor, care va fi luată în considerare mai târziu, este un releu gradient, un circuit care reacționează nu la prezența niciunui semnal, ci la viteza schimbării acestuia. Unul dintre acești senzori este releu fotoa cărei diagrama este prezentată în figura 8.

Figura 8. Schema releului foto pe comparator

Semnalul de intrare este obținut de la divizorul format din rezistența R1 și fotodiodul VD3. Punctul comun al acestui divizor prin diodele VD1 și VD2 este conectat la intrarea directă și inversă a comparatorului DA1. Astfel, se dovedește că intrările directe și invers au aceeași tensiune, adică. nu există nicio diferență între tensiunile de la intrări. Cu această stare la intrări, sensibilitatea comparatorului este aproape de maxim.

Pentru a schimba starea comparatorului, va fi necesară diferența de tensiune la intrările în unități de milivolți. Este vorba despre cum să împingeți degetul mic în prăpastia agățată de marginea unei pietre. Între timp, la ieșirea comparatorului este prezent un zero logic.

Dacă iluminarea se schimbă brusc, se modifică și tensiunea pe fotodiodă, să presupunem că aceasta crește. S-ar părea că, odată cu aceasta, tensiunea la ambele intrări ale comparatorului se va modifica și imediat. Prin urmare, diferența de tensiune dorită la intrări nu va funcționa și, prin urmare, starea de ieșire a comparatorului nu se va schimba.

Toate acestea ar fi așa, dacă nu acordați atenție condensatorului C1 și rezistenței R3. Datorită acestui circuit RC, tensiunea la intrarea inversată a comparatorului va crește cu o anumită întârziere în raport cu intrarea directă. Pentru timpul de întârziere, tensiunea la intrarea directă va fi mai mare decât la invers. Drept urmare, la ieșirea comparatorului va apărea o unitate logică. Această unitate nu va fi menținută mult timp, doar pentru timpul de întârziere datorat lanțului RC.

Un releu foto similar este utilizat în cazurile în care iluminarea se schimbă suficient de repede. De exemplu, în dispozitivele de securitate sau senzorii produselor finite de pe transportoare, dispozitivul va răspunde la întreruperea fluxului de lumină. O altă opțiune este ca un plus la sistemul de supraveghere video. Dacă direcționați fotosensorul pe ecranul monitorului, acesta va detecta o modificare a luminozității și va activa, de exemplu, un semnal audio, atrăgând atenția operatorului.

Este foarte simplu să transformați releul foto considerat într-un senzor de schimbare a temperaturii, de exemplu în alarma de incendiu. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să înlocuiți fotodiodul cu un termistor. În acest caz, valoarea rezistorului R1 trebuie să fie egală cu valoarea termistorului (de obicei indicată pentru o temperatură de 25C °). În figura 9 este prezentată o diagramă a acestui senzor.

Figura 9. Diagrama unui senzor de măsurare a temperaturii pe un comparator

Principiul și sensul lucrării este exact același cu cel al fotosensorului descris mai sus. Dar acest design arată și cel mai simplu dispozitiv de ieșire - acesta este tiristorul VS1 și releul K1. Când este activat comparatorul, tiristorul VS1 se deschide, care pornește releul K1.

Deoarece tiristorul funcționează în acest caz într-un circuit continuu, chiar și atunci când impulsul de control de la comparator se termină, tiristorul va rămâne deschis și releul K1 este pornit. Pentru a opri releul, va trebui să apăsați butonul SB1 sau pur și simplu să dezactivați întregul circuit.

În loc de termistor, puteți utiliza un magnetorezistor, de exemplu SM-1, reacționând la un câmp magnetic. Apoi obțineți un releu de gradient sensibil magnetic. Magnetoresistorii din ultimul secol XX au fost folosiți în tastaturile unor calculatoare.

Dacă utilizați alți senzori, atunci pe baza releului de gradient, puteți face cu ușurință dispozitive complet diferite care răspund la schimbările din câmpul electric, la vibrații sonore. Folosind senzori piezoelectrici, este ușor să creați senzori de șoc și vibrații seismice.

Este destul de simplu, cu ajutorul comparatorilor, de a converti semnalul „analogic” într-unul „digital”. În schema 10 este prezentată o schemă similară.

Figura 10. Schema pentru convertirea unui semnal „analogic” într-un semnal „digital” folosind un comparator

Figura 11 arată același circuit, doar polaritatea impulsurilor de ieșire este inversă celei anterioare. Acest lucru este obținut prin simpla includere a altor intrări.

Figura 11.

Ambele circuite convertesc amplitudinea semnalului de intrare în lățimea impulsului de ieșire. O astfel de conversie este adesea folosită în diverse circuite electronice. În primul rând, în dispozitivele de măsurare, surse de comutare, amplificatoare digitale.

Intervalul de frecvență al dispozitivelor este cuprins între 5 ... 200 KHz, amplitudinea semnalului de intrare în intervalul 2 ... 2,5V. Când utilizați o diodă germaniu, conversia amplitudinii în lățimea pulsului începe de la nivelul de 80 ... 90mV, în timp ce pentru o diodă de siliciu această valoare este de 250 ... 270mV.

Banda de frecvență de funcționare a dispozitivului este determinată de calificările condensatorilor C1, C2. Un dispozitiv asamblat din piese de service nu necesită ajustarea și setarea unui prag de răspuns.