kategória: Najlepšie články » Praktická elektronika
Počet zobrazení: 95831
Komentáre k článku: 3
Analógové komparátory
názov komparátory prišiel z latinského porovnania - porovnanie. Zariadenia, v ktorých sa meranie vykonáva porovnaním so štandardnou prácou na tomto princípe. Napríklad váhy s rovnakými ramenami alebo elektrické potenciometre.
Princíp účinku rozlišuje medzi elektrickými, pneumatickými, optickými a dokonca mechanickými komparátormi. Tieto sa používajú na kontrolu rozmerov koncových dĺžok. Lenoir prvýkrát použil v Paríži prvýkrát porovnávací nástroj na overenie konečných opatrení, pretože v encyklopédii Brockhaus a Efron je článok.
Tento mechanický komparátor sa použil na kontrolu štandardu 1 m pri tvorbe francúzskeho metrického systému. Presnosť merania takéhoto porovnávača pomocou systému pohyblivých pák dosiahla 0,0005 mm. V tom čase to bolo veľmi presné. Ale v tomto článku nebudeme podrobne uvažovať o mechanických a iných komparátoroch, pretože našou úlohou je komparátory napätia.
Integrované komparátory. Princíp účinku a odrody
V súčasnosti sa komparátory používajú hlavne v integrovanom dizajne. Len málo ľudí by uvažovalo o zostavení komparátora z diskrétnych tranzistorov. Komparátory sa navyše používajú ako súčasť niektorých obvodov.
Napríklad integrovaný časovač NE555 obsahuje až dva komparátory na vstupoch, čo v skutočnosti dosahuje všetky kúzla jeho práce. Okrem toho veľa moderné mikrokontroléry tiež majú vstavané komparátory. Princípy komparátorov sú však bez ohľadu na vykonanie úplne rovnaké.
Moderné komparátory v schéme sú veľmi podobné opamps. V skutočnosti je to ten istý operačný zosilňovač, iba bez spätnej väzby as veľmi vysokým ziskom. Komparátor má tiež dva vstupy, priame a inverzné (označené krúžkom alebo znamienkom mínus).
Hlavnou funkciou porovnávača je porovnávať dve napätia, z ktorých jedno je príkladné alebo referenčné a druhé sa skutočne meria. Výstupný signál komparátora môže mať iba dve hodnoty: logickú nulu a logickú jednotku, ale nemožno ju lineárne zmeniť ako operačný zosilňovač.
Na výstupe komparátorov je spravidla výstup tranzistor s otvoreným kolektorom a emitorom. Preto môže byť pripojený buď podľa obvodu s OE alebo emitorovým sledovačom, v závislosti od požiadaviek konkrétneho obvodu, ako je znázornené na obrázku 1.
Obrázok la zobrazuje začlenenie výstupného tranzistora do obvodu so spoločným žiaričom. V tomto prípade je možné na výstup kaskády pripojiť TTL a CMOS - logiku s napájacím napätím + 5V. Ak je CMOS - logika napájaná napätím 15V, potom by mal byť horný výstup rezistora 1KΩ podľa schémy pripojený k napájacej zbernici + 15V.
Ak je výstupný tranzistor pripojený podľa obvodu emitorového sledovača, ako je to znázornené na obrázku 1b, napätie na výstupe z komparátora sa bude meniť v rozmedzí +15 V ... -15V. S týmto zahrnutím sa však rýchlosť komparátora výrazne zníži a navyše sú vstupy „zamenené“, - vstupy sú invertované.
Obrázok 1
Ako skontrolovať komparátor, či je živý alebo nie?
Ak je LED postupne spájkovaná s odporom R v obvode znázornenom na obrázku la pripojením anódy na napájanie + 5 V a napätie je privedené na vstupy pomocou rezistorov, potom zmena týchto napätí pomocou najmenej premenných rezistorov môže spôsobiť blikanie LED. V akom poradí sa má referencia a vstupné napätie nájsť ďalej. Nech je taká testovacia schéma malou praktickou úlohou.
Logika porovnávača
Funkčný diagram porovnávača je znázornený na obrázku 2.
Obrázok 2. Funkčná schéma porovnávača
S toľkými vstupmi a vstupnými signálmi sú možné dve možnosti. V prvom prípade, znázornenom na ľavej strane obrázku, sa na invertujúci vstup privedie referenčné napätie a na neinvertujúce vstupné napätie. Ak vstupné napätie prekročí referenčné napätie, na výstupe z porovnávača sa objaví vysoká úroveň (log. 1). Inak budeme mať logickú nulu.
V druhej verzii, znázornenej na pravej strane obrázku, sa referenčné napätie privedie na priamy vstup a vstupné napätie sa zmení na inverzné. V tomto prípade, ak je vstupné napätie vyššie ako referenčné napätie na výstupe z porovnávača, logická nula, inak jednota. Na obrázku 2 sú všetky tieto závery znázornené vo forme matematických vzorcov.
Pozorný čitateľ však môže mať spravodlivú otázku: „Pozrite sa na obrázok 1, koľko zásuviek je! Takže o tom, o čom hovoria, o akej nule je a kde je jednotka? “ V tomto prípade hovoríme o základni výstupného tranzistora, predpokladá sa, že ide o výstup operačného zosilňovača, do ktorého sa privádzajú vstupné signály. A výstupný tranzistor, ako je uvedené v komentároch k obrázku 1, sa dá akýmkoľvek spôsobom zapnúť.
Niektoré vlastnosti analógových komparátorov
Pri použití komparátorov je potrebné zohľadniť ich vlastnosti, ktoré možno rozdeliť na statické a dynamické. Statické parametre komparátora sú tie, ktoré sú stanovené v ustálenom stave.
V prvom rade ide o prahovú citlivosť porovnávača. Je definovaná ako minimálny rozdiel vstupných signálov, pri ktorých sa na výstupe objaví logický signál.
Mnoho vstupov a výstupov má okrem vstupu a výstupu aj výstupy na napájanie predpätého napätia Ucm. Použitím tohto napätia sa uskutoční nevyhnutný posun prenosovej charakteristiky vzhľadom k ideálnej polohe.
Jedným z hlavných parametrov komparátora je hysteréza. Najjednoduchší spôsob, ako vysvetliť tento jav, je použiť príklad s konvenčným relé. Nechajte prevádzkové napätie cievky, napríklad 12V, potom bude relé pracovať. Pokiaľ sa potom postupne zníži napájacie napätie cievky, relé sa uvoľní napríklad pri napätí 7V. Tento rozdiel až 5 V pre toto relé je hysterézia. Relé sa však znova nezapne, ak napätie zostane na úrovni 7V, tak sa nestane. Za týmto účelom znova zvýšte napätie na 12V. A potom ...
To isté sa pozoruje aj pri komparátoroch. Predpokladajme, že vstupné napätie hladko stúpa v porovnaní s referenčným napätím (signály sú privedené, ako je znázornené v ľavej časti obrázku 2). Akonáhle je vstupné napätie vyššie ako referenčné napätie (nie nižšie ako prahová hodnota citlivosti), objaví sa na výstupe z porovnávača logická jednotka.
Ak sa teraz vstupné napätie začína hladko znižovať, potom dôjde k prechodu z logickej jednotky na logickú nulu, keď je vstupné napätie mierne nižšie ako referenčné napätie. Rozdiel vstupných napätí pri týchto „nad referenčnou hodnotou“ a „pod referenčnou hodnotou“ sa nazýva hysteréza porovnávača. Hysteréza komparátora je spôsobená prítomnosťou pozitívnej spätnej väzby, ktorá je navrhnutá tak, aby potlačila „odrazenie“ výstupného signálu pri prepínaní komparátora.
Aký je komparátor
Schéma zapojenia na úrovni tranzistora je pomerne zložitá, veľká, nie veľmi jasná, ale prakticky nie je potrebná. Jedná sa o konštrukčné prvky integrovaných obvodov, zdá sa, že tranzistory trčia všade, aj keď nie sú potrebné. Preto je lepšie zvážiť zjednodušený funkčný diagram porovnávača, ktorý je zobrazený na obrázku 3.
Obrázok 3. Zjednodušená funkčná schéma porovnávača
Schéma zobrazuje vstupný diferenciálny stupeň (DC), výstupnú logiku a obvod posunu úrovne.
Vstupné DC vykonáva hlavné zosilnenie rozdielového signálu a tiež pomocou predpojatého zariadenia umožňuje vykonávať preferovaný stav na výstupe, ktorý vám umožňuje zvoliť typ logiky (TTL, ESL, CMOS), s ktorou budete pracovať.Toto nastavenie sa vykonáva pomocou orezávacieho rezistora pripojeného na svorky „vyváženie“.
Komparátory brán a pamätí
Niektoré moderné komparátory majú vstupný vstup: porovnanie vstupných signálov nastáva iba v okamihu, keď sa privádza zodpovedajúci impulz. To vám umožňuje porovnať vstupné signály v tom okamihu, keď je to potrebné. Dobre, dobre, nech sa vám páči! Zjednodušená bloková schéma porovnávača s hradlom je znázornená na obrázku 4.
Obrázok 4. Zjednodušená bloková schéma porovnávača
Komparátory znázornené na tomto obrázku majú parafázový výstup, podobne ako spúšť, horný výstup je priamy a dolný, označený krúžkom, je prirodzene inverzný. Okrem toho je tu zobrazená aj brána C.
Na obrázku 4a sú vstupné signály hradené na vysokej úrovni na vstupe C. Pri hradlovaní na nízkej úrovni by grafické označenie na vstupe C malo mať malý kruh (inverzný znak).
Na obrázku 4b má vstup C hradla pomlčku /, ktorá naznačuje, že k hradlu dochádza na nábežnej hrane impulzu. V prípade brány na klesajúcu prednú časť má pomlčka tento smer.
Signál hradlovania teda nie je nič iné ako rozlíšenie porovnania. Výsledok porovnania sa môže objaviť na výstupe iba počas pôsobenia hradlového impulzu. Niektoré modely komparátorov však majú pamäť (stačí len jedna spúšť) a pamätajte si výsledok porovnania, až kým nedôjde k ďalšiemu hradlovému impulzu.
Trvanie impulzu impulzu (jeho okraj) musí byť dostatočné na to, aby vstupný signál prešiel cez DC predtým, ako má pamäťová bunka čas na spustenie. Použitie hradlovania zvyšuje odolnosť komparátora voči šumu, pretože rušenie môže zmeniť stav komparátora iba v krátkom časovom impulze hradlovania. Komparátor sa často nazýva jednobitový ADC.
Klasifikácia komparátorov
Kombináciou parametrov je možné komparátory rozdeliť do troch veľkých skupín. Sú to univerzálne komparátory, vysoká rýchlosť a presnosť. V amatérskej praxi sa najčastejšie používajú prvé.
Keďže neexistujú žiadne nadprirodzené parametre pre rýchlosť a zisk, prítomnosť hradlovania a pamäte, porovnávače širokej aplikácie majú svoje atraktívne vlastnosti a vlastnosti. Majú nízku spotrebu energie, schopnosť pracovať pri nízkom napätí a skutočnosť, že v jednom prípade môžu byť umiestnené až štyri komparátory. Takáto „rodina“ v niektorých prípadoch umožňuje vytvoriť veľmi užitočné zariadenia. Jedno z týchto zariadení je znázornené na obr.
Toto je najjednoduchší prevodník analógového signálu na digitálny jednotkový kód. Takýto kód je možné pomocou digitálnej konverzie previesť na binárne.
Obrázok 5. Schéma konverzie analógového signálu na digitálny unitárny kód
Obvod obsahuje štyri komparátory K1 ... K4. Referenčné napätie sa privádza na inverzné vstupy cez odporový delič, Ak je odpor odporov rovnaký, potom napätie na invertujúcich vstupoch komparátorov je n * Uop / 4, kde n je sériové číslo komparátora. Vstupné napätie sa pripája na neinvertujúce vstupy navzájom spojené. Výsledkom porovnania vstupného napätia s referenčným napätím na výstupoch komparátorov je jednotný digitálny kód vstupného napätia.
Podrobnejšie sa budeme zaoberať parametrami univerzálnych porovnávacích komparátorov na príklade rozšíreného a pomerne dostupného porovnávača LM311.
Komparátory série LM311
Napájacie napätie a pracovné podmienky
Ako je uvedené v údajovom liste, tieto porovnávače majú vstupné prúdy tisíckrát menšie ako komparátory série LM106 alebo LM170, Komparátory série LM311 majú okrem toho širší rozsah napájacieho napätia: od bipolárnych ± 15V, ako v operačných zosilňovačoch, po unipolárne + 5 ... 15V.Tento široký rozsah výkonu umožňuje použitie komparátorov série LM311 v spojení s operačné zosilňovače, ako aj s rôznymi sériami logických obvodov: TTL, CMOS, DTL a ďalšie.
Okrem toho môžu komparátory LM311 priamo ovládať svetlá a relé vinutia s prevádzkovým napätím do 50 V a prúdmi nepresahujúcimi 50 mA. Okrem LM311 existujú aj komparátory LM111 a LM211. Tieto mikroobvody sa líšia prevádzkovými podmienkami, hlavne teplotou. Prevádzkový rozsah LM311 je 0 ° C ... + 70 ° C (komerčný rozsah) LM211 -25 ° C ... + 85 ° C (priemyselný), LM311 -55 ° C ... + 125 ° C (vojenská akceptácia).
Úplné domáce analógy porovnávača LM311 sú 521CA3, 554CA3 a niektoré ďalšie. Pri výmene nemusíte meniť obvod a nemusíte ani opakovať obvodovú dosku. Mali by ste venovať pozornosť iba skutočnosti, že porovnávače, rovnako ako iné mikroobvody, sú k dispozícii v rôznych prípadoch, takže keď ich kupujete, mali by ste tomu venovať maximálnu pozornosť, najmä ak sa tento nákup použije na opravu hotového zariadenia.
Obrázok 7 zobrazuje pinout (pinout) porovnávača LM311 vyrobený v rôznych prípadoch.
Obrázok 6. Porovnávač LM311
Obrázok 7. Pinout (pinout) porovnávača LM311 vyrobený v rôznych prípadoch.
V skutočnosti sa dá o porovnávačoch písať oveľa viac. S ich pomocou môžete robiť foto relé, tepelné relé, indikátor elektrického poľa, kapacitné relé a mnoho ďalších užitočných zariadení.
Niekoľko zaujímavých a užitočných obvodov sa nachádza v „údajovom liste“ porovnávača LM311, kde sú uvedené ako typické prepínacie obvody. V tejto podobe sa porovnávače používajú pomerne často. Uvádzame iba opisy typických schém uvedených v „typickej“ angličtine. Ale aj keď nepoznáte cudzí jazyk, môžete to zistiť, aspoň pomocou internetového prekladateľa Google.
Pokračujúci článok: Niektoré jednoduché porovnávacie obvody
Boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: