Penyusun analog

Tajuk pembanding datang dari perbandingan Latin - bandingkan. Peranti di mana pengukuran dilakukan dengan membandingkan dengan kerja standard mengenai prinsip ini. Sebagai contoh, skala lengan sama atau potensiometer elektrik.

Prinsip tindakan membezakan antara komparator elektrik, pneumatik, optik dan juga mekanikal. Yang terakhir digunakan untuk memeriksa langkah-langkah panjang akhir. Untuk pertama kalinya, seorang komparator untuk mengesahkan langkah-langkah akhir telah digunakan di Paris oleh Lenoir pada tahun 1792, yang mana terdapat artikel dalam ensiklopedia Brockhaus dan Efron.

Pembanding mekanikal ini digunakan untuk memeriksa standard 1m dalam pembentukan sistem metrik Perancis. Ketepatan pengukuran seperti komparator menggunakan sistem penggerak bergerak mencapai 0.0005mm. Untuk masa itu ia sangat tepat. Tetapi dalam artikel ini kita tidak akan mempertimbangkan secara terperinci penyusun mekanikal dan lain-lain, kerana tugas kita adalah pengawal voltan.

Perbandingan Bersepadu. Prinsip tindakan dan jenis

Pada masa ini, komparator kebanyakannya digunakan dalam reka bentuk bersepadu. Beberapa orang akan berfikir untuk memasang komparator daripada transistor diskret. Selain itu, perbandingan digunakan sebagai sebahagian daripada beberapa litar.

Contohnya pemasa bersepadu NE555 mengandungi sebanyak dua komparator pada input, yang, sebenarnya, telah mencapai semua daya tarikan kerjanya. Di samping itu, banyak mikrokontroler moden juga mempunyai komparator terbina dalam. Tetapi, tanpa mengira pelaksanaan, prinsip-prinsip perbandingan adalah sama.

Penyusun moden dalam skema ini sangat serupa dengan opamp. Malah, ini adalah penguat operasi yang sama, hanya tanpa maklum balas dan dengan keuntungan yang sangat tinggi. Pembanding juga mempunyai dua input, langsung dan songsang (ditandakan dengan bulatan atau tanda tolak).

Fungsi utama komparator adalah untuk membandingkan dua tegangan, salah satunya adalah teladan atau rujukan, dan yang lain sebenarnya diukur. Isyarat keluaran komparator boleh mengambil hanya dua nilai: sifar logik, dan unit logik, tetapi tidak boleh diubah secara linear, seperti penguat operasi.

Pada output komparator, sebagai peraturan, terdapat output transistor dengan pemungut terbuka dan pemancar. Oleh itu, ia boleh disambung sama ada mengikut litar dengan OE atau pengikut pemancar, bergantung pada keperluan litar tertentu, seperti ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1a menunjukkan kemasukan transistor output dalam litar dengan pemancar biasa. Dalam kes ini, TTL dan CMOS - logik dengan voltan bekalan + 5V boleh disambungkan ke output cascade. Jika logik CMOS dikuasakan oleh voltan 15V, maka output atas perintang 1Kohm mengikut skema harus disambungkan ke bas kuasa + 15V.

Apabila transistor output disambungkan mengikut litar pemancar emitor, seperti ditunjukkan dalam Rajah 1b, voltan pada output komparator akan berubah-ubah dalam + 15V ... -15V. Walau bagaimanapun, dengan kemasukan ini, kelajuan komparator menurun dengan ketara, dan di samping itu, input "bertukar", - input terbalik.

Rajah 1

Bagaimana untuk memeriksa komparator, hidup atau tidak hidup?

Sekiranya LED diselaraskan dengan perintang R dalam litar yang ditunjukkan dalam Rajah 1a dengan menyambungkan anod kepada bekalan kuasa + 5V dan voltan digunakan pada input yang menggunakan perintang, kemudian menukar voltan menggunakan sekurang-kurangnya perintang yang berubah-ubah boleh menyebabkan LED berkelip. Dalam apa urutan untuk menerapkan voltan rujukan dan masukan boleh dijumpai lebih lanjut. Biar skema ujian semacam itu menjadi tugas praktikal yang kecil.

Logik komparator

Gambarajah fungsian komparator ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah 2. Gambarajah fungsi komparator

Dengan begitu banyak input dan isyarat masukan, dua pilihan adalah mungkin. Dalam kes pertama, ditunjukkan pada sebelah kiri angka, voltan rujukan digunakan untuk input pembalikkan, dan voltan masukan kepada pembalik tidak. Sekiranya voltan masukan melebihi voltan rujukan, tahap tinggi akan muncul pada output komparator (log 1). Jika tidak, kita akan mempunyai sifar logik.

Dalam versi kedua, ditunjukkan pada sebelah kanan angka, voltan rujukan digunakan untuk input langsung, dan voltan masukan ke pembalikkan. Dalam kes ini, jika voltan masukan lebih besar daripada voltan rujukan pada output komparator, logik sifar, sebaliknya, perpaduan. Dalam angka 2, semua kesimpulan ini ditunjukkan dalam bentuk formula matematik.

Tetapi di sini seorang pembaca yang penuh perhatian mungkin mempunyai soalan yang saksama: "Lihatlah Rajah 1, berapa banyak cawangan di sana! Jadi mana yang mereka bicarakan, apakah jenis sifar di sana, dan di manakah unit di sini? " Dalam kes ini, kita bercakap mengenai asas transistor output, dipercayai bahawa ini adalah output penguat operasi, yang mana isyarat masukan dibekalkan. Dan transistor output, seperti yang ditunjukkan dalam komen untuk Rajah 1, boleh dihidupkan dengan apa-apa cara.

Beberapa ciri penyusun analog

Apabila menggunakan komparator, ciri-ciri mereka mesti diambil kira, yang boleh dibahagikan kepada statik dan dinamik. Parameter statik dari komparator adalah yang ditentukan dalam keadaan mantap.

Pertama sekali, ini adalah kepekaan ambang dari komparator. Ia ditakrifkan sebagai perbezaan minima isyarat input di mana isyarat logik muncul pada output.

Sebagai tambahan kepada input dan output, banyak pembanding mempunyai output untuk membekalkan voltan bias Ucm. Menggunakan voltan ini, peralihan yang diperlukan bagi ciri pemindahan relatif kepada kedudukan yang ideal dijalankan.

Salah satu parameter utama komparator ialah histeresis. Cara termudah untuk menerangkan fenomena ini adalah menggunakan contoh dengan relay konvensional. Biarkan voltan operasi gegelung, contohnya, 12V, maka dengannya relay akan beroperasi. Jika selepas itu, secara beransur-ansur mengurangkan voltan bekalan gegelung, maka relay akan melepaskan, contohnya, pada voltan 7V. Perbezaan sebanyak 5V untuk relay ini adalah histeresis. Tetapi relay tidak akan menyala lagi, jika voltan kekal pada tahap 7V, ia tidak akan berlaku. Untuk melakukan ini, angkat voltan sekali lagi ke 12V. Dan kemudian ...

Perkara yang sama diperhatikan dengan penyusun. Katakan voltan masukan naik dengan lancar berbanding dengan voltan rujukan (isyarat digunakan, seperti yang ditunjukkan di bahagian kiri Rajah 2). Sebaik sahaja voltan input menjadi lebih tinggi daripada voltan rujukan (tidak kurang daripada nilai kepekaan ambang), satu unit logik akan muncul pada output komparator.

Sekiranya voltan masukan kini mula berkurang dengan lancar, maka peralihan dari unit logikal ke sifar logik akan berlaku apabila voltan input adalah sedikit lebih rendah daripada voltan rujukan. Perbezaan tegangan input pada "di atas rujukan" dan "di bawah rujukan" dipanggil hysteresis komparator. Histeresis komparator adalah disebabkan oleh maklum balas positif di dalamnya, yang direka untuk menekan "bouncing" isyarat keluaran apabila menukar komparator.

Bagaimana komparator

Gambar rajah litar di peringkat transistor agak rumit, besar, tidak terlalu jelas, tetapi praktikal tidak diperlukan. Ini adalah ciri reka bentuk litar bersepadu, seolah-olah transistor berada di mana-mana, walaupun tidak diperlukan. Oleh itu, adalah lebih baik untuk mempertimbangkan gambarajah fungsian ringkas bagi pembanding, yang ditunjukkan dalam Rajah 3.

Gambarajah 3. Gambarajah fungsian ringkas bagi komparator

Rajah ini menunjukkan peringkat pembezaan input (DC), logik output, dan litar peralihan tahap.

Input DC membawa penguatan utama isyarat perbezaan, dan juga, dengan bantuan peranti bias, ia memungkinkan untuk menjalankan keadaan pilihan pada output, yang membolehkan anda memilih jenis logik (TTL, ESL, CMOS) yang anda perlu bekerjasama.Tetapan ini dijalankan menggunakan perintang pemangkasan yang disambungkan ke terminal "mengimbangi".

Gating dan komparator memori

Sesetengah komparator moden mempunyai input gating: perbandingan isyarat masukan berlaku hanya pada masa pembekalan nadi yang sepadan. Ini membolehkan anda membandingkan isyarat masukan pada saat itu dalam masa yang diperlukan. Baiklah, apa sahaja yang anda suka! Rajah gambarajah ringkas bagi penyusun dengan gating ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4. Gambarajah gambarajah ringkas pembanding

Penyusun yang ditunjukkan dalam angka ini mempunyai output paraphase, seperti pencetus, output atas adalah langsung, dan yang lebih rendah, ditandakan dengan bulatan, secara semula jadi songsang. Di samping itu, pintu C juga ditunjukkan di sini.

Dalam Rajah 4a, isyarat masukan berpagar pada tahap tinggi pada input C. Apabila gating pada tahap yang rendah, jawatan grafik di input C sepatutnya mempunyai bulatan kecil (tanda penyongsangan).

Dalam Rajah 4b, input gerbang C mempunyai dash /, yang menunjukkan bahawa gating berlaku pada kelebihan denyut nadi. Dalam hal gating di hadapan yang jatuh, sengkang mempunyai arah ini.

Oleh itu, isyarat gating tidak lain hanyalah resolusi perbandingan. Hasil perbandingan boleh muncul pada output hanya semasa tindakan nadi gerbang. Tetapi beberapa model komparator mempunyai memori (hanya satu pencetus cukup untuk ini) dan ingat hasil perbandingan sehingga nadi gating seterusnya tiba.

Tempoh nadi strob (kelebihannya) mestilah mencukupi untuk isyarat input untuk melewati DC sebelum sel memori mempunyai masa untuk mencetuskan. Penggunaan gating meningkatkan kekebalan kebisingan komparator, kerana gangguan dapat mengubah keadaan komparator hanya dalam masa singkat gating nadi. Selalunya, komparator dipanggil ADC satu bit.

Klasifikasi Pembanding

Dengan gabungan parameter, pembanding boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan besar. Ini adalah penyusun tujuan umum, kelajuan tinggi dan ketepatan. Dalam amalan amatur, bekas yang paling sering digunakan.

Tidak mempunyai sebarang parameter supernatural untuk kelajuan dan keuntungan, kehadiran gating dan ingatan, penyusun aplikasi yang luas mempunyai ciri-ciri dan ciri-ciri mereka sendiri yang menarik. Mereka mempunyai penggunaan kuasa yang rendah, keupayaan untuk bekerja pada voltan rendah, dan hakikat bahawa sehingga empat pembanding dapat ditempatkan dalam satu kes. "Keluarga" sedemikian membolehkan dalam beberapa kes untuk membuat peranti yang sangat berguna. Salah satu peranti ini ditunjukkan dalam Rajah 5.

Ini adalah penukar paling mudah bagi isyarat analog ke dalam kod bersiri digital. Kod sedemikian boleh ditukar menjadi binari menggunakan penukaran digital.

Rajah 5. Skema menukar isyarat analog kepada kod bersiri digital

Litar ini mengandungi empat komparator K1 ... K4. Voltan rujukan digunakan untuk input pembalik melalui pembahagi rintangan. Sekiranya rintangan resistor adalah sama, maka voltan pada input terbalik penyusun adalah n * Uop / 4, di mana n adalah nombor bersiri komparator. Voltan masukan digunakan untuk input bukan pembalik yang disambungkan bersama-sama. Sebagai hasil daripada membandingkan voltan input dengan voltan rujukan pada output dari komparator, kita mendapat kod digital kesatuan voltan masukan.

Secara lebih terperinci, kami akan mempertimbangkan parameter-parameter pencari kegunaan umum menggunakan contoh komparator LM311 yang meluas dan agak berpatutan.

Comparators Series LM311

Tegakan bekalan dan keadaan kerja

Seperti yang ditulis dalam Data Sheet, perbandingan ini mempunyai arus input seribu kali lebih kecil daripada penyusun siri LM106 atau LM170. Di samping itu, pencari siri LM311 mempunyai pelbagai voltan bekalan yang lebih besar: dari bipolar ± 15V, seperti dalam penguat operasi, kepada unipolar + 5 ... 15V.Pelbagai kuasa yang luas ini membolehkan penggunaan komparator siri LM311 bersempena dengan penguat operasi, serta pelbagai rangkaian litar logik: TTL, CMOS, DTL dan lain-lain.

Di samping itu, komparator LM311 boleh mengawal lampu dan relay secara langsung dengan voltan operasi sehingga 50V dan arus tidak melebihi 50mA. Sebagai tambahan kepada LM311, terdapat juga komparator LM111 dan LM211. Mikroelektrik ini berbeza dalam keadaan operasi, terutamanya dalam suhu. Pelbagai operasi LM311 ialah 0 ° C ... + 70 ° C (julat komersial) LM211 -25 ° C ... + 85 ° C (perindustrian), LM311 -55 ° C ... + 125 ° C (penerimaan ketenteraan).

Analog domestik penuh komparator LM311 adalah 521CA3, 554CA3 dan beberapa yang lain. Apabila diganti, anda tidak perlu mengubah litar dan tidak perlu mengulang papan litar. Anda hanya perlu memberi perhatian kepada hakikat bahawa penyusun, seperti mikrosirkuit lain, boleh didapati dalam pelbagai kes, jadi apabila anda membelinya, anda harus memberi perhatian maksimum ini, terutamanya jika pembelian ini akan digunakan untuk membaiki peranti siap.

Rajah 7 menunjukkan pinout (pinout) daripada komparator LM311, dibuat dalam pelbagai kes.

Rajah 6. Perbandingan LM311

Rajah 7. Pinout (pinout) daripada komparator LM311, dibuat dalam pelbagai kes.

Sebenarnya, banyak lagi yang boleh ditulis mengenai komparator. Dengan bantuan mereka, anda boleh lakukan penyampai gambar, geganti haba, penunjuk medan elektrik, relay kapasitif dan banyak alat berguna yang lain.

Beberapa litar yang menarik dan berguna boleh didapati dalam "datasheet" dari komparator LM311, di mana ia diberikan sebagai litar suis biasa. Ia adalah dalam bentuk ini bahawa penyusun digunakan dengan kerap. Berikut adalah perihalan skema biasa yang diberikan dalam "tipikal", Bahasa Inggeris. Tetapi tanpa mengetahui bahasa asing, anda boleh memikirkannya, sekurang-kurangnya dengan bantuan penterjemah dalam talian Google.

Artikel yang berterusan: Beberapa litar komparator mudah

Boris Aladyshkin