Аналогни компаратери

Наслов компаратори је дошао из латинског поређај - упореди. Уређаји код којих се врши мерење упоређујући са стандардним радом по овом принципу. На пример, вага са једнаком руком или електрични потенциометри.

Принцип деловања разликује електричне, пнеуматске, оптичке, па чак и механичке компаратере. Потоњи се користе за проверу мера крајње дужине. Први пут је упоредни пример за верификацију крајњих мера применио у Паризу Леноир 1792. године, пошто постоји чланак у енциклопедији Броцкхаус и Ефрон.

Овај механички компаратор коришћен је за проверу стандарда 1м у формирању француског метричког система. Тачност мерења таквог компаратора помоћу система покретних полуга достигла је 0,0005 мм. За оно време било је веома тачно. Али у овом чланку нећемо детаљно размотрити механичке и друге упоређиваче, јер је наш задатак да компаратори напона.

Интегрисани компаратери. Принцип деловања и сорте

Тренутно се компаратери углавном користе у интегрисаном дизајну. Мало би људи помислило да састави компаратор од дискретних транзистора. Штавише, компаратери се користе као део неких склопова.

На пример интегрисани тајмер НЕ555 садржи чак два упоредника на улазима, чиме се, заправо, постиже сва драж његовог рада. Поред тога, многи савремени микроконтролери такође имају уграђене компаратере. Али, без обзира на извршење, принципи компаратора су потпуно исти.

Савремени компаратери у шеми врло су слични опамповима. Заправо, ово је исто оперативно појачало, само без повратних информација и са врло великим појачањем. Компаратор такође има два улаза, директан и обрнути (обележени су кругом или знаком минус).

Главна функција компаратора је упоређивање два напона, од којих је један примеран или референтни, а други је заправо мерен. Излазни сигнал компаратора може узети само две вредности: логичку нулу и логичку јединицу, али се не може линеарно мењати, попут оперативног појачала.

На излазу компаратора, по правилу, постоји излаз транзистор са отвореним сакупљачем и емитером. Стога се може повезати било према кругу са ОЕ или пратиоцем емитера, у зависности од захтева одређеног круга, као што је приказано на слици 1.

Слика 1а приказује укључење излазног транзистора у круг са заједничким емитером. У овом случају се на излаз каскаде могу повезати ТТЛ и ЦМОС - логика са напоном напајања од + 5В. Ако се ЦМОС - логика напаја напоном од 15 В, тада горњи излаз отпорника од 1КΩ према шеми треба да буде повезан на + 15В напајање.

Када је излазни транзистор повезан у складу са кругом пратилаца, као што је приказано на слици 1б, напон на излазу компаратора ће варирати унутар + 15В ... -15В. Међутим, овим укључивањем, брзина компаратора значајно се смањује, а осим тога, улази се „мењају“ на местима - улази се преокрећу.

Слика 1

Како проверити компаратор, жив или не жив?

Ако је ЛЕД узастопно лемљен отпорником Р у кругу приказаном на слици 1а повезивањем аноде на напајање од + 5В и напон се примењује на улазима помоћу отпорника, тада промена ових напона помоћу најмање променљивих отпорника може узроковати да трепери ЛЕД. У којем редоследу за примену референтног и улазног напона можете даље пронаћи. Нека таква схема теста буде мали практични задатак.

Логика компаратора

Функционални дијаграм компаратора је приказан на слици 2.

Слика 2. Функционални дијаграм компаратора

Уз толико улаза и улазних сигнала, могуће су две опције. У првом случају, приказаном на левој страни слике, референтни напон се примењује на инвертирајући улаз, а улазни напон на неинвертирајући. Ако улазни напон прелази референтни напон, на излазу компаратора ће се појавити висок ниво (лог 1). У супротном, имаћемо логичку нулу.

У другој верзији, приказаној на десној страни слике, референтни напон се примењује на директни улаз, а улазни напон на инвертирајући. У овом случају, ако је улазни напон већи од референтног напона на излазу компаратора, логичка нула, у супротном, јединство. На слици 2, сви ови закључци приказани су у облику математичких формула.

Али овде пажљиви читалац може имати фер питање: „Погледајте слику 1, колико има продајних места! Дакле, о коме они причају, о каквој је нули и где је јединица овде? " У овом случају, говоримо о бази излазног транзистора, верује се да је то излаз оперативног појачала, на који се доводе улазни сигнали. И излазни транзистор, као што је назначено у коментарима на слици 1, може се укључити на било који начин.

Неке карактеристике аналогних компаратора

При коришћењу компаратора морају се узети у обзир њихове карактеристике које се могу поделити на статичке и динамичке. Статички параметри компаратора су они који се одређују у стабилном стању.

Пре свега, ово је праг осетљивости компаратора. Дефинише се као минимална разлика улазних сигнала код којих се на излазу појављује логички сигнал.

Поред улаза и излаза, многи упоређивачи имају излазе за снабдевање напоном пристраности Уцм. Помоћу овог напона врши се неопходни помак карактеристике преноса у односу на идеални положај.

Један од главних параметара компаратора је хистереза. Најлакши начин да се објасни овај феномен је употреба примера са конвенционалним релејем. Пустите радни напон завојнице, на пример, 12В, тада ће релеј радити са њим. Ако након тога, постепено смањујте напон напона завојнице, тада ће се релеј ослободити, на пример, на напону од 7В. Ова разлика од чак 5 В за овај релеј је хистереза. Али релеј се неће поново укључити, ако напон остане на нивоу 7В, то се неће догодити. Да бисте то учинили, поново подигните напон на 12В. А онда ...

Исто је запажено и код компаратора. Претпоставимо да се улазни напон равномерно повећава у односу на референтни напон (примењују се сигнали, као што је приказано на левом делу слике 2). Чим улазни напон постане већи од референтног напона (не мањи од вредности осетљивости на прагу), на излазу компаратора ће се појавити логичка јединица.

Ако се улазни напон сада почне глатко смањивати, тада ће се прелазак са логичке јединице на логичку нулу догодити када је улазни напон нешто нижи од референтног напона. Разлика улазних напона код ових „изнад референтних“ и „испод референтних“ назива се хистереза ​​компаратора. Хистереза ​​компаратора је последица постојања позитивних повратних информација у њему, које су дизајниране тако да сузбијају „одскок“ излазног сигнала приликом пребацивања компаратора.

Како је упоређивач?

Дијаграм кола на нивоу транзистора је прилично сложен, велик, не баш јасан, али практично није потребан. Ово су дизајнерске карактеристике интегрисаног кола, чини се да транзистори остају свуда, чак и тамо где нису потребни. Стога је боље размотрити поједностављени функционални дијаграм компаратора, који је приказан на слици 3.

Слика 3. Поједностављени функционални дијаграм компаратора

Дијаграм приказује улазни диференцијални ступањ (ДЦ), излазну логику и круг помака нивоа.

Улазни ДЦ врши главно појачавање разлике сигнала, а такође уз помоћ пристраног уређаја омогућава извођење жељеног стања на излазу, што вам омогућава да одаберете врсту логике (ТТЛ, ЕСЛ, ЦМОС) са којом морате радити.Ово подешавање се врши помоћу резног отпора спојеног на прикључке "балансирање".

Компаратори за меморију и меморију

Неки савремени упоређивачи имају решетке: поређење улазних сигнала догађа се само у моменту напајања одговарајућег импулса. Ово вам омогућава да упоредите улазне сигнале у том тренутку када је то потребно. Па, у реду, шта год желите! Поједностављени блок дијаграм компаратора са решеткама приказан је на слици 4.

Слика 4. Поједностављени блок дијаграм компаратора

Упоређивачи приказани на овој слици имају парафазни излаз, попут окидача, горњи излаз је директан, а доњи је означен кругом и обрнуто. Поред тога, овде је приказана и капија Ц.

На слици 4а, улазни сигнали су затворени на високом нивоу на улазу Ц. Када се поставља на ниском нивоу, графичка ознака на улазу Ц треба да има мали круг (инверзијски знак).

На слици 4б, улаз Ц за врата има цртицу /, што указује да се решетка појављује уздижући се руб импулса. У случају качења на падајућем фронту, цртица има овај правац.

Стога сигнал за решетке није ништа друго него резолуција поређења. Резултат поређења може се појавити на излазу само током акције импулса врата. Али неки модели компаратора имају меморију (довољан је само један окидач) и памте резултате упоређивања све док не стигне следећи пулс.

Трајање стробо импулса (његова ивица) мора бити довољно да улазни сигнал прође кроз истосмјерни кабел прије него што меморијска ћелија има времена за активирање. Употреба решетка повећава имунитет компаратора на буку, јер сметње могу да упореде стање компаратора само у кратком времену. Често се овај компаратер назива једнобитни АДЦ.

Класификација компаратора

Комбинацијом параметара компаратори се могу поделити у три велике групе. То су компаратори опште намене, велике брзине и прецизности. У аматерској пракси се најчешће користе прве.

Немајући наднаравне параметре за брзину и добитак, постојање решетка и меморије, компаратери широке примене имају своја атрактивна својства и карактеристике. Они имају малу потрошњу енергије, могућност рада на ниском напону и чињеницу да се у један случај могу поставити до четири компаратора. Таква „породица“ омогућава у неким случајевима да направе веома корисне уређаје. Један од ових уређаја приказан је на слици 5.

Ово је најједноставнији претварач аналогног сигнала у дигитални унитарни код. Такав се код може претворити у бинарни облик помоћу дигиталне конверзије.

Слика 5. Шема претварања аналогног сигнала у дигитални унитарни код

Круг садржи четири компаратора К1 ... К4. Референтни напон се примењује на инвертирајуће улазе отпорнички раздјелник. Ако је отпор отпорника исти, напон на инвертирајућим улазима компаратора ће бити н * Уоп / 4, гдје је н серијски број компаратора. Улазни напон се примењује на не-инвертирајуће улазе повезане заједно. Као резултат упоређивања улазног напона са референтним напоном на излазима компаратора, добијамо јединствени дигитални код улазног напона.

Детаљније ћемо размотрити параметре компаратора за општу намену на примеру широко распрострањеног и прилично приступачног компаратора ЛМ311.

Компактори серије ЛМ311

Напон напајања и радни услови

Као што је написано у подацима, ови компаратери имају улазне струје хиљаду пута мање од компаратори серије ЛМ106 или ЛМ170. Поред тога, компаратори серије ЛМ311 имају шири опсег напајања: од биполарних ± 15В, као у оперативним појачалима, до униполарних + 5 ... 15В.Овај широки распон напајања омогућава употребу компаратора серије ЛМ311 заједно са оперативна појачала, као и са разним низом логичких кола: ТТЛ, ЦМОС, ДТЛ и други.

Поред тога, ЛМ311 компаратори могу директно да управљају лампама и релејским намотима радног напона до 50В и струје која не прелази 50мА. Поред ЛМ311, постоје и компаратери ЛМ111 и ЛМ211. Ова микроциркута се разликују у радним условима, углавном у температури. Радни опсег ЛМ311 је 0 ° Ц ... + 70 ° Ц (комерцијални распон) ЛМ211 -25 ° Ц ... + 85 ° Ц (индустријски), ЛМ311 -55 ° Ц ... + 125 ° Ц (војни пријем).

Потпуни домаћи аналози ЛМ311 компаратора су 521ЦА3, 554ЦА3 и неки други. Приликом замене, не морате да мењате склоп, па чак ни не требате поново да радите плочу. Треба обратити пажњу само на чињеницу да су компаратори, као и остали микро кругови, доступни у различитим случајевима, тако да када их купите треба обратити максималну пажњу на то, посебно ако ће се та куповина користити за поправак готовог уређаја.

На слици 7 приказан је пиноут (пиноут) ЛМ311 компаратора, рађен у различитим случајевима.

Слика 6. Компаратор ЛМ311

Слика 7. Резање (пиноут) ЛМ311 компаратора, израђено у различитим случајевима.

Заправо, о компаратерима се може написати много више. Уз њихову помоћ можете и ви фото релеј, термички релеј, индикатор електричног поља, капацитивни релеј и многи други корисни уређаји.

Неколико занимљивих и корисних склопова може се наћи у „листи података“ компаратора ЛМ311, где су наведени као типични склопни склопови. Управо се у таквом облику компаратери користе прилично често. Ево само описа типичних шема даних на "типичном", енглеском језику. Али и без познавања страног језика, то можете схватити, бар уз помоћ онлине преводиоца Гоогле.

Наставак чланка: Неки једноставни компаративни склопови

Борис Аладисхкин