Jämförelse kretsar

Hur fungerar spänningskomparatorn

I många beskrivningar jämförs komparatorn med konventionella spakvågar, som i en basar: en standard placeras på en skål - vikter, och säljaren börjar lägga varor, som potatis, på den andra. Så snart produktens vikt blir lika med vikternas vikt, närmare bestämt lite mer, rusar koppen med vikterna upp. Vägningen är över.

Samma sak händer med komparatorn, bara i detta fall spelas vikternas roll av referensspänningen, och insignalen används som potatis. Så snart en logisk enhet visas vid komparatorns utgång, anses det att spänningsjämförelsen har skett. Detta är just "lite mer", som i katalogerna kallas "komparatorns tröskelkänslighet".

Kontroll av spänningskomparator

Nybörjningsham - elektronikingenjörer frågar ofta hur man kontrollerar en viss del. För att kontrollera komparatorn behöver du inte montera någon komplex krets. Det räcker med att ansluta en voltmeter till komparatorns utgång och tillämpa reglerade spänningar på ingångarna och bestämma om komparatorn fungerar eller inte. Och naturligtvis kommer det att vara mycket bra, om du fortfarande kommer ihåg att använda kraft på komparatorn!

Man bör emellertid inte glömma att många komparatorer har en utgångstransistor, där resultaten från kollektorn och emittern helt enkelt "hänger i luften", vilket beskrivs i artikeln "Analoga komparatorer". Därför måste dessa slutsatser kopplas i enlighet därmed. Hur man gör detta visas i figur 1.

Bild 1. Anslutningsdiagram för komparator

Referensspänningen erhållen från dela R2, R3 från matningsspänning + 5V. Som ett resultat erhålls 2,5V vid den omvända ingången. Anta att reglaget för variabel motstånd R1 är i det lägsta läget, d.v.s. spänningen på den är 0V. Samma spänning är vid komparatorns direkta ingång.

Om nu genom att rotera motorn i det variabla motståndet R1 gradvis öka spänningen vid komparatorns direkta ingång, då när 2,5V nås, kommer logik 1 att visas på komparatorns utgång, som öppnar utgångstransistorn, lyser HL1-LED.

Om nu motorn R1 roteras i riktning för att minska spänningen, kommer LED HL1 utan tvekan att stänga av vid ett ögonblick. Detta indikerar att komparatorn fungerar korrekt.

Experimentet kan vara något komplicerat: mät spänningen vid komparatorns direkta ingång med en voltmeter och fixera vid vilken spänning lysdioden tänds och vid vilken den slocknar. Skillnaden i dessa spänningar är komparatorns hysteres. Förresten, vissa komparatorer har en speciell stift (pin) för att justera hysteresvärdet.

För att genomföra ett sådant experiment behöver du en digital voltmeter som kan "fånga" millivolt, ett trimningsmotstånd med flera varv och en god tålamod för utövaren. Om tålamod för ett sådant experiment inte är tillräckligt, kan du göra följande, vilket är mycket enklare: byt de direkta och inversa ingångarna, och vrid det variabla motståndet för att se hur lysdioden fungerar, d.v.s. komparatorutgång.

Figur 1 visar ett enkelt blockschema, så att stiftnumren inte anges. När du kontrollerar en riktig komparator måste du ta itu med dess pinout (pinout). Därefter kommer några praktiska scheman att övervägas och en kort beskrivning av deras arbete kommer att ges.

Ofta finns det i ett fall flera komparatorer, två eller fyra, som låter dig skapa olika enheter utan att installera extra chips på brädet. Jämförare kan vara oberoende av varandra, men i vissa fall har interna anslutningar. Som ett sådant chip bör du överväga den dubbla komparatorn MAX933.

Jämförelse MAX933

Två komparatorer "bor" i ett hölje i mikrokretsen. Förutom komparatorerna själva finns det en inbyggd 1.182V spänningsreferenskälla i mikrokretsen. I figuren visas den i form av en zenerdiode, som redan är ansluten inuti mikrokretsen: till den övre komparatorn till den omvända ingången och till botten till den raka linjen. Detta gör det enkelt att skapa en komparator på flera nivåer enligt principerna "Little", "Norm", "Many" (underspännings- / överspänningsdetektorer). Sådana komparatorer kallas fönsterrutor eftersom "norm" -positionen är i "fönstret" mellan "få" och "många".

Studera komparatorprogram Multisim

Figur 2 visar mätningen av referensspänningen producerad med Multisim-simuleringsprogramvaran. Mätningen utförs med en XMM2-multimeter, som visar 1.182V, vilket helt motsvarar det värde som anges i komparatorns datablad. Pin 5 HYST, - justering av hysteres, i detta fall används inte.

Figur 2

Med hjälp av omkopplare S1 kan du ställa in ingångsspänningsnivån, och på en gång på båda komparatorerna: en stängd strömbrytare tillför en låg nivå till ingångarna (mindre än referensspänningen) som visas i figur 3, ett öppet tillstånd motsvarar en hög nivå, - figur 4. Tillstånd för komparatorernas utgångar visas med multimeter XMM1, XMM2.

Kommentarer till siffrorna är helt överflödiga - för att förstå komparatorernas logik är det tillräckligt att noggrant överväga multimetrarnas läsningar och omkopplarens S1 läge. Det bör bara tilläggas att ett sådant schema kan rekommenderas för att kontrollera en riktig järnkomparator.

Figur 3

Figur 4

Spänningstestkrets

Kretsen för en sådan komparator som visas i databladet visas i figur 5.

För utsignaler med underspänning (OUTA) och överspänning (OUTB) är den aktiva signalnivån låg, vilket indikeras genom att understryka signalerna ovanifrån. Ibland används för dessa ändamål skylten “-” eller “/” framför signalnamnet. Dessa signaler kan kallas larm.

POWER GOOD-signal matas ut logiskt element OCHnär båda larmen har en logisk enhetsnivå. Den aktiva POWER GOOD-signalen är hög.

Om åtminstone ett av larmen är lågt försvinner POWER GOOD-signalen - den kommer också att bli låg. Detta gör det ännu en gång möjligt att verifiera att den logiska kretsen OCH för låga nivåer är en logisk ELLER.

Bild 5. Jämförelsekrets

Den styrda ingångsspänningen tillförs genom delaren R1 ... R3, vars värde för motstånden beräknas med hänsyn till intervallet för styrda spänningar. Beräkningsförfarandet ges, även med ett exempel, i databladet.

För att minska skrav under omkoppling ställs hysteresvärdet in med delaren R4, R5. Dessa motstånd beräknas med hjälp av formlerna som också anges i databladet. För de värden som anges i diagrammet är hysteresvärdet 50 mV.

System för säkerhetskopiering

Liknande scheman används till exempel i larmsystem. Driftsalgoritmen för dessa scheman är ganska enkel. Om nätspänningen misslyckas växlar säkerhetssystemet till batteridrift och när nätverket återställs fungerar det igen från strömförsörjningen medan batteriet laddas. För att implementera denna algoritm måste minst två faktorer utvärderas: närvaron av nätspänning och batteriets tillstånd.

Den funktionella styrkretsen visas i figur 6.

Bild 6. Power management-schema för backup på ett enda chip

Den likriktade spänningen + 9VDC matas via dioden till spänningsregulatorn, från vilken säkerhetsanordningen drivs. I detta fall är delaren R1, R2 en nätverksspänningssensor som övervakas av den nedre komparatorn med OUTA-utgången. När det finns nätspänning, och det är inom skäl, vid utgången från den nedre komparatorn finns en logisk enhet som öppnar fälteffekttransistorn Q1, genom vilken batteriet laddas. Samma signal styr nätverksindikatorn.

I händelse av en förlust eller minskning av nätspänningen visas en logisk noll vid komparatorns utgång, fälteffekttransistorn stängs, batteriet slutar laddas, nätverksindikatorn stängs av eller ändras till en annan färg. Utseendet på en ljudsignal är också möjligt.

Ett laddat batteri genom en omkopplingsdiod är ansluten till stabilisatorn och enheten fortsätter att fungera offline. Men för att skydda batteriet från full urladdning övervakar en annan komparator dess tillstånd, den översta enligt schemat.

Medan batteriet ännu inte har laddats ut är spänningen vid den inverterade ingången till komparator B högre än referensen, därför är komparatorns utgångsnivå låg, vilket motsvarar batteriets normala laddning. När urladdningen sker faller spänningen vid delaren R3, R4, och när den blir lägre än referensen kommer en hög nivå att upprättas vid komparatorns utgång, vilket indikerar ett lågt batteri. Oftast indikeras detta tillstånd av den irriterande skrik från enheten.

Tidfördröjningskrets

Visas i figur 7.

Figur 7. Schema för tidsfördröjning på komparatorn

Schemat fungerar enligt följande. Genom att trycka på knappen MOMENTARY SWITCH laddas kondensatorn C på spänningen på strömkällan. Detta leder till att spänningen vid ingången IN + blir högre än referensspänningen vid ingången IN-. Därför är utgången OUT inställd på en hög nivå.

Efter att knappen har släppts börjar kondensatorn urladdas genom motståndet R, och när spänningen på den, och därför vid ingången IN + sjunker under referensspänningen vid ingången IN-, kommer utgångsnivån för komparatorn OUT att vara låg. När du trycker på knappen igen upprepas allt igen.

Referensspänningen vid ingången IN- ställs in med en delare av tre motstånd och med de värden som anges på diagrammet är 100 mV. Samma avdelare ställer komparatorns (HYST) hysteres inom 50 mV. Kondensatorn C matas sålunda ut till en spänning på 100 - 50 = 50 mV.

Strömförbrukningen för själva enheten är liten, högst 35 mikroampor, medan utgångsströmmen kan nå 40 mA.

Tidsfördröjningen beräknas med formeln R * C * 4,6 sek. Ett exempel är beräkningen med följande data: 2M & # 937; * 10 uF * 4,6 = 92 sek. Om motståndet indikeras i megaohm, är kapacitansen i mikrofarader, och resultatet erhålls på sekunder. Men detta är bara ett beräknat resultat. Faktisk tid kommer att bero på spänningen på kraftkällan och på kondensatorns kvalitet på dess läckström.

Några enkla komparatorkretsar

Basen för kretsarna, som kommer att beaktas senare, är ett lutningsrelä, en krets som inte reagerar på närvaron av någon signal utan på hastigheten för dess förändring. En av dessa sensorer är foto relävars diagram visas i figur 8.

Bild 8. Schema för fotoreläet på komparatorn

Insignalen erhålls från delaren som bildas av motståndet R1 och fotodioden VD3. Den gemensamma punkten för denna delare genom dioderna VD1 och VD2 är ansluten till den direkta och inverterande ingången från komparatorn DA1. Således visar det sig att de direkta och inversa ingångarna har samma spänning, d.v.s. det finns ingen skillnad mellan spänningarna vid ingångarna. Med detta tillstånd vid ingångarna är komparatorns känslighet nära maximalt.

För att ändra komparatorns tillstånd krävs en spänningsskillnad vid ingångarna till enheter av millivolt. Det handlar om hur man skjuter lilla fingret in i avgrunden som hänger på kanten av en sten. Under tiden finns en logisk noll vid komparatorns utgång.

Om belysningen plötsligt ändras ändras även spänningen på fotodioden, antag att den ökar. Det verkar som att tillsammans med detta kommer spänningen vid båda ingångarna till komparatorn att ändras och omedelbart. Därför kommer den önskade spänningsskillnaden vid ingångarna inte att fungera, och därför kommer tillståndet för komparatorns utgång inte att förändras.

Allt detta skulle vara så, om du inte tar upp kondensatorn C1 och motståndet R3. Tack vare denna RC-krets kommer spänningen vid den inverterade ingången till komparatorn att öka med viss fördröjning relativt den direkta ingången. Under fördröjningstiden kommer spänningen vid direktingången att vara större än vid den omvända. Som ett resultat visas en logisk enhet vid komparatorns utgång. Denna enhet kommer inte att hållas kvar länge, bara för förseningstiden på grund av RC-kedjan.

Ett liknande fotorelä används i fall där belysningen ändras tillräckligt snabbt. Till exempel i säkerhetsanordningar eller sensorer av färdiga produkter på transportörer kommer enheten att svara på avbrott i ljusflödet. Ett annat alternativ är som ett tillägg till videoövervakningssystemet. Om du riktar fotosensorn till skärmen upptäcker den en ljusförändring och inkluderar till exempel en ljudsignal som lockar operatörens uppmärksamhet.

Det är väldigt enkelt att förvandla det betraktade fotoreläet till en temperaturförändringssensor, till exempel i brandlarm. För att göra detta, byt bara ut fotodioden mot en termistor. I detta fall måste motståndets R1 värde vara lika med värdet på termistorn (vanligtvis indikerad för en temperatur på 25 ° C). Ett diagram över denna sensor visas i figur 9.

Bild 9. Diagram över en temperaturmätningssensor på en komparator

Principen och meningen med verket är exakt samma som den för fotosensorn som beskrivs ovan. Men denna design visar också den enklaste utgångsenheten - detta är tyristorn VS1 och relä K1. När komparatorn är aktiverad öppnas tyristorn VS1, som slår på reläet K1.

Eftersom tyristorn i detta fall arbetar i en likströmskrets, även när styrpulsen från komparatorn slutar, kommer tyristorn att förbli öppen och reläet K1 slås på. För att stänga av reläet måste du trycka på SB1-knappen eller helt enkelt stänga av hela kretsen.

Istället för en termistor kan du använda en magnetoresistor, till exempel SM-1, som reagerar på ett magnetfält. Då får du ett magnetiskt känsligt lutningsrelä. Magnetoresistorer under det senaste XX-talet användes i tangentbord på vissa datorer.

Om du använder andra sensorer kan du enkelt basera gradientreläet göra helt olika enheter som svarar på förändringar i det elektriska fältet, på ljudvibrationer. Med hjälp av piezoelektriska sensorer är det lätt att skapa stötsensorer och seismiska vibrationer.

Det är ganska enkelt med hjälp av komparatorer att konvertera den "analoga" signalen till en "digital". Ett liknande schema visas i figur 10.

Bild 10. Schema för konvertering av en "analog" signal till en "digital" signal med hjälp av en komparator

Figur 11 visar samma krets, endast polariteten hos utgångspulserna är omvänd till den föregående. Detta uppnås helt enkelt genom att andra input ingår.

Figur 11

Båda kretsarna omvandlar insignalens amplitud till utgångspulsens bredd. En sådan omvandling används ofta i olika elektroniska kretsar. Först av allt, i mätanordningar, växelströmsförsörjning, digitala förstärkare.

Enheternas frekvensområde ligger i intervallet 5 ... 200 KHz, insignalens amplitud i intervallet 2 ... 2,5V. När du använder en germaniumdiod börjar konverteringen av amplituden till pulsbredden från nivån 80 ... 90 mV, medan för en kiseldiod är detta värde 250 ... 270 mV.

Enhetens driftsfrekvensband bestäms av värdena på kondensatorerna C1, C2. En enhet monterad från underhållsdelar kräver inte justering och inställning av en svarsgräns.