Κατά το σχεδιασμό ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, είναι συχνά απαραίτητο να συγκρίνετε το επίπεδο δύο τάσεων. Για αυτό, χρησιμοποιείται μια συσκευή όπως ένας συγκριτής. Το όνομα του κόμβου πηγαίνει πίσω στο λατινικό comparare, ή, μάλλον, στα αγγλικά to compare - to compare.
Περιεχόμενο
Τι είναι ο συγκριτής τάσης
Στη γενική περίπτωση, ένας συγκριτής είναι μια συσκευή που έχει δύο εισόδους για την παροχή των συγκριτικών τιμών (τάσεις) και μια έξοδο για το αποτέλεσμα της σύγκρισης. Ο συγκριτής έχει δύο εισόδους για την παροχή των συγκριτικών παραμέτρων - άμεση και αντίστροφη. Η έξοδος ρυθμίζεται σε μια λογική μονάδα όταν η τάση της άμεσης εισόδου υπερβαίνει την αντίστροφη και μηδέν - αν το αντίστροφο. Εάν, με μια θετική διαφορά μεταξύ της αντίστροφης και της άμεσης εισόδου, τίθεται ένα και στην αντίθετη κατάσταση - μηδέν, τότε ένας τέτοιος συγκριτής ονομάζεται αναστροφή.
Η αρχή λειτουργίας του συγκριτή
Είναι βολικό να δημιουργήσετε έναν συγκριτικό τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ (ΟΥ).Για αυτό, οι ιδιότητές του χρησιμοποιούνται άμεσα:
- ενίσχυση της διαφοράς σήματος μεταξύ της άμεσης και της αναστροφής εισόδου.
- άπειρος (στην πράξη - από 10000 και άνω) συντελεστής ενίσχυσης.
Η λειτουργία του op-amp ως συγκριτή μπορεί να εξεταστεί με το ακόλουθο σχήμα μεταγωγής:
Ας υπάρχει ένας ενισχυτής λειτουργίας με κέρδος 10000, η τάση τροφοδοσίας είναι διπολική, + 5 V και μείον 5 V. διαιρών στην είσοδο αναστροφής, η στάθμη αναφοράς ρυθμίζεται ακριβώς στα 0 βολτ, στην άμεση είσοδο αφαιρούνται μείον 5 βολτ από το ρυθμιστικό του ποτενσιόμετρου. Ο λειτουργικός ενισχυτής θα πρέπει να ενισχύει τη διαφορά κατά 10.000 φορές, θεωρητικά, μια τάση μείον 50.000 βολτ θα πρέπει να εμφανίζεται στην έξοδο. Αλλά το opamp δεν έχει πού να πάρει τέτοια τάση και δημιουργεί το μέγιστο δυνατό - την τάση τροφοδοσίας, μείον 5 βολτ.
Εάν αρχίσετε να ανεβάζετε την τάση στην απευθείας είσοδο, ο ενισχυτής θα προσπαθήσει να ρυθμίσει τη διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων, πολλαπλασιαζόμενη επί 10000. Θα πετύχει όταν η τάση εισόδου πλησιάσει το μηδέν και γίνει περίπου μείον 0,0005 V. Με περαιτέρω αύξηση η τάση εισόδου στη θετική είσοδο, η έξοδος θα ανέβει στο μηδέν και πάνω, και σε τάση +0,0005 βολτ θα γίνει +5 V και δεν θα αυξηθεί περαιτέρω - δεν υπάρχει πουθενά. Έτσι, όταν η τάση εισόδου περάσει το μηδενικό επίπεδο (πιο συγκεκριμένα, μείον 0,0005 βολτ - + 0,0005), η τάση εξόδου θα μεταπηδήσει από μείον 5 βολτ σε +5 βολτ. Με άλλα λόγια, εφόσον η τάση στην άμεση είσοδο είναι χαμηλότερη από την αντίστροφη είσοδο, η έξοδος του συγκριτή τίθεται στο μηδέν. Αν υψηλότερο - ένα.
Ενδιαφέρον παρουσιάζει το τμήμα της διαφοράς στάθμης στις εισόδους από μείον 0,0005 βολτ έως + 0,0005.Θεωρητικά, όταν περάσει, θα υπάρξει ομαλή άνοδος από αρνητική σε θετική τάση τροφοδοσίας. Στην πράξη, αυτό το εύρος είναι πολύ στενό και λόγω παρεμβολών, παρεμβολών, αστάθειας τάσης τροφοδοσίας κ.λπ. με μια κατά προσέγγιση ισότητα των τάσεων στις εισόδους, θα προκύψει χαοτική λειτουργία του συγκριτή και στις δύο κατευθύνσεις. Όσο χαμηλότερο είναι το κέρδος του op-amp, τόσο μεγαλύτερο είναι αυτό το παράθυρο αστάθειας. Εάν ο συγκριτής ελέγχει τον ενεργοποιητή, τότε αυτό θα τον κάνει να λειτουργήσει εγκαίρως (κάνοντας κλικ στο ρελέ, χτυπώντας τη βαλβίδα κ.λπ.), γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε μηχανική βλάβη ή υπερθέρμανση του.
Για να αποφευχθεί αυτό, δημιουργείται μια ρηχή θετική ανάδραση ενεργοποιώντας την αντίσταση που υποδεικνύεται από τη διακεκομμένη γραμμή. Αυτό δημιουργεί μια μικρή υστέρηση, μετατοπίζοντας τα κατώφλια μεταγωγής καθώς η τάση περνά πάνω-κάτω σε σχέση με την αναφορά. Για παράδειγμα, ο συγκριτής θα αλλάξει στα 0,1 βολτ και θα κατέβει ακριβώς στο μηδέν (ανάλογα με το βάθος της ανάδρασης). Αυτό θα εξαλείψει το παράθυρο αστάθειας. Η τιμή αυτής της αντίστασης μπορεί να είναι από αρκετές εκατοντάδες kilo-ohms έως αρκετά mega-ohms. Όσο μικρότερη είναι η αντίσταση, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ των ορίων.
Υπάρχουν επίσης εξειδικευμένα συγκριτικά IC. Για παράδειγμα, LM393. Σε τέτοια μικροκυκλώματα, υπάρχει ένας λειτουργικός ενισχυτής υψηλής ταχύτητας (ή αρκετοί), μπορεί να εγκατασταθεί ένας ενσωματωμένος διαχωριστής που δημιουργεί μια τάση αναφοράς. Μια άλλη διαφορά μεταξύ τέτοιων συγκριτών και συσκευών που έχουν κατασκευαστεί σε ενισχυτές γενικής χρήσης είναι ότι πολλοί από αυτούς απαιτούν μονοπολική παροχή ρεύματος. Τα περισσότερα opamp απαιτούν διπολική τάση. Η επιλογή του τύπου μικροκυκλώματος γίνεται κατά την ανάπτυξη της συσκευής.
Χαρακτηριστικά ψηφιακών συγκριτών
Οι συγκριτές χρησιμοποιούνται και στην ψηφιακή τεχνολογία, αν και αυτό ακούγεται, με την πρώτη ματιά, παράδοξο. Μετά από όλα, υπάρχουν μόνο δύο επίπεδα τάσης - ένα και μηδέν. Και είναι άσκοπο να τα συγκρίνουμε. Αλλά μπορείτε να συγκρίνετε δύο δυαδικούς αριθμούς, οι οποίοι μπορούν να μετατραπούν σε οποιεσδήποτε αναλογικές τιμές (συμπεριλαμβανομένης της τάσης).
Έστω δύο δυαδικές λέξεις του ίδιου μήκους σε bit:
Χ=Χ3Χ2Χ1Χ0 και Υ=Υ3Υ2Υ1Υ.
Θεωρούνται ίσα σε τιμή εάν όλα τα bit είναι ίσα κατά bit:
1101=1101 => Χ=Υ.
Εάν τουλάχιστον ένα bit είναι διαφορετικό, τότε οι αριθμοί δεν είναι ίσοι. Ο μεγαλύτερος αριθμός καθορίζεται από μια σύγκριση bitwise, ξεκινώντας από το πιο σημαντικό bit:
- 1101>101 - εδώ το πρώτο bit του X είναι μεγαλύτερο από το πρώτο bit του Y και X>Y.
- 1101>101 - τα πρώτα bit είναι ίσα, αλλά το δεύτερο bit του X είναι μεγαλύτερο και X>Y.
- 111<1110 - Το Y έχει μεγαλύτερο τρίτο bit και η μεγαλύτερη τιμή του λιγότερο σημαντικού ψηφίου του X δεν έχει σημασία, X<Y.
Η υλοποίηση μιας τέτοιας σύγκρισης μπορεί να βασιστεί στα λογικά κυκλώματα των βασικών στοιχείων ΚΑΙ-ΟΧΙ, Ή-ΟΧΙ, αλλά είναι ευκολότερο να χρησιμοποιηθούν τελικά προϊόντα. Για παράδειγμα, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), οικιακό K564IP2 και άλλες σειρές μικροκυκλωμάτων. Είναι συγκριτές 2-8 bit με αντίστοιχο αριθμό εισόδων δεδομένων και ελέγχου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι ψηφιακοί συγκριτές έχουν 3 εξόδους:
- περισσότερο;
- πιο λιγο;
- ισοδυναμεί.
Σε αντίθεση με τις αναλογικές συσκευές, με δυαδικούς συγκριτές, η ισότητα στις εισόδους δεν είναι ανεπιθύμητη κατάσταση και δεν προσπαθεί να αποφευχθεί.
Μια τέτοια συσκευή είναι επίσης εύκολο να κατασκευαστεί μέσω προγραμματισμού χρησιμοποιώντας συναρτήσεις άλγεβρας Boole.Μια άλλη επιλογή - πολλοί μικροελεγκτές διαθέτουν "εσωτερικά" αναλογικούς συγκριτές με ξεχωριστές εξωτερικές εξόδους, οι οποίοι εξάγουν ένα έτοιμο αποτέλεσμα σύγκρισης δύο τιμών με τη μορφή 0 ή 1 με το εσωτερικό κύκλωμα. Αυτό εξοικονομεί τον πόρο των μικρών υπολογιστικών συστημάτων .
Πού χρησιμοποιείται ο συγκριτής τάσης;
Το πεδίο εφαρμογής του συγκριτή είναι ευρύ. Σε αυτό, για παράδειγμα, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα ρελέ κατωφλίου. Για να το κάνετε αυτό, χρειάζεστε έναν αισθητήρα που μετατρέπει οποιαδήποτε τιμή σε τάση. Αυτή η τιμή μπορεί να είναι:
- επίπεδο φωτισμού?
- Επίπεδο θορύβου;
- επίπεδο υγρού σε δοχείο ή δεξαμενή·
- οποιεσδήποτε άλλες αξίες.
Το ποτενσιόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ρυθμίσετε το επίπεδο σκανδάλης του συγκριτή. Το σήμα εξόδου μέσω του κλειδιού δίνεται στην ένδειξη ή στον ενεργοποιητή.
Εάν αυξήσετε την υστέρηση, τότε ο συγκριτής μπορεί να λειτουργήσει ως σκανδάλη Schmitt. Όταν εφαρμόζεται αργά μεταβαλλόμενη τάση στην είσοδο, η έξοδος θα είναι διακριτό σήμα με απότομα μέτωπα.
Τα δύο στοιχεία μπορούν να συνδεθούν για να σχηματίσουν έναν συγκριτή δύο κατωφλίων ή έναν συγκριτή παραθύρου.
Εδώ, η οριακή τάση ρυθμίζεται ξεχωριστά για κάθε συγκριτή - για την ανώτερη στην άμεση είσοδο, για την κάτω στην αντίστροφη. Οι ελεύθερες είσοδοι συνδυάζονται, τροφοδοτούνται με τη μετρούμενη τάση. Οι έξοδοι συνδέονται σύμφωνα με το σχήμα "mounting OR". Όταν η τάση υπερβαίνει το καθορισμένο άνω ή κάτω όριο, ένας από τους συγκριτές παράγει υψηλό επίπεδο στην έξοδο.
Ένας συγκριτής πολλαπλών επιπέδων συναρμολογείται από πολλά στοιχεία, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως γραμμικός δείκτης τάσης ή ως τιμή που μετατρέπεται σε τάση. Για τέσσερα επίπεδα, το σχήμα θα έχει ως εξής:
Σε αυτό το κύκλωμα, εφαρμόζεται μια τάση αναφοράς στην είσοδο κάθε στοιχείου. Οι εισόδους αναστροφής συνδέονται μεταξύ τους, λαμβάνουν το μετρούμενο σήμα. Όταν επιτευχθεί το επίπεδο σκανδάλης, ανάβει η αντίστοιχη λυχνία LED. Εάν τα στοιχεία ακτινοβολίας είναι διατεταγμένα σε μια γραμμή, θα ληφθεί μια φωτεινή λωρίδα, το μήκος της οποίας ποικίλλει ανάλογα με το επίπεδο της εφαρμοζόμενης τάσης.
Το ίδιο κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC). Μετατρέπει την τάση εισόδου στον αντίστοιχο δυαδικό κώδικα. Όσο περισσότερα στοιχεία περιλαμβάνονται στο ADC, τόσο μεγαλύτερο είναι το βάθος bit, τόσο πιο ακριβής είναι η μετατροπή. Στην πράξη, ο κωδικός γραμμής είναι άβολος στη χρήση και μετατρέπεται σε οικείο κωδικό χρησιμοποιώντας έναν κωδικοποιητή. Ο κωδικοποιητής μπορεί να κατασκευαστεί σε λογικά στοιχεία, να χρησιμοποιήσει ένα έτοιμο μικροκύκλωμα ή να χρησιμοποιήσει μια ROM με το κατάλληλο υλικολογισμικό.
Το εύρος των συγκριτών σε επαγγελματικά και ερασιτεχνικά κυκλώματα είναι ποικίλο. Η σωστή χρήση αυτών των στοιχείων επιτρέπει την επίλυση ενός ευρέος φάσματος προβλημάτων.
Παρόμοια άρθρα:
