Как сделать компаратор
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 04.10.2024
Компаратор или компаратор напряжения - это устройство, используемое для сравнения двух уровней напряжения. Мы можем определить, какой уровень напряжения выше, по выходу компаратора. Это применение типичных операционных усилителей, и, кроме того, у него есть приложения.
Что делает схема компаратора?
A компаратор сравнивает два заданных входных напряжения и выдает выходной сигнал, показывающий, какое напряжение имеет более высокое значение. Схема принимает вход с помощью инвертирующих и неинвертирующих клемм и обеспечивает выход с выходной клеммы. Выходной диапазон лежит между положительным напряжением насыщения и отрицательным напряжением насыщения.
Схема компаратора | схема компаратора операционного усилителя
На изображении ниже представлена принципиальная схема схемы компаратора. Как мы можем заметить, схема содержит только операционный усилитель, и входное напряжение подается в нее через инвертирующие и неинвертирующие клеммы.
Схема компаратора
Схема компаратора разработана с использованием операционного усилителя. Для его готовности к работе предусмотрены входные напряжения. В нем нет встроенной системы обратной связи. Опорное напряжение и сигнал напряжения обеспечиваются через ОУ. Также предусмотрены входы положительного и отрицательного напряжения насыщения. Ориентировочный выходной сигнал собирается с выхода операционного усилителя.
Как работает схема компаратора?
- Если напряжение на неинвертирующем выводе выше, чем напряжение на инвертирующем выводе, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
- Если напряжение инвертирующего терминала выше, чем напряжение на неинвертирующем терминале, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.
Схема компаратора напряжения на ОУ 741
Операционный усилитель 741 - это интегральная схема, содержащая операционный усилитель. Компаратор напряжения может быть создан с использованием операционного усилителя 741. На рисунке ниже представлена принципиальная схема неинвертирующего компаратора напряжения с использованием операционного усилителя 741.
Компаратор на ОУ 741
блок-схема компаратора
Работу компаратора можно представить с помощью блок-схем. На следующем изображении представлена блок-схема компаратора.
Блок-схема компаратора
реле цепи компаратора
Реле - это переключатели, которые могут управлять цепью. Он может включать или выключать цепь, а также подключать и отключать цепь от другой цепи. Компаратор широко используется в качестве реле.
схема компаратора использует
- Детектор нуля:Если значение равно нулю, детектор нуля обнаруживает его. Компаратор обычно представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления, а для управляемых входов компаратор подходит для обнаружения нуля.
- Сдвиг уровня:Сдвигатель уровня может быть сконструирован с использованием одного операционного усилителя. Используя подходящее подтягивающее напряжение, схема обеспечивает большую гибкость при выборе интерпретируемых напряжений.
- Аналого-цифровой преобразователь (АЦП):Компараторы используются для создания аналого-цифровых преобразователей. В преобразователе выход показывает, какое напряжение выше. Эта операция аналогична 1-битному квантованию. Именно поэтому компараторы используются практически в каждом аналого-цифровом преобразователе.
- Помимо упомянутых приложений, существует множество других компараторов, таких как - Осциллятор релаксации, в детекторах абсолютных значений, в детекторах перехода через ноль, в оконных детекторах и т. Д.
нечеткая цепь компаратора
Схемы Fuzz могут быть разработаны с использованием компараторов. Микросхема LM311 является таким примером нечеткого компаратора. Мы обсудим это позже, когда речь идет о LM311.
Как сделать компаратор?
Компаратор - это особенное и простое в изготовлении электрическое устройство. Чтобы построить компаратор, нам понадобится операционный усилитель и напряжения питания. Сначала на операционный усилитель подается положительное и отрицательное напряжение насыщения. Выход будет изменяться в этом диапазоне напряжений. Затем вводятся их инвертирующие и неинвертирующие клеммы. Опорное напряжение предусмотрено в неинвертирующем терминале, и входное напряжение обеспечиваются в инвертирующем терминале. С этой схемой не связана система обратной связи.
Схема компаратора напряжения
Схема компаратора может обнаруживать высокие напряжения между двумя напряжениями. Компараторы, которые обычно сравнивают с напряжениями, известны как схема компаратора напряжения.
Принципиальная схема фазового компаратора
Фазовый компаратор - это аналоговая логическая схема, способная смешивать и умножать. Он обнаруживает разность фаз между двумя заданными сигналами, генерируя сигнал напряжения. На изображении ниже представлена принципиальная схема фазового компаратора.
микросхемы компаратора
Как упоминалось ранее, компаратор сравнивает два сигнала напряжения и выдает ориентировочный выходной сигнал. Компараторы встроены в интегральную схему для удобства использования. На изображении ниже представлены схемы для компаратора ic.
Схема компаратора lM358
lm358 - это микросхема компаратора, состоящая из двух компараторов внутри нее. Он имеет восемь контактов. Эта микросхема не требует какого-либо независимого внешнего источника питания для работы каждого компаратора. Принципиальная схема микросхемы приведена ниже.
LM358 Компаратор IC
внутренняя цепь компаратора
Компаратор разработан с использованием операционного усилителя - операционного усилителя в качестве дополнительной схемы. Внутренняя схема внутри микросхемы приведена ниже на схеме. Наблюдая за схемой, мы видим, что она состоит в основном из транзисторов, диодов и резисторов. Внутреннюю схему можно разделить на три части в зависимости от их работы. Это входной каскад, каскад усиления и выходной каскад.
Внутренняя схема компараторов, Изображение: Герберж at Английский Википедия, Динамический компаратор, CC BY-SA 3.0
Схема компаратора | Схема транзисторного компаратора
Принципиальная схема компаратора приведена ниже. Внутренняя принципиальная схема такая же, как и схема внутреннего компаратора. В нем есть диоды, транзисторы и резисторы. Компоненты с внутренним подключением работают как компаратор.
Схема компаратора триггера Шмитта
Триггер Шмитта - это вирусная схема, используемая для повышения помехоустойчивости и снижения вероятности множественного переключения.
Триггер Шмитта - это схема компаратора с отдельными уровнями переключения входов для изменения выходов. Схема компаратора триггера Шмитта изображена на диаграмме ниже.
Триггер Шмитта с использованием двух компараторов - Индуктивная нагрузка, Операционный усилитель Шмитта Триггер, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons
Схема компаратора таймера 555
Таймер 555 представляет собой схему генератора. Он известен как таймер 555, поскольку в нем есть три резистора по 5 кОм, которые внутренне подключены для обеспечения опорных напряжений для обоих компараторов схем таймера. Микросхема таймера A555 используется в таймерах задержки, светодиодных индикаторах, генерации импульсов и т. Д. Базовая блок-схема микросхемы таймера 555 приведена ниже. Есть два компаратора, транзистор NPN, триггер, три резистора 5 кОм и выходной драйвер.
Изображение для сравнения Автор: Собственная работа на основе: NE555 нестабильный.jpg, 555 эскема, CC BY-SA 3.0
схема компаратора с использованием lm324
Принципиальная схема компаратора LM324 изображена на схеме ниже.
схема компаратора lm139
lm139 - еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и дополнительной МОП-логикой. IC имеет задержку распространения 0.7 микросекунды.
На изображении ниже изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm139.
Компаратор IC LM 139, Изображение - Texas Instruments
схема компаратора lm319
lm319 - еще одна микросхема компаратора с 14 контактами. Он имеет два отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы в широком диапазоне напряжений питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и комплементарной МОП-логикой, RTL, DTL. IC имеет задержку распространения 0.025 микросекунды.
Схема компаратора напряжения lm311
lm311 - еще одна микросхема компаратора с восемью контактами. Имеет единственный компаратор. Микросхема имеет время отклика минимум 0.200 наносекунды и типичное усиление напряжения 200.
На изображении ниже изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm311.
LM 311 Компараторы
схема компаратора lm339
lm339 - еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания и для широкого диапазона напряжений. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой, дополнительной МОП-логикой и DTL, ECL, MOS-логикой. IC имеет задержку распространения 0.7 микросекунды.
пример схемы компаратора операционного усилителя
Компараторные схемы операционного усилителя используются в различных приложениях. Например, чтобы убедиться, что входное значение достигло пика или определенного значения или нет, или для квантования в АЦП, также в оконных детекторах, детекторах перехода через ноль и т. Д.
Схема компаратора окна напряжения
Оконный компаратор относится к схеме, которая работает только в определенном кадре, окне или напряжении. Компаратор напряжения сравнивает два сигнала и выдает выходной сигнал. Для схемы компаратора окна, есть то, что называется сэндвич эффект: если входное напряжение идет выше, чем опорное напряжение низкого уровня. Контур включен, и если входное напряжение становится выше, чем опорное напряжение высокого уровня, то схема выключена.
- Операционные усилители LM741 (2)
- Чип инвертора 4049 (1)
- Резистор 470 Ом (1)
- 1N4006 Диоды (2)
- LED
Схема компаратора окна напряжения представлена на рисунке ниже.
схема компаратора с фиксацией
Компаратор с защелкой разработан с использованием защелки StrongArm. Защелка StrongArm считается первичным каскадом усиления решения. На следующем этапе используется фиксирующий элемент, несущий выходную нагрузку.
схема компаратора операционного усилителя с гистерезисом
Разница между верхней точкой срабатывания и нижней точкой срабатывания - гистерезис. Гистерезис основан на концепции триггера Шмитта. Если типичный компаратор разработан с положительной обратной связью, эта схема вызывает гистерезис. На изображении ниже изображена принципиальная схема.
схема рекуперативного компаратора
Схема триггера Шмитта также называется схемами рекуперативного компаратора. Они используются для повышения помехоустойчивости и снижения вероятности многократного переключения схем регенеративного компаратора для разработки других сложных схем. Они используются в АЦП, схемах слайсеров, считывании памяти и т. Д. Принципиальная схема триггера Шмитта упоминается как принципиальная схема схемы рекуперативного компаратора.
схема компаратора температуры
Температурный контур - это цифровая электронная схема, которая измеряет, ниже ли температура на входе заданной эталонной температуры. Это один из основных примеров схемы компаратора. Датчики температуры включают компаратор.
Часто задаваемые вопросы
1. как работает схема компаратора?
Ответ: Принцип работы компаратора довольно прост. Как правило, он сравнивает два источника напряжения и обеспечивает большую мощность. Ниже упомянутые два пункта констатируют работу.
- Если напряжение на неинвертирующем выводе выше, чем напряжение на инвертирующем выводе, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
- Если напряжение инвертирующего терминала выше, чем напряжение на неинвертирующем терминале, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.
2. Типы схем компаратора
Ответ: Есть несколько типов компараторов. Некоторые из широко используемых усилителей перечислены ниже.
3. Почему выходное напряжение в схеме компаратора операционного усилителя равно напряжению насыщения?
Ответ: Цепи компаратора не имеют обратной связи. Таким образом, операционный усилитель имеет коэффициент усиления без обратной связи. Для идеального операционного усилителя коэффициент усиления без обратной связи бесконечен, а для практичного операционного усилителя коэффициент усиления очень высокий. Теперь напряжение насыщения типичных операционных усилителей составляет + - 15 В. Операционный усилитель насыщается при +13 или -13 В. Теперь операционный усилитель быстро насыщается при небольшом входном напряжении. Именно поэтому выходное напряжение в схеме компаратора равно напряжению насыщения.
4. В схеме компаратора ОУ, почему используется опорное напряжение
Ответ: Сравнение производится между двумя или более количествами. Чтобы указать, что более важно, нам нужна ссылка, чтобы решить. Нам нужно определить, какое напряжение более важно для компаратора. Поэтому опорное напряжение используется, чтобы принять решение.
5. Как схема цифрового компаратора различает меньшее и большее значащее число?
Ответ: Цифровой компаратор сравнивает два двоичных числа. Компаратор сначала определяет эквивалентное напряжение двоичных чисел, а затем определяет, какое число меньше, какое число является значимым.
Дополнительные статьи по электронике нажмите сюда
Последние выпуски от Electronics Engineering
Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.
Мои статьи посвящены предоставлению точных и обновленных данных всем учащимся.
Мне доставляет огромное удовольствие помогать кому-то в получении знаний.
Составляющие в верстаке размещаются так, как показано на картинке.
Компаратор в майнкрафт
Красный факел и булыжник есть практически у каждого игрока. А вот за кварцевой рудой необходимо отправится в Нижний мир, и после переплавить руду в печи.
Принцип работы
Компаратор майнкрафт сравнивает два сигнала, которые на него подаются. При этом поступать они могут только сзади и сбоку. А сама подача сигнала сбоку возможна при помощи редстоуна, репитера и компаратора. Вариантов активации сзади намного больше.
Сравнение сигнала идёт по принципу вычитания или сравнения. Нажатие ПКМ по компаратору позволит выключить факел, что активирует сравнение. Когда же факел горит, прибор работает на вычитание.
Для сравнения сигнала необходимо знать, что активированный провод из красной пыли способен передавать сигнал лишь на 15 блоков. И чем дальше блоки от источника энергии, тем слабее мощность провода.
Если к задней стороне подвести провод мощностью в 12, а сбоку в 12 или в 11, то сигнал будет поступать дальше, на выход. В случае, когда сила сигнала сбоку превысит поступивший на заднюю сторону компаратора, произойдёт блокировка энергии.
Режим вычитания позволяет определять длину активированного красного провода. Если на задний вход подать сигнал силой в 15, а на боковой в 12, то провод на выходе будет передавать энергию лишь на три блока красного провода.
По приложенной схеме можно ознакомиться с принципом такого вычитания и сравнения.
Схема работы компаратора в майнкрафт
Такие особенности сравнителя используются для определения силы и длины красных проводов, а также для их активации и деактивации.
Благодаря тому, что компаратор подаёт сигнал на выходе, равный поступившему, его используют в качестве удлинителя. Но такая схема требует много ресурсов. Поэтому её позволить себе могут лишь те, кто играет в творческом режиме майнкрафт. Такой удлинитель передаёт энергию с такой же задержкой, как и повторитель.
Ещё одна особенность данного устройства minecraft заключается в том, что оно может подавать сигнал от хранилищ, если в них находятся предметы. К компаратору можно подсоединить:
- Сундук
- Печка
- Варочная стойка
- Воронка
- Варочная стойка
- Вагонетка с сундуком
- Выбрасыватель
- Раздатчик
Но для активации одного блока красной пыли при помощи хранилищ, нужен не один предмет, а полностью заполненная стопка. Наполненность стопки зависит от возможности предметов стакаться.
Поэтому, даже не имея источника сигнала, можно сделать такой включатель. Но данную особенность можно использовать и для определения заполненности хранилищ. Что позволит сделать автоматические фермы по добыче разных ресурсов майнкрафт.
Если к компаратору подсоединён проигрыватель, то импульс от него будет равен номеру, пластинки в проигрывателе.
Не стоит пытаться делать два боковых входа к сравнителю minecraft, так как это приведёт к его некорректной работе.
Так как у многих новичков возникает множество вопросов связанных с механизмами, то я решил сделать гайд, который поможет нубам и новичкам. В этом небольшом редстоун-гайде я объясню вам о том, как пользоваться повторителями(Репиторами) и компараторами.
Мы начнём с компараторов. У компаратора два приёмника сигнала, A и B. Сигнал А подаётся с задней стороны компаратора, а сигнал В подаётся сбоку компаратора. Компаратор сравнивает два сигнала и выдаёт самый сильный. Интересная особенность компаратора в том, что сигнал по нему проходит лишь в одну сторону, то есть сигнал послать обратно не получится.
Также компаратор может узнавать насколько много предметов в сундуке или печи. Если предметов достаточно много, то компаратор посылает сигнал, а если мало то он будет не активным. Чтобы компаратор дал хороший сигнал от сундука, то там должно быть как минимум 8 стаков предметов. Если вы используете печь, то можно обойтись и одним стаком предметов. С помощью компараторов вы сможете создавать очень сложные и увлекательные редстоун головоломки.
Теперь поговорим о повторителях. Ну с этим механизмом будет намного проще. Повторитель просто усиливает слабый сигнал. Например, в прошлом обновлении 0.13.Х не было повторителей, из за этого сигнал проходил лишь до 15 блоков. Но благодаря повторителю сигнал можно будет усилить. Вы можете провести редстоун цепь на очень далекое расстояние и не боятся что сигнал кончится сразу через 15 блоков. Просто расположите повторители на этой цепи и тогда сигнал будет сильным и его будет хватать на большое расстояние.
На этом всё! В этом гайде мы разобрали как действуют два механизма, повторитель и компаратор.
Думаю, что этот гайд, понравился вам и помог понять принцип работы этих механизмов.
Эта статья содержит основную информацию о работе компараторов напряжения построенных на интегральных микросхемах и может быть использована в качестве справочного материала для построения различных схем.
В электронике, компаратор представляет собой устройство, которое сравнивает между собой два электрических сигнала и выводит цифровой сигнал, указывающий на увеличение одного входного сигнала над другим. Компаратор имеет два аналоговых входа и один цифровой выход.
Компаратор, как правило, построен на дифференциальном усилителе с высоким коэффициентом усиления. Компараторы широко используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, например, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП)
Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
Примеры работы компаратора приведены на основе микросхемы LM339 (счетверенный компаратора напряжений) и LM393 (сдвоенный компаратор напряжения). Эти две микросхемы по своему функционалу идентичны. Компаратор напряжения LM311 так же может быть использован в данных примерах, но он имеет ряд функциональных особенностей.
Компаратор напряжения — выход с открытым коллектором
Как правило, выход компаратора напряжения представляет собой выход с открытым коллектором.
Выход открытый коллектор имеет отрицательную полярность. Это означает, что на этом выходе не бывает положительного сигнала и нагрузка должна подключаться между этим выходом и источника питания.
В некоторых схемах к выходу компаратора подключают нагрузочный (подтягивающий) резистор для того, чтобы обеспечить сигнал высокого уровня поступающего на вход следующего элемента схемы.
Операционные усилители (ОУ), такие как LM324, LM358 и LM741 обычно не используются в радиоэлектронных схемах в качестве компаратора напряжения из-за их биполярных выходов. Тем не менее, эти операционные усилители могут быть использованы в качестве компараторов напряжения, если к выходу ОУ подключить диод или транзистор для того чтобы создать выход с открытым коллектором.
Ниже представлена логика работы компаратора имеющий выход с открытым коллектором:
Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет ниже, чем напряжение на входе (-). И соответственно ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет выше, чем напряжение на входе (-).
Принцип работы
Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.
Фото — схема работы компаратора
Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания. Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.
Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания
Компаратор с гистерезисом и без гистерезиса
Исходные данные для расчета представлены в таблицах 74 и 75.
Таблица 74. Исходные данные для расчета компаратора
Таблица 75. Пороговые значения
| Нижний порог переключения VL | Верхний порог переключения VH | VH – VL |
| 2,3 В | 2,7 В | 0,4 В |
Описание схемы
Компараторы используются, чтобы сравнить два входных сигнала и сформировать выходной сигнал в зависимости от того, какой из входных сигналов больше (рисунок 84). Шум или дребезг входных сигналов могут привести к множественным переключениям компаратора. Для борьбы с такими переключениями используется гистерезис, устанавливающий верхнюю и нижнюю границу переключения.
Рис. 84. Схемы компараторов с гистерезисом (слева) и без гистерезиса (справа)
Рекомендуем обратить внимание:
- следует использовать компаратор с минимальным собственным током потребления;
- точность задания пороговых значений гистерезиса определяется точностью номиналов резисторов;
- задержка срабатывания определяется параметрами используемого компаратора.
Порядок расчета компаратора с гистерезисом
- Выбираем значение резистора R1 = 100 кОм. Значения пороговых напряжений были определены в таблице исходных данных (таблица 74): VL = 2,3 В, VH = 2,7 В.
- Рассчитаем R2 по формуле 1:
- Проверяем полученное значение гистерезиса, согласно формуле 3:
Порядок расчета компаратора без гистерезиса
- Выбираем пороговое значение Vth = 2,5 В.
- Выбираем значение резистора R4 = 100 кОм.
- Рассчитываем R5 по формуле 4:
Моделирование схемы
Временные диаграммы работы схемы представлены на рисунках 85 и 86.
Рис. 85. Временные диаграммы работы схемы: шум присутствует только в начальный короткий интервал времени 0…120 мкс
Рис. 86. Увеличенная осциллограмма напряжений: интервал 40…110 мкс
Рекомендации
Дополнительную информацию вы найдете в к документе TIPD144.
Параметры компаратора, используемого в расчете, приведены в таблице 76.
Таблица 76. Параметры компаратора, используемого в расчете
| TLV3201 | |
| Vсс | 2,7…5,5 В |
| VinCM | Vee – 200 мВ…Vсс + 200 мВ |
| Vout | Vee + 230 мВ…Vcc – 210 мВ (при 4 мА) |
| Vos | 1 мВ |
| Iq | 40 мкА |
| Ib | 1 пА |
| UGBW | – |
| SR | – |
| Число каналов | 1, 2 |
Схема эквивалента компаратора напряжения с двухполярным источником питания
Компараторы напряжения LM339, LM393 и LM311могут работать с одно- или двухполярным источником питания до 32 вольт максимум.
При работе с двухполярным питанием, режим сравнения напряжения остается таким же, за исключением того, что для большинства схем эмиттер выходного транзистора подключается к отрицательной шине питания, а не к общей цепи. Исключением из этого правила является операционный усилитель LM311, имеющий изолированный эмиттер, который можно подключить как к минусу однополярного источника питания, так или к общему проводу двухполярного.
Описание работы компаратора
Следующий рисунок показывает простейшую конфигурацию для компаратора напряжения, а так же графическое изображение режима его работы. В этой схеме опорное напряжение составляет половину напряжения питания, а входное напряжение может меняться от нуля до напряжения питания. В теории опорное и входное напряжение могут иметь значение от нуля и до напряжения источника питания, но есть реальные ограничения, зависящие от конкретно используемого компаратора.
Сигнал на выходе:
- Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс (+) ниже, чем напряжение на входе минус (-).
- Ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс выше, чем напряжение на входе минус.
Записки программиста
Ранее мы с вами познакомились с такими интегральными схемами, как таймер 555, счетчик 4026, логические вентили, а также сдвиговые регистры и декодеры. Теперь же пришло время узнать о компараторах. Несмотря на кажущуюся простоту, компараторы — куда более интересные устройства, чем может показаться на первый взгляд. Читайте далее, и сможете убедиться в этом самостоятельно.
Крайне наглядная картинка, объясняющая работу компаратора, была найдена в книге Чарльза Платта Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. С некоторыми изменениями эта иллюстрация приведена ниже:
Компаратор имеет два входа, обозначаемые знаками минус (инвертирующий вход) и плюс (неинвертирующий вход), и один выход. Для нормальной работы выход компаратора обязательно должен быть подключен к плюсу источника питания через подтягивающий резистор. Почему нельзя было сделать это просто внутри микросхемы, скоро станет понятно.
В качестве типичной микросхемы, содержащей внутри себя целых 4 компаратора, можно назвать LM339. Данный чип выпускается как в виде SMD-компонента, так и варианте для монтажа через отверстия. Распиновка у LM339 следующая:
Данная иллюстрация взята из даташита микросхемы [PDF].
На практике компараторы чаще всего используют одним из следующих образов:
Важно! По неудачному стечению обстоятельств, компаратор обозначается на схемах точно так же, как и операционный усилитель. Однако операционные усилители работают иначе, нежели компараторы, и их не следует путать. Определить, что именно используется в схеме, обычно можно по указанному названию чипа.
В левой части схемы изображен компаратор, чей выход соединяется с неинвертирующим входом через потенциометр или резистор. Это — так называемая положительная обратная связь. Благодаря ей достигается гистерезис. То есть, если напряжение на неинвертирующем входе будет колебаться в некотором коридоре возле эталонного, выход компаратора не будет постоянно изменяться. Если помните, триггер Шмитта (чип 74HC14) делает то же самое.
Кстати, можно заметить, что одна из связей на потенциометре в положительной обратной связи как бы лишняя. Как объяснил мне Melted Metal, так принято делать на случай потери контакта движка потенциометра с резистивной дорожкой.
Что же касается правой части схемы, на ней изображена схема двухпорогового компаратора. Если вход схемы, обозначенный, как signal, имеет напряжение между low и high, на выходе схемы образуется высокое напряжение. В противном случае напряжение на выходе низкое.
На следующем фото изображена первая схема, собранная на макетной плате:
Потенциометр слева задает напряжение на инвертирующем входе, а потенциометр справа — на неинвертирующем. Потенциометр по центру участвует в положительной обратной связи. Напряжение на обоих входах отображается при помощи миниатюрных цифровых вольтметров. Поскольку напряжение на неинвертирующем входе выше эталонного, светодиод, подключенный к выходу компаратора, горит.
Обратите внимание, что на входы неиспользованных компараторов также подается высокое и низкое напряжение. Это увеличивает надежность работы схемы и уменьшает потребляемую ею электроэнергию. Не имеет значения, на какой из входов подается высокое напряжение, а на какой — низкое. Главное, чтобы выход каждого отдельного компаратора был строго определен.
Вторую схему в собранном виде здесь я не привожу. Так что, вам придется поверить мне на слово, что она работает
Помимо всех озвученных выше, следует иметь в виду еще пару важных моментов:
- Через компаратор не следует пропускать слишком большой ток. Ток больше 20 мА может его сжечь;
- Напряжение на выходе компаратора может быть как выше, так и ниже напряжения на любом из входов. То есть, выход можно питать от совершенно другого источника питания. А питание на саму микросхему при этом может идти от третьего. Для правильной работы микросхемы нужно только, чтобы все эти источники имели общую землю;
Последнее обстоятельство позволяет использовать компаратор в качестве преобразователя уровня сигнала. Кроме того, теперь наконец-то стало ясно, зачем были все эти сложности со внешним подтягивающим резистором.
Вообще, компаратор можно рассматривать, как очень простой вольтметр или АЦП. В частности, с его помощью не представляет труда собрать индикатор уровня заряда Li-Ion аккумулятора. Если же у вас есть лишний фоторезистор (см заметку Мои первые страшные опыты с Arduino) или фототранзистор, на базе компаратора можно сделать датчик освещения. Если же вместо фоторезистора воспользоваться термометром типа TMP36, можно собрать устройство, управляющее кулером или кондиционером, способное регулировать температуру.
Наконец, компаратор можно использовать в качестве логического элемента НЕ, а также, если соединить выходы нескольких компараторов, в качестве элемента И. Отсюда несложно получить ИЛИ, по форуме x || y = !(!x && !y), ровно как и любую другую булеву функцию. Само собой разумеется, при желании можно придумать и другие применения.
А какие безумные варианты использования компараторов приходят вам на ум?
В основном проблема, связанная с входным напряжением смещения возникает, когда входное напряжение изменяется очень медленно. Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью открывается или закрывается, когда входное напряжение находится недалеко от опорного напряжения.
Следующая диаграмма иллюстрирует эффект смещения входного напряжения возникающий в результате медленного изменения входного напряжения. Этот эффект возрастает при увеличении выходного тока транзистора. Поэтому, для уменьшения этого эффекта, необходимо обеспечить максимальное сопротивление резистора R4.
Последствия входного напряжения смещения можно уменьшить, добавив в схему гистерезис. Это приведет к тому, что опорное напряжение будет меняться, когда выход компаратора переходит на высокий или низкий уровень.
Двухпороговый компаратор на одном операционном усилителе.
Рисунок 9 — Двухпороговый компаратор на одном ОУ
Необходимые уровни срабатывания компаратора устанавливают резистором R2. При этомдиод VD2 открыт, а VD1 остается закрытым до тех пор, пока входное напряжение меньше напряжения на движке резистора R2. Так как напряжение на инвертирующем входе ОУ в этом случае выше, чем на неинвертирующем, на выходе ОУ устанавливается уровень логического 0. При приближении входного напряжения к уровню, заданному резистором R2, диод VD2 закрывается, полярность напряжения между входами ОУ становится противоположной и на выходе ОУ появляется напряжение логической 1, близкое к напряжению питания.
Диод VD1 открывается в тот момент, когда входное напряжение превысит заданное примерно на 0,7 В. Поскольку напряжение на неинвертирующем входе после этого увеличиваться не может, а на инвертирующем продолжает расти, полярность напряжения между входами ОУ изменяется снова и на его выходе вновь возникает сигнал логического 0.
При указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания +9 В интервал входных напряжений, соответствующих логической 1 на выходе – примерно 2..2,5 В, нижний порог срабатывания можно установить в пределах 1,5..5 В, верхний – в пределах 4..7,5 В. Уровни логического 0 и 1равны соответственно 1,9 и 8,5 В, что позволяет использовать компаратор для управления КМОП-микросхемами.
Триггер.
Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.
При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.
Читайте также: