Projektējot elektroniskās shēmas, bieži vien ir jāsalīdzina divu spriegumu līmenis. Šim nolūkam tiek izmantota tāda ierīce kā komparators. Mezgla nosaukums atgriežas latīņu comparare vai, drīzāk, angļu valodā salīdzināt - salīdzināt.
Saturs
Kas ir sprieguma salīdzinātājs
Vispārīgā gadījumā salīdzinājums ir ierīce, kurai ir divas ieejas salīdzināmo vērtību (sprieguma) padevei un izeja salīdzināšanas rezultātam. Salīdzinājumam ir divas ieejas salīdzināmo parametru piegādei - tiešā un apgrieztā. Izvade tiek iestatīta uz loģisku vienību, ja tiešās ieejas spriegums pārsniedz apgriezto vienu, un nulle - ja otrādi. Ja ar pozitīvu atšķirību starp apgriezto un tiešo ievadi ir iestatīts viens, bet pretējā situācijā - nulle, tad šādu salīdzinājumu sauc par invertēšanu.
Komparatora darbības princips
Uz tā ir ērti izveidot salīdzinājumu operacionālais pastiprinātājs (OU).Šim nolūkam tās īpašības tiek tieši izmantotas:
- signāla starpības pastiprināšana starp tiešo un invertējošo ieeju;
- bezgalīgs (praksē - no 10000 un vairāk) pastiprināšanas koeficients.
Operētājsistēmas pastiprinātāja kā salīdzinājuma darbību var apsvērt ar šādu pārslēgšanas shēmu:
Lai ir op-amp ar pastiprinājumu 10000, barošanas spriegums ir bipolārs, + 5 V un mīnus 5 V. sadalītājs pie invertējošā ieejas atskaites līmenis ir iestatīts tieši uz 0 voltiem, tiešajā ieejā no potenciometra slīdņa tiek noņemts mīnus 5 volti. Operacionālajam pastiprinātājam vajadzētu pastiprināt starpību 10 000 reižu, teorētiski izejā vajadzētu parādīties spriegumam mīnus 50 000 voltu. Bet opamp nav kur ņemt šādu spriegumu, un tas rada maksimālo iespējamo - barošanas spriegumu, mīnus 5 volti.
Ja sākat paaugstināt spriegumu tiešajā ieejā, darbības pastiprinātājs mēģinās iestatīt sprieguma starpību starp ieejām, kas reizināta ar 10000. Tas izdosies, kad ieejas spriegums tuvosies nullei un kļūs aptuveni mīnus 0,0005 V. ieejas spriegums pie pozitīvas ieejas, izeja paaugstināsies līdz nullei un augstāk, un pie sprieguma +0,0005 volti kļūs par +5 V un vairs nepaaugstināsies - nav kur. Tādējādi, kad ieejas spriegums pārsniegs nulles līmeni (precīzāk, mīnus 0,0005 volti - + 0,0005), izejas spriegums palielināsies no mīnus 5 voltiem līdz +5 voltiem. Citiem vārdiem sakot, kamēr spriegums tiešajā ieejā ir zemāks nekā invertējošā ieejā, salīdzinājuma izeja tiek iestatīta uz nulli. Ja augstāks - viens.
Interesanta ir līmeņu starpības sadaļa ieejās no mīnus 0,0005 voltiem līdz + 0,0005.Teorētiski, kad tas pāries, barošanas spriegums vienmērīgi pieaugs no negatīva uz pozitīvu. Praksē šis diapazons ir ļoti šaurs, un tas ir saistīts ar traucējumiem, traucējumiem, barošanas sprieguma nestabilitāti utt. ar aptuvenu spriegumu vienādību ieejās notiks haotiska komparatora darbība abos virzienos. Jo mazāks ir op-amp pastiprinājums, jo plašāks šis nestabilitātes logs. Ja komparators kontrolē izpildmehānismu, tas liks tam darboties laikā (noklikšķinot uz releja, aizsērējot vārstu utt.), kas var izraisīt tā mehānisku bojājumu vai pārkaršanu.
Lai no tā izvairītos, ieslēdzot rezistoru, kas norādīts ar pārtrauktu līniju, tiek izveidota sekla pozitīva atgriezeniskā saite. Tas rada nelielu histerēzi, mainot pārslēgšanas sliekšņus, kad spriegums iet uz augšu un uz leju attiecībā pret atsauci. Piemēram, salīdzināšanas ierīce pārslēgsies uz augšu pie 0,1 volta un uz leju tieši pie nulles (atkarībā no atgriezeniskās saites dziļuma). Tas novērsīs nestabilitātes logu. Šī rezistora vērtība var būt no vairākiem simtiem kiloomu līdz vairākiem megaomiem. Jo mazāka pretestība, jo lielāka atšķirība starp sliekšņiem.
Ir arī specializēti salīdzinājuma IC. Piemēram, LM393. Šādās mikroshēmās ir ātrgaitas darbības pastiprinātājs (vai vairāki), var uzstādīt iebūvētu dalītāju, kas rada atsauces spriegumu. Vēl viena atšķirība starp šādiem salīdzinātājiem un ierīcēm, kas veidotas uz vispārējas nozīmes darbības pastiprinātājiem, ir tā, ka daudziem no tiem ir nepieciešams vienpolārs barošanas avots. Lielākajai daļai opampu ir nepieciešams bipolārs spriegums. Mikroshēmas veida izvēle tiek veikta ierīces izstrādes laikā.
Digitālo komparatoru īpašības
Salīdzinājumus izmanto arī digitālajās tehnoloģijās, lai gan tas no pirmā acu uzmetiena izklausās paradoksāli. Galu galā ir tikai divi sprieguma līmeņi - viens un nulle. Un ir bezjēdzīgi tos salīdzināt. Bet jūs varat salīdzināt divus bināros skaitļus, kurus var pārvērst jebkurā analogā vērtībā (ieskaitot spriegumu).
Lai ir divi vienāda garuma bināri vārdi bitos:
X=X3X2X1X0 un Y=Y3Y2Y1Y.
Tie tiek uzskatīti par vienādām vērtībām, ja visi biti ir vienādi:
1101=1101 => X=Y.
Ja vismaz viens bits atšķiras, tad skaitļi nav vienādi. Lielāko skaitli nosaka, veicot bitu salīdzinājumu, sākot ar nozīmīgāko bitu:
- 1101>101 - šeit X pirmais bits ir lielāks par Y pirmo bitu, un X>Y;
- 1101>101 - pirmie biti ir vienādi, bet otrais X bits ir lielāks un X>Y;
- 111<1110 — Y ir lielāks trešais bits, un X vismazākā cipara lielākajai vērtībai nav nozīmes, X<Y.
Šāda salīdzinājuma ieviešanu var būvēt uz pamatelementu UN-NOT, OR-NOT loģiskajām shēmām, taču ir vieglāk izmantot gatavos produktus. Piemēram, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), iekšzemes K564IP2 un citas sērijas mikroshēmas. Tie ir 2–8 bitu komparatori ar atbilstošu datu un vadības ieeju skaitu. Vairumā gadījumu digitālajiem komparatoriem ir 3 izejas:
- vairāk;
- mazāk;
- vienāds.
Atšķirībā no analogajām ierīcēm, izmantojot bināros komparatorus, vienlīdzība ieejās nav nevēlama situācija, un no tās nav mēģināts izvairīties.
Šādu ierīci ir viegli izveidot arī programmatiski, izmantojot Būla algebras funkcijas.Vēl viena iespēja - daudziem mikrokontrolleriem ir "iebūvēti" analogie komparatori ar atsevišķām ārējām izejām, kas izdod gatavu rezultātu, salīdzinot divas vērtības 0 vai 1 formā ar iekšējo ķēdi. Tas ietaupa mazo skaitļošanas sistēmu resursus. .
Kur tiek izmantots sprieguma salīdzinājums?
Salīdzinājuma darbības joma ir plaša. Uz tā, piemēram, varat izveidot sliekšņa releju. Lai to izdarītu, jums ir nepieciešams sensors, kas pārvērš jebkuru vērtību spriegumā. Šī vērtība var būt:
- apgaismojuma līmenis;
- skaļuma līmenis;
- šķidruma līmenis traukā vai rezervuārā;
- jebkuras citas vērtības.
Potenciometru var izmantot, lai iestatītu salīdzinājuma līmeni. Izejas signāls caur taustiņu tiek nodots indikatoram vai izpildmehānismam.
Ja palielinās histerēze, tad salīdzinājums var darboties kā Schmitt sprūda. Kad ieejai tiek pielikts lēni mainīgs spriegums, izeja būs diskrēts signāls ar stāvām frontēm.
Abus elementus var savienot, lai izveidotu divu sliekšņu komparatoru vai logu salīdzinātāju.
Šeit sliekšņa spriegums tiek iestatīts atsevišķi katram salīdzinājumam - augšējam pie tiešās ieejas, zemākajam pie apgrieztā. Brīvās ieejas ir apvienotas, tās tiek piegādātas ar izmērīto spriegumu. Izejas ir savienotas saskaņā ar shēmu "montāžas VAI". Kad spriegums pārsniedz iestatīto augšējo vai apakšējo robežu, viens no salīdzinājumiem izejā rada augstu līmeni.
Daudzlīmeņu komparators ir salikts no vairākiem elementiem, kurus var izmantot kā lineāro sprieguma indikatoru vai vērtību, kas tiek pārveidota par spriegumu. Četros līmeņos shēma būs šāda:
Šajā shēmā katra elementa ieejai tiek pielikts atsauces spriegums. Invertējošās ieejas ir savienotas kopā, tās saņem izmērīto signālu. Kad tiek sasniegts sprūda līmenis, iedegas atbilstošā gaismas diode. Ja izstarojošie elementi ir sakārtoti līnijā, tiks iegūta gaismas josla, kuras garums mainās atkarībā no pielietotā sprieguma līmeņa.
To pašu shēmu var izmantot kā analogo-digitālo pārveidotāju (ADC). Tas pārveido ieejas spriegumu attiecīgajā binārajā kodā. Jo vairāk elementu ir iekļauts ADC, jo lielāks ir bitu dziļums, jo precīzāka ir konversija. Praksē līnijas kods ir neērti lietojams, un tas tiek pārveidots par pazīstamu kodu, izmantojot kodētāju. Kodētāju var veidot uz loģiskiem elementiem, izmantot gatavu mikroshēmu vai izmantot ROM ar atbilstošu programmaparatūru.
Profesionālajā un amatieru shēmā salīdzināmo ierīču klāsts ir daudzveidīgs. Pareiza šo elementu izmantošana ļauj atrisināt plašu problēmu loku.
Līdzīgi raksti:
