Prilikom projektiranja elektroničkih sklopova često je potrebno usporediti razinu dvaju napona. Za to se koristi uređaj kao što je komparator. Naziv čvora seže do latinskog comparare, ili, bolje rečeno, do engleskog usporediti - usporediti.
Sadržaj
Što je komparator napona
U općem slučaju, komparator je uređaj koji ima dva ulaza za isporuku uspoređenih vrijednosti (napona) i izlaz za rezultat usporedbe. Komparator ima dva ulaza za isporuku uspoređenih parametara - izravni i inverzni. Izlaz se postavlja na logičku jedinicu kada napon izravnog ulaza prelazi inverzni, a nula - ako je obrnuto. Ako se uz pozitivnu razliku između inverznog i izravnog ulaza postavi jedan, a u suprotnoj situaciji - nula, onda se takav komparator naziva invertirajući.
Princip rada komparatora
Zgodno je izgraditi komparator operacijsko pojačalo (OU).Za to se izravno koriste njegova svojstva:
- pojačanje razlike signala između izravnog i invertirajućeg ulaza;
- beskonačan (u praksi - od 10000 i više) faktor pojačanja.
Rad op-pojačala kao komparatora može se razmotriti sa sljedećom shemom prebacivanja:
Neka postoji op-pojačalo s pojačanjem od 10000, napon napajanja je bipolarni, + 5 V i minus 5 V. šestar na invertirajućem ulazu, referentna razina je postavljena na točno 0 volti, na izravnom ulazu minus 5 volti se uklanja s klizača potenciometra. Operativno pojačalo bi trebalo pojačati razliku za 10.000 puta, teoretski, na izlazu bi se trebao pojaviti napon od minus 50.000 volti. Ali opamp nema gdje uzeti takav napon, a stvara maksimalno mogući - napon napajanja, minus 5 volti.
Ako počnete podizati napon na izravnom ulazu, operacijsko pojačalo će pokušati postaviti razliku napona između ulaza, pomnoženu s 10000. Uspjet će kada se ulazni napon približi nuli i postane približno minus 0,0005 V. Uz daljnje povećanje ulazni napon na pozitivnom ulazu, izlaz će porasti na nulu i više, a na naponu od +0,0005 volti postat će +5 V i više neće rasti - nema nigdje. Dakle, kada ulazni napon prijeđe nultu razinu (točnije, minus 0,0005 volti - + 0,0005), izlazni napon će skočiti s minus 5 volti na +5 volti. Drugim riječima, sve dok je napon na izravnom ulazu niži nego na invertnom ulazu, izlaz komparatora je postavljen na nulu. Ako je viši - jedan.
Zanimljiv je dio razlike razine na ulazima od minus 0,0005 volti do + 0,0005.U teoriji, kada prođe, doći će do glatkog porasta s negativnog na pozitivan napon napajanja. U praksi je taj raspon vrlo uzak, a zbog smetnji, smetnji, nestabilnosti napona napajanja itd. uz približnu jednakost napona na ulazima, doći će do kaotičnog rada komparatora u oba smjera. Što je niže pojačanje op-pojačala, širi je ovaj prozor nestabilnosti. Ako komparator upravlja aktuatorom, to će uzrokovati njegovo pravovremeno djelovanje (klik na relej, zalupanje ventila, itd.), što može dovesti do njegovog mehaničkog kvara ili pregrijavanja.
Kako bi se to izbjeglo, stvara se plitka pozitivna povratna sprega uključivanjem otpornika označenog isprekidanom crtom. To stvara blagu histerezu, pomičući pragove prebacivanja kako napon prelazi gore-dolje u odnosu na referencu. Na primjer, komparator će se prebaciti na gore na 0,1 volta, a na dolje na točno nulu (ovisno o dubini povratne informacije). To će ukloniti prozor nestabilnosti. Vrijednost ovog otpornika može biti od nekoliko stotina kilo-oma do nekoliko mega-oma. Što je otpor manji, to je veća razlika između pragova.
Postoje i specijalizirani komparatorski sklopovi. Na primjer, LM393. U takvim mikrosklopovima postoji operacijsko pojačalo velike brzine (ili nekoliko), može se ugraditi ugrađeni razdjelnik koji stvara referentni napon. Još jedna razlika između takvih komparatora i uređaja izgrađenih na op-pojačalima opće namjene je u tome što mnogi od njih zahtijevaju unipolarno napajanje. Većina operativnih pojačala zahtijeva bipolarni napon. Odabir vrste mikrosklopa vrši se tijekom razvoja uređaja.
Značajke digitalnih komparatora
Komparatori se koriste i u digitalnoj tehnologiji, iako to na prvi pogled zvuči paradoksalno. Uostalom, postoje samo dvije razine napona - jedan i nula. I besmisleno ih je uspoređivati. Ali možete usporediti dva binarna broja koja se mogu pretvoriti u bilo koju analognu vrijednost (uključujući napon).
Neka postoje dvije binarne riječi iste duljine u bitovima:
X=X3x2x1x0 i Y=Y3Y2Y1Y.
Smatraju se jednakim vrijednosti ako su svi bitovi jednaki:
1101=1101 => X=Y.
Ako je barem jedan bit različit, onda brojevi nisu jednaki. Veći broj se određuje usporedbom po bitu, počevši od najznačajnijeg bita:
- 1101>101 - ovdje je prvi bit X veći od prvog bita Y, a X>Y;
- 1101>101 - prvi bitovi su jednaki, ali je drugi bit X veći i X>Y;
- 111<1110 - Y ima veći treći bit, a veća vrijednost najmanje značajne znamenke X nije bitna, X<Y.
Provedba takve usporedbe može se graditi na logičkim sklopovima osnovnih elemenata I-NE, ILI-NE, ali je lakše koristiti gotove proizvode. Na primjer, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), domaći K564IP2 i druge serije mikro krugova. Oni su 2-8-bitni komparatori s odgovarajućim brojem podatkovnih i kontrolnih ulaza. U većini slučajeva digitalni komparator ima 3 izlaza:
- više;
- manje;
- jednaki.
Za razliku od analognih uređaja, s binarnim komparatorima, jednakost na ulazima nije nepoželjna situacija i ne pokušava se izbjeći.
Takav je uređaj također lako programski izgraditi koristeći funkcije Booleove algebre.Druga mogućnost - mnogi mikrokontroleri imaju "ugrađene" analogne komparatore s odvojenim vanjskim izlazima, koji daju gotov rezultat usporedbe dviju vrijednosti u obliku 0 ili 1 u unutarnji krug. To štedi resurse malih računalnih sustava .
Gdje se koristi komparator napona?
Opseg komparatora je širok. Na njemu, na primjer, možete izgraditi relej praga. Da biste to učinili, potreban vam je senzor koji pretvara bilo koju vrijednost u napon. Ova vrijednost može biti:
- razina osvjetljenja;
- razina buke;
- razina tekućine u posudi ili spremniku;
- bilo koje druge vrijednosti.
Potenciometar se može koristiti za postavljanje razine okidanja komparatora. Izlazni signal kroz ključ se daje indikatoru ili aktuatoru.
Ako povećate histerezu, tada komparator može raditi kao Schmittov okidač. Kada se na ulaz primijeni napon koji se polako mijenja, izlaz će biti diskretni signal sa strmim frontama.
Dva elementa mogu se spojiti kako bi se formirao komparator s dva praga ili usporednik prozora.
Ovdje se napon praga postavlja zasebno za svaki komparator - za gornji na izravnom ulazu, za donji na inverzni. Slobodni ulazi su kombinirani, napajaju se izmjerenim naponom. Izlazi su spojeni prema shemi "montaže ILI". Kada napon prijeđe postavljenu gornju ili donju granicu, jedan od komparatora proizvodi visoku razinu na izlazu.
Višerazinski komparator sastavlja se od nekoliko elemenata, koji se mogu koristiti kao linearni indikator napona, ili vrijednost koja se pretvara u napon. Za četiri razine shema će biti sljedeća:
U ovom krugu referentni napon se primjenjuje na ulaz svakog elementa. Invertirajući ulazi su međusobno povezani, primaju izmjereni signal. Kada se dosegne razina okidača, svijetli odgovarajuća LED dioda. Ako se zračeći elementi rasporede u liniju, dobit će se svjetlosna traka čija duljina varira u skladu s razinom primijenjenog napona.
Isti sklop se može koristiti kao analogno-digitalni pretvarač (ADC). On pretvara ulazni napon u odgovarajući binarni kod. Što je više elemenata uključeno u ADC, veća je dubina bita, to je pretvorba točnija. U praksi je linijski kod nezgodan za korištenje, te se pomoću enkodera pretvara u poznati kod. Koder se može izgraditi na logičkim elementima, koristiti gotov mikro krug ili koristiti ROM s odgovarajućim firmwareom.
Opseg komparatora u profesionalnim i amaterskim sklopovima je raznolik. Pravilna uporaba ovih elemenata omogućuje rješavanje širokog spektra problema.
Slični članci:
