kategorier: Udvalgte artikler » Praktisk elektronik
Antal visninger: 95831
Kommentarer til artiklen: 3
Analoge komparatorer
navn komparatorer kom fra den latinske sammenligning - sammenlign. Enheder, hvor måling udføres ved at sammenligne med et standardarbejde på dette princip. For eksempel skalaer med lige arm eller elektriske potentiometre.
Handlingsprincippet skelner mellem elektriske, pneumatiske, optiske og endda mekaniske komparatorer. De sidstnævnte bruges til at kontrollere målene for slutlængden. For første gang blev der anvendt en komparator til verifikation af slutforanstaltninger i Paris af Lenoir i 1792, da der er en artikel i leksikonet Brockhaus og Efron.
Denne mekaniske komparator blev brugt til at kontrollere 1m-standarden i dannelsen af det franske metriske system. Målenøjagtigheden af en sådan komparator ved anvendelse af et system med bevægelige håndtag nåede 0,0005 mm. For den tid var det meget nøjagtigt. Men i denne artikel vil vi ikke i detaljer overveje mekaniske og andre komparatorer, da vores opgave er at spændingskomparatorer.
Integrerede komparatorer. Handlingsprincip og sorter
For tiden bruges komparatorer hovedsageligt i integreret design. De færreste ville tænke på at samle en komparator fra diskrete transistorer. Desuden bruges komparatorer som en del af nogle kredsløb.
For eksempel integreret timer NE555 indeholder så mange som to komparatorer ved inputene, som faktisk opnås al charmen ved hans arbejde. Derudover mange moderne mikrokontrollere har også indbyggede komparatorer. Men uanset udførelse er komparatorernes principper nøjagtig de samme.
Moderne komparatorer i ordningen ligner meget opamps. Faktisk er dette den samme operationelle forstærker, kun uden feedback og med en meget høj forstærkning. Komparatoren har også to input, direkte og invers (markeret med en cirkel eller et minustegn).
Komparatorens vigtigste funktion er at sammenligne to spændinger, hvoraf den ene er eksemplarisk eller reference, og den anden måles faktisk. Komparators udgangssignal kan kun tage to værdier: en logisk nul og en logisk enhed, men kan ikke ændres lineært, ligesom en driftsforstærker.
Ved komparatorernes output er der som regel en output transistor med åben samler og emitter. Derfor kan det tilsluttes enten i henhold til et kredsløb med en OE eller en emitterfølger, afhængigt af kravene til et bestemt kredsløb, som vist i figur 1.
Fig. 1a viser inkluderingen af en udgangstransistor i et kredsløb med en fælles emitter. I dette tilfælde kan TTL og CMOS - logik med en forsyningsspænding på + 5V tilsluttes udgangen fra kaskaden. Hvis CMOS-logikken drives af en spænding på 15V, skal topudgangen på 1KΩ-modstanden i henhold til skemaet tilsluttes + 15V strømbussen.
Når udgangstransistoren er tilsluttet i henhold til emitter-efterfølgende kredsløb, som vist i figur 1b, vil spændingen ved komparatorens udgang variere inden for + 15V ... -15V. Med denne inkludering falder imidlertid komparatorens hastighed markant, og derudover "bliver indgange" byttet "- inputene er inverteret.
Figur 1
Hvordan kontrolleres komparatoren, i live eller ikke i live?
Hvis en LED sekventielt loddes med en modstand R i kredsløbet vist i figur 1a ved at forbinde anoden til en + 5V strømforsyning, og spænding påføres indgange ved hjælp af modstande, kan ændring af disse spændinger ved hjælp af mindst variable modstande få LED'en til at blinke. I hvilken sekvens der skal anvendes referencen og indgangsspændingen kan findes yderligere. Lad en sådan testordning være en lille praktisk opgave.
Sammenligningens logik
Funktionelt diagram over komparatoren er vist i figur 2.
Figur 2. Funktionsdiagram for komparatoren
Med så mange indgange og indgangssignaler er to muligheder mulige. I det første tilfælde, der er vist på venstre side af figuren, påføres referencespændingen til den inverterende indgang, og indgangsspændingen til den ikke-inverterende. Hvis indgangsspændingen overstiger referencespændingen, vises der et højt niveau ved komparatorens udgang (log. 1). Ellers har vi en logisk nul.
I den anden version, der er vist på højre side af figuren, påføres referencespændingen til den direkte indgang og indgangsspændingen til den inverterende. I dette tilfælde, hvis indgangsspændingen er større end referencespændingen ved komparatorens udgang, logisk nul, ellers, enhed. I figur 2 er alle disse konklusioner vist i form af matematiske formler.
Men her kan en opmærksom læser have et retfærdigt spørgsmål: ”Se på figur 1, hvor mange forretninger der er! Så hvilken taler de om, hvilken slags nul er der, og hvor er enheden her? ” I dette tilfælde taler vi om udgangstransistorens base, det antages, at dette er output fra driftsforstærkeren, til hvilken indgangssignalerne leveres. Og outputtransistoren, som angivet i kommentarerne til figur 1, kan tændes på enhver måde.
Nogle karakteristika ved analoge komparatorer
Ved brug af komparatorer skal der tages hensyn til deres egenskaber, som kan opdeles i statisk og dynamisk. De statiske parametre for komparatoren er dem, der bestemmes i stabil tilstand.
Først og fremmest er dette tærskelfølsomheden for komparatoren. Det er defineret som den minimale forskel på de indgangssignaler, ved hvilke der vises et logisk signal ved udgangen.
Ud over input og output har mange komparatorer output til at levere forspændingsspænding Ucm. Ved hjælp af denne spænding udføres den nødvendige forskydning af overførselskarakteristikken i forhold til den ideelle position.
En af komparatorens hovedparametre er hysterese. Den nemmeste måde at forklare dette fænomen er at bruge eksemplet med et konventionelt relæ. Lad spolens driftsspænding, for eksempel 12V, så er det med det, relæet fungerer. Hvis du derefter gradvist reducerer spolens forsyningsspænding, frigøres relæet for eksempel ved en spænding på 7V. Denne forskel på så meget som 5V for dette relæ er hysterese. Men relæet tændes ikke igen, hvis spændingen forbliver på 7V-niveauet, vil det ikke ske. For at gøre dette, hæves spændingen igen til 12V. Og så ...
Det samme ses med komparatorer. Antag, at indgangsspændingen stiger jævnt i forhold til referencespændingen (signaler tilføres, som vist i venstre del af figur 2). Så snart indgangsspændingen bliver højere end referencespændingen (ikke mindre end tærskelfølsomhedsværdien), vises der en logisk enhed ved komparatorens udgang.
Hvis indgangsspændingen nu begynder at falde jævnt, vil overgangen fra en logisk enhed til en logisk nul ske, når indgangsspændingen er lidt lavere end referencespændingen. Forskellen i indgangsspændinger ved disse "over referencen" og "under referencen" kaldes komparatorens hysterese. Komparatorens hysterese skyldes tilstedeværelsen af positiv feedback i den, som er designet til at undertrykke "bounce" af udgangssignalet, når komparatoren skiftes.
Hvordan er komparatoren
Kredsløbsdiagrammet på transistorniveau er ganske kompliceret, stort, ikke meget klart, men praktisk taget ikke nødvendigt. Dette er designfunktionerne i integreret kredsløb, det ser ud til, at transistorer sticker ud overalt, også hvor det ikke er nødvendigt. Derfor er det bedre at overveje et forenklet funktionelt diagram over komparatoren, som er vist i figur 3.
Figur 3. Forenklet funktionelt diagram over komparatoren
Diagrammet viser inputdifferentialtrinnet (DC), outputlogikken og niveauskiftkredsløbet.
Indgangs-DC udfører hovedforstærkning af differenssignalet, og det gør det også ved hjælp af en bias-enhed det muligt at udføre den foretrukne tilstand ved udgangen, som giver dig mulighed for at vælge den type logik (TTL, ESL, CMOS), du skal arbejde med.Denne indstilling udføres ved hjælp af en trimmodstand, der er tilsluttet terminalerne "afbalancering".
Gates og hukommelseskomparatorer
Nogle moderne komparatorer har en indgangsindgang: sammenligningen af indgangssignaler finder kun sted på det tidspunkt, hvor den tilsvarende puls leveres. Dette giver dig mulighed for at sammenligne indgangssignalerne på det tidspunkt, hvor det kræves. Okay, hvad du end vil! Et forenklet blokdiagram over en komparator med port er vist i figur 4.
Figur 4. Forenklet blokdiagram over en komparator
Sammenligningerne vist i dette figur har en parafaseudgang, ligesom en trigger, den øverste udgang er direkte, og den nedre, markeret med en cirkel, er naturligvis omvendt. Derudover vises gate C også her.
I fig. 4a er indgangssignalerne indhegnet på et højt niveau ved indgang C. Når indgange på et lavt niveau skal den grafiske betegnelse ved indgang C have en lille cirkel (inversionsskilt).
I fig. 4b har gateindgangen C et strejf /, hvilket indikerer, at porten forekommer langs den stigende kant af pulsen. I tilfælde af port på en faldende front har strejfen denne retning.
Gatesignalet er således kun andet end opløsningen af sammenligningen. Resultatet af sammenligningen kan kun vises ved udgangen under indgangen til portpulsen. Men nogle komparatormodeller har hukommelse (kun en trigger er nok til dette) og husk sammenligningsresultatet, indtil den næste gatingpuls ankommer.
Varigheden af strobepulsen (dens kant) skal være tilstrækkelig til, at indgangssignalet passerer gennem DC, inden hukommelsescellen har tid til at udløse. Anvendelse af port øger komparatorens støjimmunitet, da interferens kun kan ændre komparatorens tilstand på kort tid gate-puls. Ofte kaldes komparatoren en enkeltbits ADC.
Klassificering af komparatorer
Ved en kombination af parametre kan komparatorer opdeles i tre store grupper. Dette er komparatorer til generelle formål, høj hastighed og præcision. I amatørpraksis bruges førstnævnte ofte.
Ikke at have nogen overnaturlige parametre for hastighed og forstærkning, tilstedeværelsen af port og hukommelse, komparatorer med bred anvendelse har deres egne attraktive egenskaber og funktioner. De har lavt strømforbrug, evnen til at arbejde ved lav spænding og det faktum, at op til fire komparatorer kan placeres i et tilfælde. En sådan "familie" tillader i nogle tilfælde at oprette meget nyttige enheder. En af disse enheder er vist i figur 5.
Dette er den enkleste konvertering af et analogt signal til en digital enhedskode. En sådan kode kan konverteres til binær ved hjælp af digital konvertering.
Figur 5. Skema med konvertering af et analogt signal til en digital enhedskode
Kredsløbet indeholder fire komparatorer K1 ... K4. Referencespændingen påføres de inverterende indgange igennem resistiv divider. Hvis modstandenes modstand er den samme, vil spændingen ved komparatorernes inverterende indgange være n * Uop / 4, hvor n er komparatorens serienummer. Indgangsspænding tilføres de ikke-inverterende indgange, der er forbundet sammen. Som et resultat af sammenligning af indgangsspændingen med referencespændingen ved komparatorernes udgange får vi en enheds digital kode for indgangsspændingen.
Mere detaljeret vil vi overveje parametrene for komparatorer til generelle formål ved hjælp af eksemplet på den udbredte og forholdsvis overkommelige komparator LM311.
LM311-seriens sammenligninger
Forsyningsspændinger og arbejdsforhold
Som skrevet i databladet har disse komparatorer inputstrømme tusind gange mindre end komparatorer i LM106- eller LM170-serien. Derudover har LM311-serien-komparatorerne et større udbud af forsyningsspændinger: fra bipolar ± 15V, som i driftsforstærkere, til unipolar + 5 ... 15V.Dette brede effektområde tillader brugen af LM311-serien-komparatorer sammen med operationelle forstærkere, såvel som med forskellige serier af logiske kredsløb: TTL, CMOS, DTL og andre.
Derudover kan LM311-komparatorerne direkte styre lamper og relæviklinger med driftsspændinger op til 50V og strømme, der ikke overstiger 50mA. Foruden LM311 er der også komparatorer LM111 og LM211. Disse mikrokredsløb adskiller sig i driftsbetingelser, hovedsageligt i temperatur. Driftsområdet for LM311 er 0 ° C ... + 70 ° C (kommercielt interval) LM211 -25 ° C ... + 85 ° C (industriel), LM311 -55 ° C ... + 125 ° C (militær accept).
Fuld indenlandske analoger af LM311-komparatoren er 521CA3, 554CA3 og nogle andre. Når du udskifter, behøver du ikke at skifte kredsløb og behøver ikke engang at gøre om kredsløbskortet. Du skal kun være opmærksom på det faktum, at komparatorer, ligesom andre mikrokredsløb, er tilgængelige i forskellige tilfælde, så når du køber dem, skal du være opmærksom på dette, især hvis dette køb vil blive brugt til at reparere den færdige enhed.
Figur 7 viser pinout (pinout) af LM311-komparatoren, der er fremstillet i forskellige tilfælde.
Figur 6. Sammenligning LM311
Figur 7. Pinout (pinout) af LM311-komparatoren, lavet i forskellige tilfælde.
Faktisk kan der skrives meget mere om komparatorer. Med deres hjælp kan du gøre foto relæ, termisk relæ, elektrisk feltindikator, kapacitivt relæ og mange andre nyttige enheder.
Flere interessante og nyttige kredsløb kan findes i "databladet" af LM311-komparatoren, hvor de er givet som typiske skiftekredsløb. Det er i denne form, at komparatorer bruges ganske ofte. Her er bare beskrivelser af typiske skemaer givet på "typisk", engelsk. Men selv uden at kende et fremmedsprog, kan du finde ud af det, i det mindste ved hjælp af en online oversætter Google.
Fortsat artikel: Nogle enkle komparator kredsløb
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: