kategorier: Udvalgte artikler » Praktisk elektronik
Antal visninger: 162.409
Kommentarer til artiklen: 5
Sammenligningskredsløb
Hvordan spændingskomparator
I mange beskrivelser sammenlignes komparatoren med konventionelle vægtstangsvægte, som i en basar: en standard er placeret på den ene skål - vægte, og sælgeren begynder at lægge varer, såsom kartofler, på den anden. Så snart produktets vægt bliver lig med vægtenes vægt, mere præcist lidt mere, skubber skålen med vægte op. Vejningen er forbi.
Det samme sker med komparatoren, kun i dette tilfælde spilles vægtenes rolle af referencespændingen, og indgangssignalet bruges som kartoffel. Så snart der vises en logisk enhed ved komparatorens udgang, betragtes det, at spændingssammenligningen er sket. Dette er meget "lidt mere", som i bibliotekerne kaldes "komparatorens tærskelfølsomhed".
Spændingskomparatorcheck
Begyndere skinker - elektronikingeniører spørger ofte, hvordan man kontrollerer en bestemt del. For at kontrollere komparatoren behøver du ikke at samle et komplekst kredsløb. Det er tilstrækkeligt at tilslutte et voltmeter til komparatorens udgang og anvende regulerede spændinger på indgange og bestemme, om komparatoren fungerer eller ej. Og selvfølgelig vil det være meget godt, hvis du stadig husker at anvende spænding til komparatoren!
Man må dog ikke glemme, at mange komparatorer har en udgangstransistor, hvor samler- og emittertappene simpelthen "hænger i luften", som blev beskrevet i artiklen "Analoge komparatorer". Derfor skal disse konklusioner forbindes i overensstemmelse hermed. Hvordan man gør dette er vist i figur 1.
Figur 1. Sammenligningsdiagram for sammenligning
Referencespændingen opnået fra opdel R2, R3 fra forsyningsspænding + 5V. Som et resultat opnås 2,5V ved den inverse input. Antag, at skyderen med variabel modstand R1 er i den laveste position, dvs. spænding på det er 0V. Den samme spænding er ved direkte indgang fra komparatoren.
Hvis man nu roterer motoren med den variable modstand R1 gradvist øger spændingen ved komparatorens direkte indgang, så når 2,5V er nået, vises logik 1 ved komparatorens udgang, der åbner udgangstransistoren, lyser HL1 LED.
Hvis motoren R1 nu drejes i retning af faldende spænding, vil LED HL1 uden tvivl slukke på et bestemt tidspunkt. Dette indikerer, at komparatoren fungerer korrekt.
Eksperimentet kan være noget kompliceret: Mål spændingen ved komparatorens direkte indgang med et voltmeter, og fastgør ved hvilken spænding LED'en vil lyse, og hvorpå den slukker. Forskellen i disse spændinger er komparatorens hysterese. For øvrig har nogle komparatorer en speciel stift (pin) til justering af hystereseværdien.
For at gennemføre et sådant eksperiment har du brug for et digitalt voltmeter, der er i stand til at "fange" millivolt, en multi-turn trimmemodstand og en god mængde tålmodighed for udøveren. Hvis tålmodighed til et sådant eksperiment ikke er nok, kan du gøre følgende, hvilket er meget enklere: Skift de direkte og inverse indgange, og drej den variable modstand for at se, hvordan LED opfører sig, dvs. komparatorudgang.
Figur 1 viser kun et blokdiagram, så pin-numrene ikke er angivet. Når du kontrollerer en reel komparator, bliver du nødt til at håndtere dens pinout (pinout). Dernæst overvejes nogle praktiske ordninger, og der gives en kort beskrivelse af deres arbejde.
I et tilfælde er der ofte flere komparatorer, to eller fire, som giver dig mulighed for at oprette forskellige enheder uden at installere ekstra chips på brættet. Sammenlignere kan være uafhængige af hinanden, men har i nogle tilfælde interne forbindelser. Som en sådan chip skal du overveje den dobbelte komparator MAX933.
Sammenligning MAX933
To komparatorer "bor" i et hus i mikrokredsløbet. Ud over komparatorerne selv er der en indbygget 1.182V spændingsreferenceskilde inde i mikrokredsløbet. På figuren er det vist i form af en zenerdiode, der allerede er forbundet inde i mikrokredsløbet: til den øverste komparator til den inverse indgang og til bunden til den lige linje. Dette gør det nemt at oprette en komparator på flere niveauer i henhold til principperne "Lille", "Norm", "Mange" (underspænding / overspændingsdetektorer). Sådanne komparatorer kaldes vinduesvindue, fordi "norm" -positionen er i "vinduet" mellem "få" og "mange".
Undersøg komparatorprogram Multisim
Figur 2 viser måling af den referencespænding, der er produceret ved hjælp af Multisim-simuleringssoftwaren. Målingen udføres med et XMM2-multimeter, som viser 1.182V, der fuldt ud svarer til den værdi, der er angivet i komparatorns datablad. Pin 5 HYST, - justering af hysterese, i dette tilfælde bruges ikke.
Figur 2
Ved hjælp af switch S1 kan du indstille indgangsspændingsniveauet, og på én gang på begge komparatorer: en lukket switch leverer et lavt niveau til inputene (mindre end referencespændingen) som vist i figur 3, en åben tilstand svarer til et højt niveau, - figur 4. Tilstand for komparatorernes output vist med multimetre XMM1, XMM2.
Kommentarer til tallene er helt overflødige - for at forstå komparatorernes logik er det nok at nøje overveje målingerne af multimetre og positionen for kontakten S1. Det skal kun tilføjes, at en sådan ordning kan anbefales til kontrol af en ægte "jern" -komparator.
Figur 3
Figur 4
Spændingstestkredsløb
Kredsløbet for en sådan komparator vist i databladet er vist i figur 5.
For udgangssignaler med underspænding (OUTA) og overspænding (OUTB) er det aktive signalniveau lavt, hvilket er indikeret ved at understrege signalerne ovenfra. Undertiden bruges skiltet “-” eller “/” foran signalnavnet til disse formål. Disse signaler kan kaldes alarmer.
POWER GOOD signal udsendes logisk element OGnår begge alarmer har et logisk enhedsniveau. Det aktive POWER GOOD-signal er højt.
Hvis mindst en af alarmerne er lav, forsvinder POWER GOOD-signalet - det vil også blive lavt. Dette gør det igen muligt at kontrollere, at det logiske kredsløb OG for lave niveauer er en logisk ELLER.
Figur 5. Sammenligningskredsløb
Den styrede indgangsspænding tilføres gennem skillelinjen R1 ... R3, hvis værdi af modstande beregnes under hensyntagen til området for kontrollerede spændinger. Beregningsproceduren er angivet, selv med et eksempel, i databladet.
For at reducere chatter under skift indstilles hystereseværdien ved hjælp af divideren R4, R5. Disse modstande beregnes ved hjælp af formlerne, der også er angivet i databladet. For de værdier, der er angivet i diagrammet, er hysteresen 50 mV.
Skema til sikkerhedskopiering
Lignende ordninger bruges f.eks. I alarmsystemer. Driftsalgoritmen for disse skemaer er ganske enkel. Hvis netspændingen mislykkes, skifter sikkerhedssystemet til batteridrift, og når netværket gendannes, fungerer det igen fra strømforsyningen, og batteriet er opladet. For at implementere en sådan algoritme skal mindst to faktorer evalueres: tilstedeværelsen af netspænding og batteriets tilstand.
Det funktionelle styringskredsløb er vist i figur 6.
Figur 6. Backup-strømstyringsskemaet på en enkelt chip
Den udbedrede spænding + 9VDC tilføres gennem dioden til spændingsregulatoren, hvorfra sikkerhedsanordningen er drevet. I dette tilfælde er skillelinjen R1, R2 en liniespændingssensor, der overvåges af den nedre komparator med OUTA-udgangen. Når der er netspænding og er inden for grund, ved udgangen fra den nedre komparator, en logisk enhed, der åbner felteffekttransistoren Q1, hvorigennem batteriet oplades. Det samme signal styrer indikatoren for netværksdrift.
I tilfælde af at netspændingen forsvinder eller formindskes, vises der en logisk nul ved komparatorens udgang, felteffekttransistoren lukkes, batteriet holder op med at oplade, netværksdriftsindikatoren slukkes eller skifter en anden farve. Udseendet af et lydsignal er også muligt.
Et opladet batteri gennem en koblingsdiode er tilsluttet stabilisatoren, og enheden fortsætter med at arbejde offline. Men for at beskytte batteriet mod fuld udladning overvåger en anden komparator dens tilstand, den øverste i henhold til ordningen.
Mens batteriet endnu ikke er afladet, er spændingen ved den inverse indgang fra komparator B højere end referencen, og derfor er komparatorns outputniveau lavt, hvilket svarer til batteriets normale opladning. Når udladningen finder sted, falder spændingen ved skillelinjen R3, R4, og når den bliver lavere end referencen, etableres et højt niveau ved komparatorens udgang, hvilket indikerer et lavt batteri. Oftest er denne tilstand indikeret af enhedens irriterende knirk.
Tidsforsinkelse kredsløb
Vist i figur 7.
Figur 7. Skema med tidsforsinkelse på komparatoren
Ordningen fungerer som følger. Ved at trykke på knappen MOMENTARY SWITCH oplades kondensator C til strømkildens spænding. Dette fører til det faktum, at spændingen ved input IN + bliver højere end referencespændingen ved input IN-. Derfor er output OUT indstillet til et højt niveau.
Efter frigørelse af knappen begynder kondensatoren at blive afladet gennem modstanden R, og når spændingen på den, og derfor ved indgangen IN + falder under referencespændingen ved indgangen IN-, vil udgangsniveauet for komparatoren OUT være lavt. Når du trykker på knappen igen, gentages alt igen.
Referencespændingen ved indgangen IN- indstilles ved hjælp af en divider med tre modstande og med værdierne angivet på diagrammet er 100 mV. Den samme divider indstiller komparatorens (HYST) hysterese inden for 50 mV. Således udledes kondensatoren C til en spænding på 100 - 50 = 50 mV.
Selve enhedens aktuelle forbrug er lille, ikke mere end 35 mikroampe, mens udgangsstrømmen kan nå 40 mA.
Tidsforsinkelsen beregnes med formlen R * C * 4,6 sek. Et eksempel er beregningen med følgende data: 2M & # 937; * 10µF * 4,6 = 92 sek. Hvis modstanden er angivet i megaohm, er kapacitansen i mikrofarader, opnås resultatet i sekunder. Men dette er kun et beregnet resultat. Den aktuelle tid afhænger af spænding på strømkilden og af kvaliteten af kondensatoren, af dens lækstrøm.
Nogle enkle komparator kredsløb
Grundlaget for kredsløbene, som vil blive overvejet senere, er et gradientrelæ, et kredsløb, der ikke reagerer på tilstedeværelsen af noget signal, men på hastigheden for dets ændring. En af disse sensorer er foto relæhvis diagram er vist i figur 8.
Figur 8. Skema for fotorelæet på komparatoren
Inputsignalet opnås fra skillelinjen dannet af modstanden R1 og fotodioden VD3. Det fælles punkt på denne divider gennem dioderne VD1 og VD2 er forbundet med den direkte og inverterende indgang fra komparatoren DA1. Det viser sig således, at de direkte og inverse indgange har den samme spænding, dvs. der er ingen forskel mellem spændingerne ved indgange. Med denne tilstand ved indgange er komparatorens følsomhed tæt på det maksimale.
For at ændre komparatorens tilstand kræves spændingsforskellen ved indgange i enheder af millivolt. Dette handler om, hvordan du skubber din lille finger ind i afgrunden hængende på kanten af en sten. I mellemtiden er der en logisk nul ved komparatorens output.
Hvis belysningen pludselig ændrer sig, ændres også spændingen på fotodioden, antag at den opad. Det ser ud til, at sammen med dette vil spændingen ved begge indgange af komparatoren ændre sig og straks. Derfor vil den ønskede spændingsforskel ved indgange ikke virke, og derfor vil komparatorens output ikke ændre sig.
Alt dette ville være tilfældet, hvis du ikke er opmærksom på kondensatoren C1 og modstanden R3. Takket være dette RC-kredsløb vil spændingen ved den inverterede indgang fra komparatoren stige med nogen forsinkelse i forhold til den direkte indgang. For forsinkelsestiden vil spændingen ved den direkte indgang være større end ved den inverse. Som et resultat vises en logisk enhed ved komparatorens output. Denne enhed holdes ikke længe, bare for forsinkelsestiden på grund af RC-kæden.
Et lignende fotorelæ bruges i tilfælde, hvor belysningen ændres hurtigt nok. F.eks. I sikkerhedsanordninger eller sensorer af færdige produkter på transportører reagerer enheden på afbrydelse af lysfluxen. En anden mulighed er som et tilføjelse til videoovervågningssystemet. Hvis du dirigerer fotosensoren til skærmen, registrerer den en ændring i lysstyrke og tænder for eksempel et lydsignal, der tiltrækker operatørens opmærksomhed.
Det er meget simpelt at omdanne det betragtede fotorelæ til en temperaturændringssensor, for eksempel i brandalarm. For at gøre dette skal du blot udskifte fotodioden med en termistor. I dette tilfælde skal værdien af modstanden R1 være lig med værdien af termistoren (normalt angivet for en temperatur på 25 ° C). Et diagram af denne sensor er vist i figur 9.
Figur 9. Diagram over en temperaturmålesensor på en komparator
Princippet og betydningen af værket er nøjagtigt det samme som den fotosensor, der er beskrevet ovenfor. Men dette design viser også den enkleste outputenhed - dette er tyristor VS1 og relæ K1. Når komparatoren er aktiveret, åbnes tyristoren VS1, der tænder for relæet K1.
Da tyristoren i dette tilfælde fungerer i et jævnstrømskredsløb, selv når kontrolpulsen fra komparatoren slutter, vil tyristoren forblive åben og relæet K1 tændt. For at slukke for relæet skal du trykke på SB1-knappen eller blot slukke for hele kredsløbet.
I stedet for en termistor kan du bruge en magnetoresistor, for eksempel SM-1, som reagerer på et magnetfelt. Derefter får du et magnetisk følsomt gradientrelæ. Magnetoresistorer i det sidste XX århundrede blev brugt i tastaturerne på nogle computere.
Hvis du bruger andre sensorer, kan du på basis af gradientrelæet nemt lave helt forskellige enheder, der reagerer på ændringer i det elektriske felt, til lydvibrationer. Ved hjælp af piezoelektriske sensorer er det let at skabe stødføler og seismiske vibrationer.
Det er ganske enkelt ved hjælp af komparatorer at konvertere det "analoge" signal til et "digitalt". Et lignende skema er vist i figur 10.
Figur 10. Skema til konvertering af et "analogt" signal til et "digitalt" signal ved hjælp af en komparator
Figur 11 viser det samme kredsløb, kun polariteten for udgangspulserne er omvendt til den foregående. Dette opnås simpelthen ved at inkludere andre input.
Figur 11
Begge kredsløb konverterer amplituden af indgangssignalet til bredden af outputpulsen. En sådan konvertering bruges ofte i forskellige elektroniske kredsløb. Først og fremmest i måleenheder, switching strømforsyning, digitale forstærkere.
Enhedernes frekvensområde ligger i området 5 ... 200 KHz, amplituden af indgangssignalet i området 2 ... 2,5V. Når du bruger en germaniumdiode, starter konverteringen af amplituden til pulsbredden fra niveauet 80 ... 90mV, mens denne værdi for en siliciumdiode er 250 ... 270 mV.
Enhedens driftsfrekvensbånd bestemmes af klassificeringerne af kondensatorerne C1, C2. En enhed, der er samlet fra brugbare dele, kræver ikke justering og indstilling af en svarstærskel.
Se også på elektrohomepro.com
: