Srovnávací obvody

Jak funguje komparátor napětí

V mnoha popisech je srovnávací srovnáván s konvenčními pákovými váhami, jako v bazaru: na jednu misku - závaží je umístěn standard a na druhou prodávající začíná vkládat zboží, jako jsou brambory. Jakmile se hmotnost produktu rovná hmotnosti závaží, přesněji o něco více, pohár s hmotností se rozběhne. Vážení skončilo.

Totéž se stane s komparátorem, pouze v tomto případě hraje roli závaží referenční napětí a vstupní signál se používá jako brambor. Jakmile se na výstupu z komparátoru objeví logická jednotka, má se za to, že došlo k porovnání napětí. Toto je „trochu víc“, které se v adresářích nazývá „prahová citlivost komparátoru“.

Kontrola komparátoru napětí

Začátečníci - elektroničtí inženýři se často ptají, jak zkontrolovat konkrétní část. Chcete-li zkontrolovat komparátor, nemusíte sestavovat žádný složitý obvod. Stačí připojit voltmetr k výstupu komparátoru a aplikovat na vstupy regulovaná napětí a určit, zda komparátor funguje nebo ne. A samozřejmě, bude to velmi dobré, pokud si stále pamatujete použít sílu na komparátor!

Nelze však zapomenout na to, že mnoho komparátorů má výstupní tranzistor, ve kterém nálezy kolektoru a emitoru jednoduše „visí ve vzduchu“, což bylo popsáno v článku "Analogové komparátory". Proto musí být tyto závěry odpovídajícím způsobem spojeny. Jak na to, je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1. Schéma zapojení komparátoru

Referenční napětí získané z dělič R2, R3 od napájecího napětí + 5V. Výsledkem je, že na inverzním vstupu je dosaženo 2,5V. Předpokládejme, že jezdec variabilního rezistoru R1 je v nejnižší poloze, tj. napětí na něm je 0V. Stejné napětí je na přímém vstupu komparátoru.

Pokud nyní otáčením motoru s proměnným odporem R1 postupně zvyšujte napětí na přímém vstupu komparátoru, pak, když je dosaženo 2,5V, objeví se logika 1 na výstupu komparátoru, který otevře výstupní tranzistor, LED HL1 se rozsvítí.

Pokud se nyní motor R1 otáčí ve směru snižování napětí, pak se v určitém okamžiku LED HL1 bezpochyby zhasne. To ukazuje na správnou funkci komparátoru.

Experiment může být poněkud komplikovanější: změřte napětí na přímém vstupu komparátoru voltmetrem a určete, na jaké napětí se LED rozsvítí a při které zhasne. Rozdíl v těchto napětích bude hystereze komparátoru. Mimochodem, některé komparátory mají speciální pin (pin) pro úpravu hodnoty hystereze.

K provedení takového experimentu budete potřebovat digitální voltmetr schopný „chytit“ milivolty, víceotáčkový ořezávací rezistor a značné množství trpělivosti pro umělce. Pokud trpělivost pro takový experiment nestačí, můžete udělat následující, což je mnohem jednodušší: zaměnit přímé a inverzní vstupy a otočením proměnného rezistoru sledovat, jak se LED chová, tj. výstup komparátoru.

Obrázek 1 ukazuje jednoduchý blokový diagram, takže čísla kolíků nejsou uvedena. Při kontrole skutečného komparátoru se musíte vypořádat s jeho pinoutem (pinout). Dále budou zvážena některá praktická schémata a bude uveden stručný popis jejich práce.

V jednom případě často existuje několik komparátorů, dva nebo čtyři, což vám umožní vytvářet různá zařízení bez instalace dalších čipů na desce. Komparátory mohou být na sobě nezávislé, ale v některých případech mají vnitřní propojení. Jako takový čip zvažte duální komparátor MAX933.

Komparátor MAX933

Dva komparátory „žijí“ v jednom pouzdru mikroobvodu. Kromě samotných komparátorů je uvnitř mikroobvodu zabudován referenční zdroj napětí 1,182V. Na obrázku je znázorněno ve formě zenerovy diody, která je již zapojena uvnitř mikroobvodu: k hornímu komparátoru k inverznímu vstupu a ke dnu k přímé linii. To usnadňuje vytvoření víceúrovňového komparátoru podle principů „Malý“, „Norm“, „Mnoho“ (detektory podpětí / přepětí). Takové komparátory se nazývají oknem, protože pozice „norm“ je v „okně“ mezi „několika“ a „mnoha“.

Studijní srovnávací program Multisim

Obrázek 2 ukazuje měření referenčního napětí vytvořeného pomocí simulačního softwaru Multisim. Měření se provádí multimetrem XMM2, který ukazuje 1,182V, což plně odpovídá hodnotě uvedené v datovém listu komparátoru. Pin 5 HYST, - nastavení hystereze, v tomto případě se nepoužívá.

Obrázek 2

Pomocí spínače S1 můžete nastavit úroveň vstupního napětí a najednou na oba komparátory: uzavřený spínač dodává vstupům nízkou úroveň (méně než referenční napětí), jak je znázorněno na obrázku 3, otevřený stav odpovídá vysoké úrovni, - obrázek 4. Stav výstupů komparátorů zobrazeny multimetry XMM1, XMM2.

Komentáře k obrázkům jsou zcela nadbytečné - k pochopení logiky komparátorů stačí pečlivě zvážit odečty multimetrů a polohu spínače S1. Mělo by být pouze dodáno, že takové schéma může být doporučeno pro kontrolu skutečného komparátoru železa.

Obrázek 3

Obrázek 4

Zkušební obvod napětí

Obvod takového komparátoru uvedený v datovém listu je znázorněn na obrázku 5.

U výstupních signálů podpětí (OUTA) a přepětí (OUTB) je úroveň aktivního signálu nízká, což je indikováno podtržením signálů shora. Někdy se pro tyto účely používá znak „-“ nebo „/“ před názvem signálu. Tyto signály lze nazvat poplachy.

Na výstupu je signál POWER GOOD logický prvek ANDkdyž mají oba alarmy úroveň logické jednotky. Aktivní signál POWER GOOD je vysoký.

Pokud je alespoň jeden z alarmů nízký, signál POWER GOOD zmizí - také se sníží. To opět umožňuje ověřit, že logický obvod AND pro nízké úrovně je logický NEBO.

Obrázek 5. Obvod komparátoru

Řízené vstupní napětí je dodáváno prostřednictvím děliče R1 ... R3, jehož hodnota rezistorů se počítá s ohledem na rozsah regulovaných napětí. Postup výpočtu je uveden i v příkladu v datovém listu.

Aby se omezilo chatování během přepínání, nastavuje se hodnota hystereze pomocí děliče R4, R5. Tyto rezistory se počítají pomocí vzorců uvedených v datovém listu. Pro hodnoty uvedené v diagramu je hodnota hystereze 50 mV.

Schéma správy zálohování

Podobné režimy se používají například v poplašné systémy. Algoritmus pro provoz těchto schémat je poměrně jednoduchý. Pokud dojde k výpadku síťového napětí, přepne se zabezpečovací systém na provoz z baterie a při obnovení sítě opět funguje během nabíjení baterie ze zdroje napájení. K implementaci takového algoritmu je třeba vyhodnotit alespoň dva faktory: přítomnost síťového napětí a stav baterie.

Funkční řídicí obvod je znázorněn na obrázku 6.

Obrázek 6. Schéma správy záložního napájení na jednom čipu

Usměrněné napětí + 9VDC je dodáváno diodou do regulátoru napětí, ze kterého je zabezpečovací zařízení napájeno. V tomto případě je dělič R1, R2 snímačem síťového napětí, které je monitorováno spodním komparátorem s výstupem OUTA. Když je síťové napětí, a je-li to na rozumném místě, na výstupu spodního komparátoru logická jednotka, která otevírá tranzistor Q1 s polním efektem, kterým se nabíjí baterie. Stejný signál řídí indikátor provozu sítě.

V případě, že síťové napětí zmizí nebo klesne, objeví se na výstupu komparátoru logická nula, tranzistor s efektem pole se uzavře, baterie se přestane nabíjet, indikátor provozu sítě zhasne nebo změní jinou barvu. Vzhled zvukového signálu je také možný.

K stabilizátoru je připojena nabitá baterie přes spínací diodu a zařízení pokračuje v práci offline. Aby však byla baterie chráněna před úplným vybitím, monitoruje její stav jiný srovnávač, ten nejlepší podle schématu.

Zatímco se baterie dosud nevybila, je napětí na inverzním vstupu komparátoru B vyšší než referenční, proto je výstupní úroveň komparátoru nízká, což odpovídá normálnímu nabití baterií. Když dojde k vybití, napětí na děliči R3, R4 klesne a když klesne pod referenční hodnotu, bude na výstupu komparátoru stanovena vysoká úroveň, což ukazuje na nízkou baterii. Nejčastěji je tento stav indikován nepříjemným vřískotem zařízení.

Okruh s časovým zpožděním

Na obrázku 7.

Obrázek 7. Schéma časového zpoždění na komparátoru

Schéma funguje následovně. Stisknutím tlačítka MOMENTARY SWITCH se kondenzátor C nabije na napětí zdroje energie. To vede ke skutečnosti, že napětí na vstupu IN + je vyšší než referenční napětí na vstupu IN-. Proto je výstup OUT nastaven na vysokou úroveň.

Po uvolnění tlačítka se kondenzátor začne vybíjet přes odpor R, a když napětí na něm, a tedy na vstupu IN + klesne pod referenční napětí na vstupu IN-, bude výstupní úroveň komparátoru OUT nízká. Po dalším stisknutí tlačítka se vše opakuje znovu.

Referenční napětí na vstupu IN- se nastavuje pomocí děliče tří odporů as hodnotami uvedenými na obrázku je 100 mV. Stejný dělič nastavuje hysterezi komparátoru (HYST) do 50 mV. Kondenzátor C je tedy vybit na napětí 100 - 50 = 50 mV.

Spotřeba proudu samotného zařízení je malá, ne více než 35 mikroamps, zatímco výstupní proud může dosáhnout 40 mA.

Časové zpoždění se vypočítá podle vzorce R * C * 4,6 s. Příkladem je výpočet s následujícími údaji: 2M & # 937; * 10 uF * 4,6 = 92 sec. Pokud je odpor udán v megaohmech, kapacita je v mikrofaradách, výsledek se získá v sekundách. Je to však pouze vypočítaný výsledek. Skutečný čas bude záviset na napětí zdroje energie a na kvalitě kondenzátoru, na jeho svodovém proudu.

Některé jednoduché obvody komparátoru

Základem obvodů, které budou zvažovány později, je gradientní relé, obvod, který nereaguje na přítomnost žádného signálu, ale na rychlost jeho změny. Jeden z těchto senzorů je foto reléjehož diagram je zobrazen na obrázku 8.

Obrázek 8. Schéma foto relé na komparátoru

Vstupní signál je získán z děliče tvořeného rezistorem R1 a fotodiodou VD3. Společný bod tohoto děliče přes diody VD1 a VD2 je připojen k přímému a invertujícímu vstupu komparátoru DA1. Ukazuje se tedy, že přímé a inverzní vstupy mají stejné napětí, tj. není rozdíl mezi napětími na vstupech. S tímto stavem na vstupech je citlivost komparátoru téměř na maximum.

Ke změně stavu komparátoru bude vyžadován rozdíl napětí na vstupech v jednotkách milivoltů. Jedná se o to, jak zatlačit malý prst do propasti visící na okraji kamene. Mezitím je na výstupu komparátoru logická nula.

Pokud se osvětlení náhle změní, změní se také napětí na fotodiodě, předpokládejte, že se zvyšuje. Zdá se, že spolu s tím se změní napětí na obou vstupech komparátoru a okamžitě. Požadovaný rozdíl napětí na vstupech proto nebude fungovat, a proto se stav výstupu komparátoru nezmění.

Všechno by to tak bylo, pokud nebudete věnovat pozornost kondenzátoru C1 a rezistoru R3. Díky tomuto obvodu RC se napětí na invertovaném vstupu komparátoru zvýší s určitým zpožděním vzhledem k přímému vstupu. Po dobu zpoždění bude napětí na přímém vstupu větší než na inverzi. Ve výsledku se na výstupu komparátoru objeví logická jednotka. Tato jednotka nebude držena dlouho, pouze po dobu zpoždění kvůli řetězci RC.

Podobné relé se používá v případech, kdy se osvětlení mění dostatečně rychle. Například v bezpečnostních zařízeních nebo senzorech hotových výrobků na dopravních zařízeních bude zařízení reagovat na přerušení světelného toku. Další možností je přidání do systému video dohledu. Pokud nasměrujete fotosenzor na obrazovku monitoru, zjistí to změnu jasu a zahrnuje například zvukový signál, který upoutá pozornost operátora.

Je velmi jednoduché přeměnit uvažované foto relé na senzor změny teploty, například v požární poplach. Chcete-li to provést, stačí vyměnit fotodiodu za termistor. V tomto případě musí být hodnota odporu R1 stejná jako hodnota termistoru (obvykle indikovaná pro teplotu 25 ° C). Schéma tohoto senzoru je na obrázku 9.

Obrázek 9. Schéma snímače teploty na komparátoru

Princip a význam práce je přesně stejný jako u výše popsaného fotosenzoru. Tato konstrukce však také ukazuje nejjednodušší výstupní zařízení - jedná se o tyristor VS1 a relé K1. Když je komparátor aktivován, otevře se tyristor VS1, který zapne relé K1.

Protože tyristor v tomto případě pracuje v obvodu stejnosměrného proudu, i když řídicí impuls z komparátoru končí, tyristor zůstane otevřený a relé K1 sepne. Pro vypnutí relé budete muset stisknout tlačítko SB1 nebo jednoduše vypnout celý obvod.

Místo termistoru můžete použít magnetorezistor, například SM-1, který reaguje na magnetické pole. Poté získáte magneticky citlivé gradientní relé. Magnetorezistory v posledním XX století byly použity v klávesnicích některých počítačů.

Pokud používáte jiné senzory, pak na základě gradientního relé můžete snadno vytvořit úplně jiná zařízení, která reagují na změny v elektrickém poli, na zvukové vibrace. Pomocí piezoelektrických senzorů je snadné vytvářet senzory nárazu a seismické vibrace.

Převod „analogového“ signálu na „digitální“ je pomocí komparátorů poměrně jednoduchý. Podobné schéma je znázorněno na obrázku 10.

Obrázek 10. Schéma pro převod „analogového“ signálu na „digitální“ signál pomocí komparátoru

Obrázek 11 ukazuje stejný obvod, pouze polarita výstupních impulsů je inverzní k předchozímu. Toho je dosaženo jednoduše zahrnutím dalších vstupů.

Obrázek 11.

Oba obvody převádějí amplitudu vstupního signálu na šířku výstupního impulsu. Taková přeměna se často používá v různých elektronických obvodech. Nejprve v měřících zařízeních, spínacích zdrojích, digitálních zesilovačích.

Frekvenční rozsah zařízení je v rozsahu 5 ... 200 KHz, amplituda vstupního signálu v rozsahu 2 ... 2,5 V. Při použití germaniové diody začíná přeměna amplitudy na šířku pulzu z úrovně 80 ... 90 mV, zatímco u křemíkové diody je tato hodnota 250 ... 270 mV.

Provozní kmitočtové pásmo zařízení je určeno jmenovitými hodnotami kondenzátorů C1, C2. Zařízení sestavené ze servisovatelných částí nevyžaduje úpravu a nastavení prahové hodnoty odezvy.