Circuits comparateurs

Comment fonctionne le comparateur de tension

Dans de nombreuses descriptions, le comparateur est comparé aux balances à levier conventionnelles, comme dans un bazar: la norme est placée sur un bol - les poids, et le vendeur commence à mettre des marchandises, par exemple des pommes de terre, de l'autre. Dès que le poids du produit devient égal au poids des poids, plus précisément un peu plus, la tasse avec des poids se précipite. La pesée est terminée.

La même chose se produit avec le comparateur, seulement dans ce cas le rôle des poids est joué par la tension de référence, et le signal d'entrée est utilisé comme une pomme de terre. Dès qu'une unité logique apparaît à la sortie du comparateur, on considère que la comparaison de tension a eu lieu. C'est le très «un peu plus», qui dans les répertoires est appelé la «sensibilité seuil du comparateur».

Vérification du comparateur de tension

Jambons novices - les ingénieurs en électronique demandent souvent comment vérifier une pièce en particulier. Pour vérifier le comparateur, vous n'avez pas besoin d'assembler de circuit complexe. Il suffit de connecter un voltmètre à la sortie du comparateur, d'appliquer des tensions régulées aux entrées et de déterminer si le comparateur fonctionne ou non. Et, bien sûr, ce sera très bien, si vous vous souvenez encore d'appliquer de la puissance au comparateur!

Cependant, il ne faut pas oublier que de nombreux comparateurs ont un transistor de sortie, dans lequel les broches du collecteur et de l'émetteur «se bloquent simplement dans l'air», ce qui était décrit dans l'article "Comparateurs analogiques". Par conséquent, ces conclusions doivent être liées en conséquence. La procédure à suivre est illustrée à la figure 1.

Figure 1. Schéma de connexion du comparateur

La tension de référence obtenue à partir de diviseur R2, R3 de la tension d'alimentation + 5V. En conséquence, 2,5 V est obtenu à l'entrée inverse. Supposons que le curseur de la résistance variable R1 soit dans la position la plus basse, c'est-à-dire la tension est de 0 V. La même tension est à l'entrée directe du comparateur.

Si maintenant en faisant tourner le moteur de la résistance variable R1, augmentez progressivement la tension à l'entrée directe du comparateur, puis lorsque 2,5 V est atteint, la logique 1 apparaîtra à la sortie du comparateur, ce qui ouvrira le transistor de sortie, la LED HL1 s'allumera.

Si maintenant le moteur R1 tourne dans le sens de la diminution de la tension, alors à un certain moment la LED HL1 s'éteindra sans aucun doute. Cela indique le bon fonctionnement du comparateur.

L'expérience peut être quelque peu compliquée: mesurer la tension à l'entrée directe du comparateur avec un voltmètre, et fixer à quelle tension la LED s'allumera et à laquelle elle s'éteindra. La différence de ces tensions sera l'hystérésis du comparateur. Soit dit en passant, certains comparateurs ont une broche spéciale (broche) pour régler la valeur d'hystérésis.

Pour mener une telle expérience, vous aurez besoin d'un voltmètre numérique capable de "capturer" des millivolts, une résistance de coupe multi-tours et une bonne dose de patience pour l'artiste. Si la patience pour une telle expérience ne suffit pas, vous pouvez faire ce qui est beaucoup plus simple: permuter les entrées directes et inverses et tourner la résistance variable pour observer le comportement de la LED, c'est-à-dire sortie du comparateur.

La figure 1 montre juste un schéma de principe, donc les numéros de broches ne sont pas indiqués. Lors de la vérification d'un vrai comparateur, vous devrez faire face à son brochage (brochage). Ensuite, certains schémas pratiques seront examinés et une brève description de leur travail sera donnée.

Souvent, dans un cas, il existe plusieurs comparateurs, deux ou quatre, ce qui vous permet de créer différents appareils sans installer de puces supplémentaires sur la carte. Les comparateurs peuvent être indépendants les uns des autres, mais dans certains cas, ils ont des connexions internes. En tant que telle puce, considérons le comparateur double MAX933.

Comparateur MAX933

Deux comparateurs «vivent» dans un boîtier du microcircuit. En plus des comparateurs eux-mêmes, il y a une source de référence de tension 1,182 V intégrée à l'intérieur du microcircuit. Sur la figure, elle est représentée sous la forme d'une diode zener, qui est déjà connectée à l'intérieur du microcircuit: au comparateur supérieur à l'entrée inverse, et en bas à la ligne droite. Cela permet de créer facilement un comparateur à plusieurs niveaux selon les principes de "Little", "Norm", "Many" (détecteurs de sous-tension / surtension). De tels comparateurs sont appelés fenêtrés parce que la position «normale» est dans la «fenêtre» entre «peu» et «beaucoup».

Programme de comparaison d'études Multisim

La figure 2 montre la mesure de la tension de référence produite à l'aide du logiciel de simulation Multisim. La mesure est effectuée avec un multimètre XMM2, qui affiche 1,182 V, ce qui correspond entièrement à la valeur spécifiée dans la fiche technique du comparateur. Broche 5 HYST, - réglage de l'hystérésis, dans ce cas n'est pas utilisé.

Figure 2

À l'aide du commutateur S1, vous pouvez définir le niveau de tension d'entrée et, à la fois, sur les deux comparateurs: un commutateur fermé fournit un niveau bas aux entrées (inférieur à la tension de référence) comme indiqué sur la figure 3, un état ouvert correspond à un niveau élevé, - Figure 4. État des sorties des comparateurs montré par les multimètres XMM1, XMM2.

Les commentaires sur les chiffres sont complètement redondants - pour comprendre la logique des comparateurs, il suffit de considérer attentivement les lectures des multimètres et la position de l'interrupteur S1. Il faut seulement ajouter qu'un tel schéma peut être recommandé pour vérifier un véritable comparateur "en fer".

Figure 3

Figure 4

Circuit de test de tension

Le circuit d'un tel comparateur illustré dans la fiche technique est illustré à la figure 5.

Pour les signaux de sortie de sous-tension (OUTA) et de surtension (OUTB), le niveau de signal actif est faible, comme indiqué en soulignant les signaux d'en haut. Parfois, à ces fins, le signe «-» ou «/» devant le nom du signal est utilisé. Ces signaux peuvent être appelés alarmes.

Le signal POWER GOOD est émis élément logique ETlorsque les deux alarmes ont un niveau d'unité logique. Le signal POWER GOOD actif est élevé.

Si au moins une des alarmes est faible, le signal POWER GOOD disparaîtra - il deviendra également faible. Ceci permet à nouveau de vérifier que le circuit logique ET pour les niveaux bas est un OU logique.

Figure 5. Circuit de comparaison

La tension d'entrée contrôlée est fournie par le diviseur R1 ... R3, dont la valeur des résistances est calculée en tenant compte de la plage de tensions contrôlées. La procédure de calcul est donnée, même avec un exemple, dans la fiche technique.

Pour réduire le bavardage pendant la commutation, la valeur d'hystérésis est définie à l'aide du diviseur R4, R5. Ces résistances sont calculées en utilisant les formules également données dans la fiche technique. Pour les valeurs indiquées sur le schéma, la valeur d'hystérésis est de 50mV.

Schéma de gestion des sauvegardes

Des schémas similaires sont utilisés, par exemple, systèmes d'alarme. L'algorithme de fonctionnement de ces schémas est assez simple. Si la tension secteur tombe en panne, le système de sécurité passe au fonctionnement sur batterie et lorsque le réseau est rétabli, il fonctionne à nouveau à partir de l'alimentation électrique pendant que la batterie est en charge. Pour mettre en œuvre un tel algorithme, au moins deux facteurs doivent être évalués: la présence de la tension secteur et l'état de la batterie.

Le circuit de contrôle fonctionnel est illustré à la figure 6.

Figure 6. Schéma de gestion de l'alimentation de secours sur une seule puce

La tension redressée + 9VDC est fournie par la diode au régulateur de tension, à partir duquel le dispositif de sécurité est alimenté. Dans ce cas, le diviseur R1, R2 est un capteur de tension de réseau, qui est surveillé par le comparateur inférieur avec sortie OUTA. Lorsqu'il y a une tension secteur, et dans des limites raisonnables, à la sortie du comparateur inférieur se trouve une unité logique qui ouvre le transistor à effet de champ Q1, à travers lequel la batterie est chargée. Le même signal contrôle l'indicateur de fonctionnement du réseau.

Dans le cas où la tension secteur disparaît ou diminue, un zéro logique apparaît à la sortie du comparateur, le transistor à effet de champ se ferme, la batterie cesse de se charger, l'indicateur de fonctionnement du réseau s'éteint ou prend une couleur différente. L'apparition d'un signal sonore est également possible.

Une batterie chargée via une diode de commutation est connectée au stabilisateur et l'appareil continue de fonctionner hors ligne. Mais afin de protéger la batterie d'une décharge complète, un autre comparateur surveille son état, celui du haut selon le schéma.

Bien que la batterie ne soit pas encore déchargée, la tension à l'entrée inverse du comparateur B est supérieure à la référence, par conséquent, le niveau de sortie du comparateur est faible, ce qui correspond à la charge normale des batteries. Au fur et à mesure que la décharge se produit, la tension sur le diviseur R3, R4 chute et lorsqu'elle devient inférieure à la référence, un niveau élevé sera établi à la sortie du comparateur, ce qui indique une batterie faible. Le plus souvent, cette condition est indiquée par le grincement gênant de l'appareil.

Circuit de temporisation

Montré à la figure 7.

Figure 7. Schéma de temporisation sur le comparateur

Le schéma fonctionne comme suit. En appuyant sur le bouton MOMENTARY SWITCH, le condensateur C est chargé à la tension de la source d'alimentation. Cela conduit au fait que la tension à l'entrée IN + devient supérieure à la tension de référence à l'entrée IN-. Par conséquent, la sortie OUT est réglée sur un niveau élevé.

Après avoir relâché le bouton, le condensateur commence à se décharger à travers la résistance R, et lorsque la tension sur celle-ci, et, par conséquent, à l'entrée IN + tombe en dessous de la tension de référence à l'entrée IN-, le niveau de sortie du comparateur OUT sera faible. Lorsque vous appuyez à nouveau sur le bouton, tout se répète.

La tension de référence à l'entrée IN est réglée à l'aide d'un diviseur de trois résistances et avec les valeurs indiquées sur le diagramme est de 100mV. Le même diviseur règle l'hystérésis du comparateur (HYST) à 50 mV. Ainsi, le condensateur C est déchargé à une tension de 100 à 50 = 50 mV.

La consommation de courant de l'appareil lui-même est faible, pas plus de 35 microampères, tandis que le courant de sortie peut atteindre 40 mA.

Le retard est calculé par la formule R * C * 4,6 sec. Un exemple est le calcul avec les données suivantes: 2M & # 937; * 10µF * 4,6 = 92 sec. Si la résistance est indiquée en mégohms, la capacité est en microfarads, alors le résultat est obtenu en quelques secondes. Mais ce n'est qu'un résultat calculé. Le temps réel dépendra de la tension de la source d'alimentation et de la qualité du condensateur, de son courant de fuite.

Quelques circuits de comparaison simples

La base des circuits, qui sera examinée plus loin, est un relais à gradient, un circuit qui réagit non pas à la présence d'un signal, mais à la vitesse de son changement. L'un de ces capteurs est relais photodont le schéma est illustré à la figure 8.

Figure 8. Schéma du relais photo sur le comparateur

Le signal d'entrée est obtenu à partir du diviseur formé par la résistance R1 et la photodiode VD3. Le point commun de ce diviseur à travers les diodes VD1 et VD2 est connecté à l'entrée directe et inverseuse du comparateur DA1. Ainsi, il s'avère que les entrées directes et inverses ont la même tension, c'est-à-dire il n'y a pas de différence entre les tensions aux entrées. Avec cet état aux entrées, la sensibilité du comparateur est proche du maximum.

Pour changer l'état du comparateur, une différence de tension aux entrées des unités de millivolts est nécessaire. Il s'agit de savoir comment pousser votre petit doigt dans l'abîme accroché au bord d'une pierre. En attendant, un zéro logique est présent à la sortie du comparateur.

Si l'éclairage change soudainement, la tension sur la photodiode change également, supposons qu'elle augmente. Il semblerait que parallèlement, la tension aux deux entrées du comparateur change, et immédiatement. Par conséquent, la différence de tension souhaitée aux entrées ne fonctionnera pas et, par conséquent, l'état de la sortie du comparateur ne changera pas.

Tout cela serait le cas, si vous ne faites pas attention au condensateur C1 et à la résistance R3. Grâce à ce circuit RC, la tension à l'entrée inversée du comparateur augmentera avec un certain retard par rapport à l'entrée directe. Pour le temps de retard, la tension à l'entrée directe sera plus élevée qu'à l'inverse. En conséquence, une unité logique apparaîtra à la sortie du comparateur. Cette unité ne sera pas maintenue longtemps, juste pour le temps de retard dû à la chaîne RC.

Un relais photo similaire est utilisé dans les cas où l'éclairage change assez rapidement. Par exemple, dans des dispositifs de sécurité ou des capteurs de produits finis sur des convoyeurs, le dispositif répondra à une interruption du flux lumineux. Une autre option est en complément du système de vidéosurveillance. Si vous dirigez le capteur photo vers l'écran du moniteur, il détectera un changement de luminosité et activera, par exemple, un signal audio, attirant l'attention de l'opérateur.

Il est très simple de transformer le photo-relais considéré en capteur de changement de température, par exemple alarme incendie. Pour ce faire, il suffit de remplacer la photodiode par une thermistance. Dans ce cas, la valeur de la résistance R1 doit être égale à la valeur de la thermistance (généralement indiquée pour une température de 25 ° C). Un schéma de ce capteur est illustré à la figure 9.

Figure 9. Schéma d'un capteur de mesure de température sur un comparateur

Le principe et la signification de l'œuvre sont exactement les mêmes que ceux du photocapteur décrit ci-dessus. Mais cette conception montre également le dispositif de sortie le plus simple - il s'agit du thyristor VS1 et du relais K1. Lorsque le comparateur est activé, le thyristor VS1 s'ouvre, ce qui active le relais K1.

Puisque le thyristor dans ce cas fonctionne dans un circuit CC, même lorsque l'impulsion de commande du comparateur se termine, le thyristor restera ouvert et le relais K1 activé. Pour désactiver le relais, vous devrez appuyer sur le bouton SB1 ou simplement éteindre tout le circuit.

Au lieu d'une thermistance, vous pouvez utiliser une magnétorésistance, par exemple SM-1, réagissant à un champ magnétique. Ensuite, vous obtenez un relais de gradient magnétiquement sensible. Les magnétorésistances du XXe siècle ont été utilisées dans les claviers de certains ordinateurs.

Si vous utilisez d'autres capteurs, puis sur la base du relais de gradient, vous pouvez facilement fabriquer des appareils complètement différents qui répondent aux changements du champ électrique, aux vibrations sonores. En utilisant des capteurs piézoélectriques, il est facile de créer des capteurs de choc et des vibrations sismiques.

Il est assez simple à l'aide de comparateurs de convertir le signal "analogique" en un signal "numérique". Un schéma similaire est illustré à la figure 10.

Figure 10. Schéma de conversion d'un signal «analogique» en un signal «numérique» à l'aide d'un comparateur

La figure 11 montre le même circuit, seule la polarité des impulsions de sortie est inverse de la précédente. Ceci est réalisé simplement par l'inclusion d'autres intrants.

Figure 11.

Les deux circuits convertissent l'amplitude du signal d'entrée en largeur d'impulsion de sortie. Une telle conversion est souvent utilisée dans divers circuits électroniques. Tout d'abord, dans les appareils de mesure, les alimentations à découpage, les amplificateurs numériques.

La gamme de fréquences des appareils est dans la gamme de 5 ... 200KHz, l'amplitude du signal d'entrée dans la gamme de 2 ... 2,5V. Lors de l'utilisation d'une diode au germanium, la conversion de l'amplitude en largeur d'impulsion commence au niveau de 80 ... 90mV, tandis que pour une diode au silicium, cette valeur est de 250 ... 270mV.

La bande de fréquence de fonctionnement de l'appareil est déterminée par les valeurs nominales des condensateurs C1, C2. Un appareil assemblé à partir de pièces réparables ne nécessite aucun réglage ni réglage de seuil de réponse.