Analogie salīdzinātāji

Nosaukums salīdzinātāji nāca no latīņu valodas salīdzināt - salīdzināt. Ierīces, kurās tiek veikta mērīšana, salīdzinot ar standarta darbu pēc šī principa. Piemēram, vienāda rokas svari vai elektriski potenciometri.

Darbības princips izšķir elektriskos, pneimatiskos, optiskos un pat mehāniskos salīdzinājumus. Pēdējos izmanto, lai pārbaudītu gala garuma mērus. Pirmoreiz salīdzinājumu, lai pārbaudītu beigu pasākumus, Parīzē piemēroja Lenoirs 1792. gadā, jo Brokhausa un Efrona enciklopēdijās ir raksts.

Šis mehāniskais salīdzinātājs tika izmantots, lai pārbaudītu 1 m standartu franču metriskās sistēmas veidošanā. Šāda salīdzinājuma mērīšanas precizitāte, izmantojot pārvietojamu sviru sistēmu, sasniedza 0,0005 mm. Tam laikam tas bija ļoti precīzi. Bet šajā rakstā mēs sīkāk neapsvērsim mehāniskos un citus salīdzinājumus, jo mūsu uzdevums ir sprieguma salīdzinātāji.

Integrēti salīdzinātāji. Darbības princips un šķirnes

Pašlaik salīdzinātājus galvenokārt izmanto integrētajā dizainā. Tikai daži cilvēki domātu par salīdzinātāja salikšanu no diskrētiem tranzistoriem. Turklāt salīdzinātājus izmanto kā daļu no ķēdēm.

Piemēram integrēts taimeris NE555 satur pat divus salīdzinājumus pie izejām, kas patiesībā ir sasniegts ar visu viņa darba šarmu. Turklāt daudzi mūsdienu mikrokontrolleri ir arī iebūvēti salīdzinātāji. Bet neatkarīgi no izpildes, salīdzināšanas principi ir pilnīgi vienādi.

Mūsdienu salīdzinātāji shēmā ir ļoti līdzīgi opamps. Faktiski šis ir tas pats darbības pastiprinātājs, tikai bez atgriezeniskās saites un ar ļoti lielu pastiprinājumu. Salīdzinātājam ir arī divas ieejas, tieša un apgriezta (apzīmētas ar apli vai mīnusa zīmi).

Salīdzinātāja galvenā funkcija ir salīdzināt divus spriegumus, no kuriem viens ir paraugs vai atsauces, bet otrs faktiski ir izmērīts. Salīdzinātāja izejas signālam var būt tikai divas vērtības: loģiska nulle un loģiska vienība, bet to nevar lineāri mainīt, piemēram, kā operatīvo pastiprinātāju.

Komparatoru izejā, kā likums, ir izeja tranzistors ar atvērtu kolektoru un emitētāju. Tāpēc to var savienot vai nu saskaņā ar ķēdi ar OE vai emitētāja sekotāju, atkarībā no konkrētās ķēdes prasībām, kā parādīts 1. attēlā.

1.a attēlā parādīta izejas tranzistora iekļaušana ķēdē ar kopēju izstarotāju. Šajā gadījumā kaskādes izejai var pievienot TTL un CMOS - loģiku ar barošanas spriegumu + 5 V. Ja CMOS - loģiku darbina ar spriegumu 15 V, tad 1KΩ rezistora augšējā izeja saskaņā ar shēmu jāpievieno + 15 V barošanas kopai.

Kad izejas tranzistors ir savienots saskaņā ar emitētāja sekotāju shēmu, kā parādīts 1.b attēlā, spriegums pie kompatora izejas mainās robežās + 15 V ... -15 V. Tomēr ar šo iekļaušanu salīdzinātāja ātrums ievērojami samazinās, un turklāt ieejas tiek “apmainītas” vietām - ieejas tiek apgrieztas.

1. attēls

Kā pārbaudīt salīdzinājumu, dzīvs vai nedzīvs?

Ja gaismas diode tiek secīgi pielodēta ar rezistoru R ķēdē, kas parādīta 1.a attēlā, savienojot anodu ar + 5 V barošanas avotu, un spriegums tiek pielietots ieejām, izmantojot rezistorus, tad mainot šos spriegumus, izmantojot vismaz mainīgus rezistorus, gaismas diode var mirgot. Kurā secībā jāpiemēro atsauces un ieejas spriegums, var atrast tālāk. Lai šāda testa shēma būtu mazs praktisks uzdevums.

Salīdzinātāja loģika

Salīdzinātāja funkcionālā shēma ir parādīta 2. attēlā.

2. attēls. Salīdzinātāja funkcionālā diagramma

Ar tik daudzām ieejām un ieejas signāliem ir iespējamas divas iespējas. Pirmajā gadījumā, kas parādīts attēla kreisajā pusē, atsauces spriegums tiek pielietots invertējošajai ieejai, bet ieejas spriegums - neinvertošajam. Ja ieejas spriegums pārsniedz atsauces spriegumu, salīdzinātāja izejā parādīsies augsts līmenis (1. log.). Pretējā gadījumā mums būs loģiska nulle.

Otrajā versijā, kas parādīta attēla labajā pusē, atsauces spriegums tiek pielietots tiešajai ieejai, bet ieejas spriegums - apgrieztajam. Šajā gadījumā, ja ieejas spriegums ir lielāks par atsauces spriegumu pie salīdzinājuma izejas, loģika ir nulle, pretējā gadījumā - vienotība. Visi šie secinājumi parādīti 2. attēlā matemātisko formulu veidā.

Bet šeit uzmanīgam lasītājam var rasties taisnīgs jautājums: “Skatiet 1. attēlu, cik daudz noieta tirgu ir! Par kuru viņi runā, par kādu nulli tur runā un kur šeit atrodas vienība? ” Šajā gadījumā mēs runājam par izejas tranzistora pamatni, tiek uzskatīts, ka tā ir operatīvā pastiprinātāja izeja, kurai tiek piegādāti ieejas signāli. Un izejas tranzistoru, kā norādīts komentāros 1. attēlam, var jebkurā veidā ieslēgt.

Daži analogo salīdzinājumu raksturlielumi

Lietojot salīdzinājumus, ir jāņem vērā to raksturlielumi, kurus var iedalīt statiskos un dinamiskos. Salīdzinātāja statiskie parametri ir tie, kurus nosaka līdzsvara stāvoklī.

Pirmkārt, tas ir salīdzinātāja jutīgums. To definē kā ieejas signālu minimālo starpību, pie kuras izejā parādās loģisks signāls.

Papildus ieejai un izejai daudziem salīdzinātājiem ir izejas, lai piegādātu novirzes spriegumu Ucm. Izmantojot šo spriegumu, tiek veikta nepieciešamā pārneses raksturlieluma maiņa attiecībā pret ideālo stāvokli.

Viens no galvenajiem salīdzinātāja parametriem ir histerēze. Vienkāršākais veids, kā izskaidrot šo parādību, ir izmantot piemēru ar parasto releju. Ļaujiet spoles darba spriegumam, piemēram, 12 V, tad relejs darbosies tieši ar to. Ja pēc tam pakāpeniski samaziniet spoles barošanas spriegumu, tad relejs atbrīvosies, piemēram, ar 7 V spriegumu. Šī releja atšķirība, kas pārsniedz 5 V, ir histerēze. Bet relejs atkal neieslēgsies, ja spriegums paliks 7V līmenī, tas nenotiks. Lai to izdarītu, atkal paaugstiniet spriegumu līdz 12V. Un tad ...

Tas pats tiek novērots ar salīdzināšanas ierīcēm. Pieņemsim, ka ieejas spriegums vienmērīgi palielinās attiecībā pret atsauces spriegumu (signāli tiek pielietoti, kā parādīts 2. attēla kreisajā daļā). Tiklīdz ieejas spriegums kļūst lielāks par atsauces spriegumu (ne mazāku par sliekšņa jutības vērtību), salīdzinātāja izejā parādīsies loģiska vienība.

Ja ieejas spriegums tagad sāk vienmērīgi samazināties, tad pāreja no loģiskas vienības uz loģisku nulli notiks tad, kad ieejas spriegums ir nedaudz zemāks par atsauces spriegumu. Ieejas spriegumu starpību šajos “virs atsauces” un “zem atsauces” sauc par salīdzināšanas histerēzi. Komparatora histerēze ir saistīta ar pozitīvu atgriezenisko saiti tajā, kas ir paredzēta, lai nomāktu izejas signāla "atlēcienu", pārslēdzot salīdzinājumu.

Kā ir salīdzināmais

Shēmas shēma tranzistora līmenī ir diezgan sarežģīta, liela, nav ļoti skaidra, bet praktiski nav nepieciešama. Šīs ir integrētās shēmas dizaina iezīmes, šķiet, ka tranzistori izliekas visur, pat tur, kur tas nav vajadzīgs. Tāpēc labāk ir apsvērt salīdzinātāja vienkāršotu funkcionālo shēmu, kas parādīta 3. attēlā.

3. attēls. Salīdzinātāja vienkāršotā funkcionālā shēma

Diagramma parāda ieejas diferenciālo pakāpi (DC), izejas loģiku un līmeņa maiņas ķēdi.

Ieejas DC veic galveno atšķirības signāla pastiprināšanu, kā arī ar novirzes ierīces palīdzību ļauj izejā veikt vēlamo stāvokli, kas ļauj izvēlēties loģikas veidu (TTL, ESL, CMOS), ar kuru jums jāstrādā.Šis iestatījums tiek veikts, izmantojot apgriešanas rezistoru, kas savienots ar spailēm "balansē".

Vārtu un atmiņas salīdzināšanas ierīces

Dažiem mūsdienu salīdzināšanas ierīcēm ir ieejas signāls: ieejas signālu salīdzināšana notiek tikai attiecīgā impulsa piegādes brīdī. Tas ļauj salīdzināt ieejas signālus tajā brīdī, kad tas ir nepieciešams. Nu, pareizi, neatkarīgi no tā, kas jums patīk! Salīdzinātāja ar vārtiem vienkāršota blokshēma ir parādīta 4. attēlā.

4. attēls. Salīdzinātāja vienkāršotā blokshēma

Salīdzinātājiem, kas parādīti šajā attēlā, ir parafāzes izvade, tāpat kā sprūda, augšējā izeja ir tieša, bet apakšējā, apzīmēta ar apli, dabiski ir apgriezta. Turklāt šeit tiek parādīti arī vārti C.

4.a attēlā ievades signālu atdalīšana tiek veikta augstā līmenī pie ieejas C. Ja vārti tiek veikti zemā līmenī, grafiskajam apzīmējumam pie ieejas C jābūt ar nelielu apli (inversijas zīme).

4.b attēlā vārtu ievadei C ir domuzīme /, kas norāda, ka vārtu iegūšana notiek uz impulsa augošās malas. Ja vārti tiek veikti uz krītošas ​​priekšpuses, domuzīmei ir šis virziens.

Tādējādi vārtu signāls ir nekas cits kā salīdzināšanas izšķirtspēja. Salīdzināšanas rezultāts izejā var parādīties tikai vārtu impulsa darbības laikā. Bet dažiem salīdzināšanas modeļiem ir atmiņa (tam pietiek tikai ar vienu sprūdu) un atcerieties salīdzināšanas rezultātu, līdz pienāk nākamais vārtu saņemšanas impulss.

Strobo impulsa (tā malas) ilgumam jābūt pietiekamam, lai ievades signāls izietu cauri līdzstrāvai, pirms atmiņas šūnai ir laiks iedarbināties. Vārtu izmantošana palielina salīdzinātāja izturību pret troksni, jo traucējumi var mainīt salīdzinātāja stāvokli tikai īsā laika zibināšanas impulsā. Bieži vien salīdzinātāju sauc par viena bita ADC.

Komparatoru klasifikācija

Pēc parametru kombinācijas salīdzinātājus var iedalīt trīs lielās grupās. Tie ir vispārējas nozīmes salīdzinātāji, ātrs un precīzs. Amatieru praksē visbiežāk tiek izmantotas pirmās.

Ja nav nekādu pārdabisku ātruma un ieguvuma parametru, vārtu un atmiņas klātbūtnei, plaši izmantojamiem salīdzinātājiem ir savas pievilcīgās īpašības un funkcijas. Viņiem ir mazs enerģijas patēriņš, spēja strādāt ar zemu spriegumu, kā arī tas, ka vienā gadījumā var atrasties līdz četriem salīdzinātājiem. Šāda "ģimene" dažos gadījumos ļauj izveidot ļoti noderīgas ierīces. Viena no šīm ierīcēm ir parādīta 5. attēlā.

Šis ir vienkāršākais analogā signāla pārveidotājs digitālā vienotā kodā. Šādu kodu var pārveidot binārā, izmantojot digitālo konvertēšanu.

5. attēls. Analoga signāla konvertēšanas uz vienotu ciparu shēma

Ķēdē ir četri salīdzinātāji K1 ... K4. Atskaites spriegums tiek pielietots apgrieztām ieejām caur pretestības dalītājs. Ja rezistoru pretestība ir vienāda, tad spriegums pie komparatoru apgriešanās ieejām būs n * Uop / 4, kur n ir salīdzinātāja kārtas numurs. Ieejas spriegums tiek pielietots neinvertējošajām ieejām, kas savienotas kopā. Salīdzinot ieejas spriegumu ar atsauces spriegumu pie komparatoru izejām, iegūstam ieejas sprieguma vienotu ciparu kodu.

Detalizētāk mēs apsvērsim vispārēja lietojuma komparatoru parametrus, izmantojot plaši izplatītā un diezgan pieejamo salīdzinātāja LM311 piemēru.

LM311 sērijas salīdzinātāji

Barošanas spriegumi un darba apstākļi

Kā rakstīts datu lapā, šiem salīdzinātājiem ieejas strāvas ir tūkstoš reizes mazākas nekā LM106 vai LM170 sērijas salīdzinātāji. Turklāt LM311 sērijas salīdzinātājiem ir plašāks barošanas spriegumu diapazons: no bipolāriem ± 15 V, tāpat kā operatīvajos pastiprinātājos, līdz vienpolāriem + 5 ... 15 V.Šis plašais jaudas diapazons ļauj izmantot LM311 sērijas salīdzinājumus kopā ar operatīvie pastiprinātāji, kā arī ar dažādām loģisko shēmu sērijām: TTL, CMOS, DTL un citām.

Turklāt LM311 salīdzinātāji var tieši kontrolēt lampas un releju tinumus ar darba spriegumu līdz 50V un strāvu, kas nepārsniedz 50mA. Papildus LM311 ir arī salīdzinātāji LM111 un LM211. Šīs mikroshēmas atšķiras darbības apstākļos, galvenokārt temperatūrā. LM311 darbības diapazons ir 0 ° C ... + 70 ° C (komerciālais diapazons) LM211 -25 ° C ... + 85 ° C (rūpnieciskais), LM311 -55 ° C ... + 125 ° C (militārais pieņēmums).

Pilni vietējā LM311 salīdzinātāja analogi ir 521CA3, 554CA3 un daži citi. Nomainot, jums nav jāmaina shēma un pat nav jāpārskata shēmas plate. Jums jāpievērš uzmanība tikai tam, ka salīdzināšanas ierīces, tāpat kā citas mikroshēmas, ir pieejamas dažādos gadījumos, tāpēc, pērkot tās, jums tam jāpievērš maksimāla uzmanība, it īpaši, ja šis pirkums tiks izmantots gatavās ierīces remontam.

7. attēlā parādīts LM311 salīdzinātāja pinouts (pin), kas izgatavots dažādos gadījumos.

6. attēls. Salīdzinātājs LM311

7. attēls. LM311 salīdzinātāja pinouts (pinout), izgatavots dažādos gadījumos.

Patiesībā daudz vairāk var rakstīt par salīdzinātājiem. Ar viņu palīdzību jūs varat darīt foto relejs, termiskais relejs, elektriskā lauka indikators, kapacitīvais relejs un daudzas citas noderīgas ierīces.

LM311 salīdzinātāja "datu lapā" ir atrodamas vairākas interesantas un noderīgas shēmas, kur tās ir norādītas kā tipiskas komutācijas shēmas. Tieši šādā formā salīdzināšanas tiek izmantoti diezgan bieži. Šeit ir tikai tipisko shēmu apraksti, kas doti “tipiskā”, angļu valodā. Bet pat nezinot svešvalodu, jūs to varat izdomāt, vismaz ar tiešsaistes tulkotāja Google palīdzību.

Turpinājums rakstam: Dažas vienkāršas salīdzināšanas shēmas

Boriss Aladyshkin