Сравнителни вериги

Как се сравнява напрежението

В много описания сравнителят се сравнява с конвенционалните лостови везни, както в базар: на едната купа се поставя стандарт - тежести, а продавачът започва да слага стоки, например картофи, от другата. Веднага щом теглото на продукта стане равно на теглото на тежестите, по-точно малко повече, чашата с тежести се втурва нагоре. Претеглянето приключи.

Същото се случва и с сравнителя, само в този случай ролята на теглата се играе от еталонното напрежение, а входният сигнал се използва като картоф. Щом се появи логическа единица на изхода на сравнителя, се счита, че е извършено сравнението на напрежението. Това е самото „малко повече“, което в директории се нарича „прагова чувствителност на сравнителя“.

Проверка на сравнител на напрежение

Нови ханове - инженерите по електроника често питат как да проверят определена част. За да проверите сравнителя, не е необходимо да сглобявате никаква сложна схема. Достатъчно е да свържете волтметър към изхода на сравнителя и да приложите регулирани напрежения към входовете и да определите дали сравнителят работи или не. И, разбира се, ще бъде много добре, ако все още не забравяте да приложите мощност към сравнителя!

Въпреки това, не трябва да забравяме, че много сравнители имат изходен транзистор, в който щифтовете за колектор и емитер просто "висят във въздуха", което беше описано в статията „Аналогови компаратори“, Следователно тези заключения трябва да бъдат съответно свързани. Как да направите това е показано на фигура 1.

Фигура 1. Схемата за свързване на сравнителя

Референтното напрежение, получено от разделител R2, R3 от захранващо напрежение + 5V. В резултат на това се получава 2.5V на обратния вход. Да предположим, че плъзгачът на променливия резистор R1 е в най-ниското положение, т.е. напрежението върху него е 0V. Същото напрежение е на директния вход на сравнителя.

Ако сега чрез завъртане на двигателя на променливия резистор R1 постепенно увеличете напрежението на директния вход на компаратора, тогава когато се достигне 2.5V, на изхода на компаратора ще се появи логика 1, която ще отвори изходния транзистор, светодиодът HL1 ще светне.

Ако сега двигателят R1 се завърти в посока на намаляващо напрежение, тогава в определен момент LED HL1 без съмнение ще изгасне. Това показва правилната работа на компаратора.

Експериментът може да бъде донякъде сложен: измерете напрежението на директния вход на сравнителя с волтметър и фиксирайте при какво напрежение ще светне светодиодът и при кое изгасване. Разликата в тези напрежения ще бъде хистерезиса на сравнителя. Между другото, някои сравнители имат специален щифт (щифт) за регулиране на стойността на хистерезиса.

За да проведете подобен експеримент, ще ви е необходим цифров волтметър, способен да „улавя“ миливолта, многооборотен резистор за подрязване и доста голямо търпение за изпълнителя. Ако търпението за подобен експеримент не е достатъчно, можете да направите следното, което е много по-просто: да смените директните и обратните входове и да завъртите променливия резистор, за да наблюдавате как се държи светодиода, т.е. сравнение на продукцията

Фигура 1 показва просто блокова схема, така че номерата на пиновете не са посочени. Когато проверявате истински сравнителен продукт, ще трябва да се справите с неговото изравняване (pinout). След това ще бъдат разгледани някои практически схеми и ще бъде дадено кратко описание на тяхната работа.

Често в един случай има няколко сравнителни, два или четири, което ви позволява да създавате различни устройства, без да инсталирате допълнителни чипове на дъската. Сравнителите могат да бъдат независими един от друг, но в някои случаи имат вътрешни връзки. Като такъв чип помислете за двойния компаратор MAX933.

Сравнител MAX933

Два компаратора "живеят" в един корпус на микросхемата. В допълнение към самите сравнители, вътре в микросхемата има вграден референтен източник на напрежение 1,182 V. На фигурата той е показан под формата на ценеров диод, който вече е свързан вътре в микросхемата: към горния компаратор към обратния вход, а в долната част - по права линия. Това улеснява създаването на многостепенен сравнител в съответствие с принципите на „Малко“, „Норма“, „Много“ (детектори за напрежение / пренапрежение). Такива сравнители се наричат ​​прозорци, тъй като позицията „норма“ е в „прозореца“ между „няколко“ и „много“.

Проучете сравнителната програма Multisim

Фигура 2 показва измерването на еталонното напрежение, произведено с помощта на симулационния софтуер Multisim. Измерването се извършва с мултицет XMM2, който показва 1.182V, което напълно съответства на стойността, посочена в информационния лист на сравнителя. Пин 5 HYST, - настройка на хистерезис, в този случай не се използва.

Фигура 2

Използвайки превключвател S1, можете да зададете нивото на входното напрежение и наведнъж и на двата сравнителя: затворен превключвател подава ниско ниво на входовете (по-малко от референтното напрежение), както е показано на фигура 3, отворено състояние съответства на високо ниво, - Фигура 4. Състояние на изходите на сравнителите показано от мултиметри XMM1, XMM2.

Коментарите към фигурите са напълно излишни - за да разберете логиката на сравнителите, достатъчно е внимателно да разгледате показанията на мултицеторите и позицията на превключвателя S1. Само трябва да се добави, че подобна схема може да се препоръча за проверка на истински "железен" сравнител.

Фигура 3

Фигура 4

Тестова верига за напрежение

Схемата на такъв сравнител, показана в листа с данни, е показана на фигура 5.

За изходните сигнали за под напрежение (OUTA) и пренапрежение (OUTB) нивото на активния сигнал е ниско, както е показано чрез подчертаване на сигналите отгоре. Понякога за тези цели се използва знакът "-" или "/" пред името на сигнала. Тези сигнали могат да бъдат наречени аларми.

Извежда се сигнал POWER GOOD логически елемент Икогато и двете аларми имат ниво на логическа единица. Активният сигнал POWER GOOD е висок.

Ако поне един от алармите е нисък, сигналът POWER GOOD ще изчезне - той също ще стане нисък. Това още веднъж дава възможност да се провери дали логическата верига И за ниски нива е логическа ИЛИ.

Фигура 5. Сравнителна верига

Управляваното входно напрежение се подава през разделителя R1 ... R3, стойността на резисторите на който се изчислява, като се взема предвид обхвата на контролираните напрежения. Процедурата за изчисляване е дадена, дори с пример, в информационния лист.

За да намалите бърборенето по време на превключване, стойността на хистерезиса се задава с помощта на разделителя R4, R5. Тези резистори се изчисляват с помощта на формулите, дадени също в информационния лист. За стойностите, посочени в диаграмата, стойността на хистерезис е 50mV.

Схема за управление на архивирането

Подобни схеми се използват например в алармени системи, Алгоритъмът на работа на тези схеми е доста прост. Ако мрежовото напрежение не успее, системата за сигурност преминава към работа на батерията и когато мрежата е възстановена, тя отново работи от захранването, докато батерията се зарежда. За да се приложи този алгоритъм, трябва да бъдат оценени поне два фактора: наличието на мрежово напрежение и състоянието на батерията.

Функционалната управляваща верига е показана на фигура 6.

Фигура 6. Схема за управление на резервното захранване на един чип

Ректифицираното напрежение + 9VDC се подава през диода към регулатора на напрежението, от което се захранва устройството за сигурност. В този случай разделителят R1, R2 е сензор за мрежово напрежение, който се следи от долния компаратор с изход OUTA. Когато има мрежово напрежение и е в рамките на разума, на изхода на долния компаратор се намира логическа единица, която отваря полевия транзистор Q1, през който се зарежда батерията. Същият сигнал контролира индикатора за работа на мрежата.

В случай на загуба или намаляване на мрежовото напрежение, на изхода на компаратора се появява логическа нула, транзисторът с полеви ефекти се затваря, батерията спира да се зарежда, индикаторът за работа на мрежата се изключва или се променя в различен цвят. Възможна е и появата на звуков сигнал.

Заредена батерия чрез превключващ диод е свързана към стабилизатора и устройството продължава да работи офлайн. Но за да се предпази батерията от пълно разреждане, друг сравнител следи състоянието й, горният според схемата.

Докато батерията все още не се е разредила, напрежението на обратния вход на компаратор B е по-високо от референтното, следователно нивото на изхода на сравнителя е ниско, което съответства на нормалния заряд на батериите. С настъпването на разряда напрежението в делителя R3, R4 пада, а когато стане по-ниско от референтното, на изхода на сравнителя ще се установи високо ниво, което показва, че има ниска батерия. Най-често това състояние се показва от досадното скърцане на устройството.

Време закъснение верига

Показано на Фигура 7.

Фигура 7. Схема на забавяне във времето на сравнителя

Схемата работи както следва. Чрез натискане на бутона MOMENTARY SWITCH кондензатор C се зарежда към напрежението на източника на захранване. Това води до факта, че напрежението на входа IN + става по-високо от референтното напрежение на входа IN-. Следователно, изходът OUT е зададен на висок.

След освобождаване на бутона, кондензаторът започва да се разтоварва през резистора R, а когато напрежението върху него, и следователно, на входа IN + падне под референтното напрежение на входа IN-, изходното ниво на компаратора OUT ще бъде ниско. Когато натиснете отново бутона, всичко се повтаря отново.

Референтното напрежение на входа IN- се задава с помощта на делител на три резистора и със стойностите, посочени на диаграмата, е 100mV. Същият разделител задава хистерезиса на сравнителя (HYST) в рамките на 50mV. По този начин кондензаторът С се разтоварва до напрежение 100 - 50 = 50 mV.

Консумацията на ток на самото устройство е малка, не повече от 35 микроампер, докато изходният ток може да достигне 40 mA.

Закъснението във времето се изчислява по формулата R * C * 4.6 сек. Пример е изчислението със следните данни: 2M & # 937; * 10µF * 4.6 = 92 сек. Ако съпротивлението е посочено в мегаоми, капацитетът е в микрофаради, тогава резултатът се получава за секунди. Но това е само изчислен резултат. Реалното време ще зависи от напрежението на източника на енергия и от качеството на кондензатора, от неговия ток на изтичане.

Някои прости сравнителни схеми

Основата на веригите, които ще бъдат разгледани по-късно, е градиентно реле, верига, която реагира не на наличието на какъвто и да е сигнал, а на скоростта на неговата промяна. Един от тези сензори е фото релечиято диаграма е показана на фигура 8.

Фигура 8. Схема на фоторелето на компаратора

Входният сигнал се получава от делителя, образуван от резистора R1 и фотодиода VD3. Общата точка на този разделител през диодите VD1 и VD2 е свързана към директния и обръщащ вход на компаратора DA1. Така се оказва, че директните и обратните входове имат едно и също напрежение, т.е. няма разлика между напреженията на входовете. При това състояние на входовете чувствителността на сравнителя е близка до максимална.

За да промените състоянието на компаратора, е необходима разлика в напрежението на входовете на единици миливолта. Тук става въпрос за това как да натиснете малкия си пръст в пропастта, висяща на ръба на камък. Междувременно на изхода на сравнителя присъства логическа нула.

Ако осветлението внезапно се промени, напрежението върху фотодиода също се промени, да предположим, че то се увеличава. Изглежда, че заедно с това напрежението и на двата входа на сравнителя ще се промени, и то веднага. Следователно желаната разлика в напрежението на входовете няма да работи и следователно състоянието на изхода на компаратора няма да се промени.

Всичко това би било така, ако не обърнете внимание на кондензатора С1 и резистора R3. Благодарение на тази RC схема, напрежението на обърнат вход на компаратора ще се увеличи с известно закъснение спрямо директния вход. За времето на закъснение напрежението на директния вход ще бъде по-голямо, отколкото при обратното. В резултат на това на изхода на сравнителя ще се появи логическа единица. Този уред няма да се задържи дълго, само за времето на забавяне поради RC веригата.

Подобно фото реле се използва в случаите, когато осветлението се променя достатъчно бързо. Например, в устройства за сигурност или сензори за готови продукти на конвейери, устройството ще реагира на прекъсване на светлинния поток. Друг вариант е като допълнение към системата за видеонаблюдение. Ако насочите фотосензора към екрана на монитора, той ще открие промяна в яркостта и ще включи например аудио сигнал, привличащ вниманието на оператора.

Много е лесно да превърнете разглежданото фото реле в сензор за промяна на температурата, например, в пожарна аларма, За да направите това, просто заменете фотодиода с термистор. В този случай стойността на резистора R1 трябва да е равна на стойността на термистора (обикновено е посочена за температура от 25 ° С). Диаграма на този сензор е показана на фигура 9.

Фигура 9. Диаграма на сензор за измерване на температурата на компаратор

Принципът и смисълът на работата е точно същият като този на фотосензора, описан по-горе. Но този дизайн показва и най-простото изходно устройство - това е тиристорът VS1 и реле K1. Когато се активира сравнителят, тиристорът VS1 се отваря, който включва релето K1.

Тъй като в този случай тиристорът работи в постоянен ток, дори когато управляващият импулс от компаратора приключи, тиристорът ще остане отворен и релето К1 се включва. За да изключите релето, ще трябва да натиснете бутона SB1 или просто да изключите цялата верига.

Вместо термистор можете да използвате магниторезистор, например SM-1, реагиращ на магнитно поле. Тогава получавате магнитно чувствително градиентно реле. Магниторезисторите през миналия XX век са били използвани в клавиатурите на някои компютри.

Ако използвате други сензори, тогава въз основа на градиентното реле можете лесно да направите напълно различни устройства, които реагират на промени в електрическото поле, на звукови вибрации. С помощта на пиезоелектрични сензори е лесно да се създадат ударни сензори и сеизмични вибрации.

Много лесно е с помощта на сравнители да преобразувате „аналоговия“ сигнал в „цифров“. Подобна схема е показана на фигура 10.

Фигура 10. Схема за преобразуване на "аналогов" сигнал в "цифров" сигнал с помощта на сравнител

Фигура 11 показва същата верига, само полярността на изходните импулси е обратна на предишната. Това се постига просто чрез включване на други входни данни.

Фигура 11.

И двете вериги преобразуват амплитудата на входния сигнал в ширината на изходния импулс. Такова преобразуване често се използва в различни електронни схеми. На първо място, в измервателни устройства, комутационни захранващи устройства, цифрови усилватели.

Честотният обхват на устройствата е в диапазона от 5 ... 200KHz, амплитудата на входния сигнал в диапазона от 2 ... 2.5V. Когато използвате германиев диод, преобразуването на амплитудата в широчината на импулса започва от нивото на 80 ... 90mV, докато за силициев диод тази стойност е 250 ... 270mV.

Работната честотна лента на устройството се определя от номиналите на кондензаторите C1, C2. Устройството, сглобено от обслужващи се части, не изисква настройка и настройване на прага на отговор.