Kapag nagdidisenyo ng mga electronic circuit, madalas na kinakailangan upang ihambing ang antas ng dalawang boltahe. Para dito, ginagamit ang isang aparato tulad ng isang comparator. Ang pangalan ng node ay bumalik sa Latin comparare, o, sa halip, sa Ingles upang ihambing - upang ihambing.
Nilalaman
Ano ang isang paghahambing ng boltahe
Sa pangkalahatang kaso, ang isang comparator ay isang aparato na may dalawang input para sa pagbibigay ng mga inihambing na halaga (boltahe) at isang output para sa resulta ng paghahambing. Ang comparator ay may dalawang input para sa pagbibigay ng inihambing na mga parameter - direkta at kabaligtaran. Ang output ay nakatakda sa isang lohikal na yunit kapag ang boltahe ng direktang input ay lumampas sa kabaligtaran, at zero - kung vice versa. Kung, na may positibong pagkakaiba sa pagitan ng kabaligtaran at direktang pag-input, ang isa ay nakatakda, at sa kabaligtaran na sitwasyon - zero, kung gayon ang naturang paghahambing ay tinatawag na inverting.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng comparator
Ito ay maginhawa upang bumuo ng isang comparator sa amplifier ng pagpapatakbo (OU).Para dito, ang mga katangian nito ay direktang ginagamit:
- pagpapalakas ng pagkakaiba ng signal sa pagitan ng direktang at inverting input;
- walang hanggan (sa pagsasanay - mula sa 10000 at sa itaas) kadahilanan ng amplification.
Ang pagpapatakbo ng op-amp bilang isang comparator ay maaaring isaalang-alang sa sumusunod na switching scheme:
Hayaang magkaroon ng op-amp na may gain na 10000, ang supply boltahe ay bipolar, + 5 V at minus 5 V. divider sa inverting input, ang reference level ay nakatakda sa eksaktong 0 volts, sa direct input, minus 5 volts ay inalis mula sa potentiometer slider. Dapat palakasin ng operational amplifier ang pagkakaiba ng 10,000 beses, ayon sa teorya, ang boltahe na minus 50,000 volts ay dapat lumitaw sa output. Ngunit ang opamp ay wala kahit saan upang kumuha ng tulad ng isang boltahe, at ito ay lumilikha ng pinakamataas na posible - ang supply boltahe, minus 5 volts.
Kung sisimulan mong itaas ang boltahe sa direktang input, susubukan ng op amp na itakda ang pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng mga input, na pinarami ng 10000. Magtatagumpay ito kapag ang input boltahe ay lumalapit sa zero at nagiging humigit-kumulang minus 0.0005 V. Sa karagdagang pagtaas sa ang input boltahe sa positibong input, ang output ay tataas sa zero at sa itaas, at sa isang boltahe ng +0.0005 volts ito ay magiging +5 V at hindi na tataas pa - wala kahit saan. Kaya, kapag ang input boltahe ay pumasa sa zero level (mas tiyak, minus 0.0005 volts - + 0.0005), ang output boltahe ay tumalon mula sa minus 5 volts hanggang +5 volts. Sa madaling salita, hangga't ang boltahe sa direktang input ay mas mababa kaysa sa inverting input, ang comparator output ay nakatakda sa zero. Kung mas mataas - isa.
Ang interes ay ang seksyon ng pagkakaiba sa antas sa mga input mula sa minus 0.0005 volts hanggang + 0.0005.Sa teorya, kapag pumasa ito, magkakaroon ng maayos na pagtaas mula sa negatibo patungo sa positibong boltahe ng suplay. Sa pagsasagawa, ang saklaw na ito ay napakakitid, at dahil sa pagkagambala, pagkagambala, kawalang-tatag ng boltahe ng supply, atbp. na may tinatayang pagkakapantay-pantay ng mga boltahe sa mga input, magaganap ang isang magulong operasyon ng comparator sa magkabilang direksyon. Kung mas mababa ang nakuha ng op-amp, mas malawak ang window ng kawalang-tatag na ito. Kung kinokontrol ng comparator ang actuator, magiging sanhi ito upang gumana ito sa oras (pag-click sa relay, paghampas ng balbula, atbp.), Na maaaring humantong sa mekanikal na pagkabigo o overheating nito.
Upang maiwasan ito, ang isang mababaw na positibong feedback ay nilikha sa pamamagitan ng pag-on sa risistor na ipinahiwatig ng dashed line. Lumilikha ito ng bahagyang hysteresis, na nagbabago sa mga switching threshold habang ang boltahe ay pumasa pataas at pababa na nauugnay sa reference. Halimbawa, ang comparator ay tataas sa 0.1 volts, at pababa sa eksaktong zero (depende sa lalim ng feedback). Aalisin nito ang window ng kawalang-tatag. Ang halaga ng risistor na ito ay maaaring mula sa ilang daang kilo-ohms hanggang sa ilang mega-ohms. Kung mas mababa ang paglaban, mas malaki ang pagkakaiba sa pagitan ng mga threshold.
Mayroon ding mga dalubhasang comparator IC. Halimbawa, ang LM393. Sa ganitong mga microcircuits, mayroong isang high-speed operational amplifier (o marami), ang isang built-in na divider ay maaaring mai-install na lumilikha ng isang reference na boltahe. Ang isa pang pagkakaiba sa pagitan ng mga naturang comparator at mga device na binuo sa pangkalahatang layunin na mga op amp ay ang marami sa mga ito ay nangangailangan ng unipolar power supply. Karamihan sa mga opamps ay nangangailangan ng bipolar voltage. Ang pagpili ng uri ng microcircuit ay ginawa sa panahon ng pag-unlad ng aparato.
Mga tampok ng mga digital comparator
Ang mga comparator ay ginagamit din sa digital na teknolohiya, bagaman ito ay parang kabalintunaan, sa unang tingin. Pagkatapos ng lahat, mayroon lamang dalawang antas ng boltahe - isa at zero. At walang kabuluhan na ikumpara sila. Ngunit maaari mong ihambing ang dalawang binary na numero, na maaaring ma-convert sa anumang mga analog na halaga (kabilang ang boltahe).
Hayaang magkaroon ng dalawang binary na salita ng parehong haba sa mga bit:
X=X3X2X1X0 at Y=Y3Y2Y1Y.
Ang mga ito ay itinuturing na pantay sa halaga kung ang lahat ng mga bit ay bitwise pantay:
1101=1101 => X=Y.
Kung hindi bababa sa isang bit ay naiiba, kung gayon ang mga numero ay hindi pantay. Ang mas malaking bilang ay tinutukoy ng isang bitwise na paghahambing, na nagsisimula sa pinaka makabuluhang bit:
- 1101>101 - dito ang unang bit ng X ay mas malaki kaysa sa unang bit ng Y, at X>Y;
- 1101>101 - ang mga unang bit ay pantay, ngunit ang pangalawang bit ng X ay mas malaki at X>Y;
- 111<1110 - Y ay may mas malaking ikatlong bit, at ang mas malaking halaga ng hindi bababa sa makabuluhang digit ng X ay hindi mahalaga, X<Y.
Ang pagpapatupad ng naturang paghahambing ay maaaring itayo sa mga logic circuit ng mga pangunahing elemento AT-HINDI, O-HINDI, ngunit mas madaling gamitin ang mga natapos na produkto. Halimbawa, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), domestic K564IP2 at iba pang serye ng microcircuits. Ang mga ito ay 2-8 bit comparator na may katumbas na bilang ng data at control input. Sa karamihan ng mga kaso, ang mga digital comparator ay may 3 output:
- higit pa;
- mas kaunti;
- katumbas.
Hindi tulad ng mga analog na aparato, na may binary comparator, ang pagkakapantay-pantay sa mga input ay hindi isang hindi kanais-nais na sitwasyon at hindi sinusubukang iwasan.
Ang ganitong aparato ay madali ring bumuo ng programmatically gamit ang mga function ng Boolean algebra.Ang isa pang pagpipilian - maraming mga microcontroller ang may "nakasakay" na mga analog comparator na may hiwalay na mga panlabas na output, na naglalabas ng isang handa na resulta ng paghahambing ng dalawang mga halaga sa anyo ng 0 o 1 sa panloob na circuit. Ito ay nagse-save ng mapagkukunan ng mga maliliit na sistema ng computing .
Saan ginagamit ang boltahe comparator?
Malawak ang saklaw ng comparator. Dito, halimbawa, maaari kang bumuo ng isang threshold relay. Upang gawin ito, kailangan mo ng isang sensor na nagko-convert ng anumang halaga sa boltahe. Ang halagang ito ay maaaring:
- antas ng pag-iilaw;
- antas ng ingay;
- antas ng likido sa isang sisidlan o reservoir;
- anumang iba pang mga halaga.
Maaaring gamitin ang potentiometer upang itakda ang antas ng trigger ng comparator. Ang output signal sa pamamagitan ng key ay ibinibigay sa indicator o actuator.
Kung pinapataas mo ang hysteresis, maaaring gumana ang comparator bilang isang Schmitt trigger. Kapag ang isang mabagal na pagbabago ng boltahe ay inilapat sa input, ang output ay magiging discrete signal may matarik na harapan.
Ang dalawang elemento ay maaaring konektado upang bumuo ng isang dalawang-threshold comparator, o isang window comparator.
Dito, ang boltahe ng threshold ay nakatakda nang hiwalay para sa bawat comparator - para sa itaas sa direktang input, para sa mas mababang isa sa kabaligtaran. Ang mga libreng input ay pinagsama, ang mga ito ay ibinibigay sa sinusukat na boltahe. Ang mga output ay konektado ayon sa "mounting OR" scheme. Kapag lumampas ang boltahe sa itinakdang upper o lower limit, ang isa sa mga comparator ay gumagawa ng mataas na antas sa output.
Ang isang multilevel comparator ay binuo mula sa ilang mga elemento, na maaaring magamit bilang isang linear na tagapagpahiwatig ng boltahe, o isang halaga na na-convert sa boltahe. Para sa apat na antas, ang scheme ay ang mga sumusunod:
Sa circuit na ito, ang isang reference na boltahe ay inilalapat sa input ng bawat elemento. Ang mga inverting input ay konektado nang magkasama, natatanggap nila ang sinusukat na signal. Kapag naabot na ang antas ng pag-trigger, iilaw ang kaukulang LED. Kung ang mga elemento ng radiating ay nakaayos sa isang linya, ang isang light strip ay makukuha, ang haba nito ay nag-iiba alinsunod sa antas ng inilapat na boltahe.
Ang parehong circuit ay maaaring gamitin bilang isang analog-to-digital converter (ADC). Kino-convert nito ang input boltahe sa kaukulang binary code. Ang mas maraming elemento ay kasama sa ADC, mas malaki ang bit depth, mas tumpak ang conversion. Sa pagsasagawa, ang line code ay hindi maginhawang gamitin, at ito ay na-convert sa isang pamilyar na code gamit ang isang encoder. Maaaring itayo ang encoder sa mga lohikal na elemento, gumamit ng yari na microcircuit, o gumamit ng ROM na may naaangkop na firmware.
Ang saklaw ng mga comparator sa propesyonal at amateur circuitry ay magkakaiba. Ang wastong paggamit ng mga elementong ito ay nagbibigay-daan sa paglutas ng malawak na hanay ng mga problema.
Mga katulad na artikulo:
