Приликом пројектовања електронских кола често је потребно упоредити ниво два напона. За ово се користи уређај као што је компаратор. Назив чвора сеже до латинског цомпараре, или, тачније, до енглеског упоредити - упоредити.
Садржај
Шта је компаратор напона
У општем случају, компаратор је уређај који има два улаза за снабдевање упоређених вредности (напона) и излаз за резултат поређења. Компаратор има два улаза за снабдевање упоређених параметара - директан и инверзни. Излаз се поставља на логичку јединицу када напон директног улаза прелази инверзни, а нула - ако је обрнуто. Ако се, уз позитивну разлику између инверзног и директног улаза, постави један, а у супротној ситуацији - нула, онда се такав компаратор назива инвертујући.
Принцип рада компаратора
Погодно је изградити компаратор операциони појачавач (ОУ).За то се директно користе његове особине:
- појачање разлике сигнала између директног и инвертујућег улаза;
- бесконачан (у пракси - од 10000 и више) фактор појачања.
Рад оп-појачала као компаратора може се размотрити са следећом шемом пребацивања:
Нека постоји оп-амп са појачањем од 10000, напон напајања је биполарни, + 5 В и минус 5 В. разделник на инвертујућем улазу, референтни ниво је постављен на тачно 0 волти, на директном улазу минус 5 волти се уклања са клизача потенциометра. Оперативни појачавач треба да појача разлику за 10.000 пута, теоретски, на излазу треба да се појави напон од минус 50.000 волти. Али опамп нема где да узме такав напон, а ствара максимално могући - напон напајања, минус 5 волти.
Ако почнете да повећавате напон на директном улазу, оперативно појачало ће покушати да подеси разлику напона између улаза, помножену са 10000. Успеће када се улазни напон приближи нули и постане приближно минус 0,0005 В. Уз даље повећање улазни напон на позитивном улазу, излаз ће порасти на нулу и више, а на напону од +0,0005 волти постаће +5 В и неће даље расти - нема нигде. Дакле, када улазни напон пређе нулти ниво (тачније, минус 0,0005 волти - + 0,0005), излазни напон ће скочити са минус 5 волти на +5 волти. Другим речима, све док је напон на директном улазу нижи него на инвертном улазу, излаз компаратора је постављен на нулу. Ако је виши - један.
Интересантан је пресек разлике нивоа на улазима од минус 0,0005 волти до + 0,0005.У теорији, када прође, доћи ће до глатког пораста са негативног на позитиван напон напајања. У пракси је овај опсег веома узак, а због сметњи, сметњи, нестабилности напона напајања итд. са приближном једнакошћу напона на улазима, доћи ће до хаотичног рада компаратора у оба смера. Што је ниже појачање оп-појачала, шири је овај прозор нестабилности. Ако компаратор контролише актуатор, то ће довести до његовог благовременог рада (клик на релеј, залупање вентила, итд.), Што може довести до његовог механичког квара или прегревања.
Да би се ово избегло, ствара се плитка позитивна повратна спрега укључивањем отпорника означеног испрекиданом линијом. Ово ствара благу хистерезу, померајући прагове пребацивања како напон прелази горе-доле у односу на референцу. На пример, компаратор ће се пребацити на горе на 0,1 волти, а на доле на тачно нулу (у зависности од дубине повратне информације). Ово ће елиминисати прозор нестабилности. Вредност овог отпорника може бити од неколико стотина кило-ома до неколико мега-ома. Што је отпор мањи, већа је разлика између прагова.
Постоје и специјализоване компараторске ИЦ-ове. На пример, ЛМ393. У таквим микро круговима постоји брзи оперативни појачавач (или неколико), може се инсталирати уграђени раздјелник који ствара референтни напон. Још једна разлика између оваквих компаратора и уређаја изграђених на оперативним појачалима опште намене је у томе што многи од њих захтевају униполарно напајање. Већина оперативних појачала захтева биполарни напон. Избор типа микрокола се врши током развоја уређаја.
Карактеристике дигиталних компаратора
Компаратори се користе и у дигиталној технологији, иако ово на први поглед звучи парадоксално. На крају крајева, постоје само два нивоа напона - један и нула. И бесмислено је поредити их. Али можете упоредити два бинарна броја, која се могу претворити у било коју аналогну вредност (укључујући напон).
Нека постоје две бинарне речи исте дужине у битовима:
Кс=Кс3Икс2Икс1Икс0 и И=И3И2И1И.
Сматрају се једнаким по вредности ако су сви битови једнаки:
1101=1101 => Кс=И.
Ако је бар један бит различит, онда бројеви нису једнаки. Већи број се одређује упоређивањем по биту, почевши од најзначајнијег бита:
- 1101>101 - овде је први бит Кс већи од првог бита И, и Кс>И;
- 1101>101 - први битови су једнаки, али је други бит Кс већи и Кс>И;
- 111<1110 - И има већи трећи бит, а већа вредност најмање значајне цифре Кс није битна, Кс<И.
Имплементација оваквог поређења може се градити на логичким колима основних елемената И-НЕ, ИЛИ-НЕ, али је лакше користити готове производе. На пример, 4063 (ЦМОС), 7485 (ТТЛ), домаћи К564ИП2 и друге серије микро кола. Они су 2-8-битни компаратори са одговарајућим бројем улаза података и контроле. У већини случајева дигитални компаратор има 3 излаза:
- више;
- мање;
- једнаки.
За разлику од аналогних уређаја, са бинарним компараторима, једнакост на улазима није непожељна ситуација и не покушава се избећи.
Такав уређај је такође лако програмски изградити користећи функције Булове алгебре.Друга опција - многи микроконтролери имају "уграђене" аналогне компараторе са одвојеним екстерним излазима, који дају готов резултат поређења две вредности у облику 0 или 1 у унутрашње коло. Ово штеди ресурсе малих рачунарских система .
Где се користи компаратор напона?
Обим компаратора је широк. На њему, на пример, можете изградити релеј прага. Да бисте то урадили, потребан вам је сензор који претвара било коју вредност у напон. Ова вредност може бити:
- ниво осветљења;
- Ниво буке;
- ниво течности у посуди или резервоару;
- било које друге вредности.
Потенциометар се може користити за подешавање нивоа окидања компаратора. Излазни сигнал кроз кључ се даје индикатору или актуатору.
Ако повећате хистерезу, онда компаратор може радити као Сцхмитт окидач. Када се на улаз примени полако променљив напон, излаз ће бити дискретни сигнал са стрмим фронтовима.
Два елемента се могу повезати да би формирали компаратор са два прага или компаратор прозора.
Овде се гранични напон поставља посебно за сваки компаратор - за горњи на директном улазу, за доњи на инверзни. Слободни улази су комбиновани, напајају се измереним напоном. Излази су повезани према шеми "монтажа ИЛИ". Када напон пређе постављену горњу или доњу границу, један од компаратора производи висок ниво на излазу.
Вишеслојни компаратор се саставља од неколико елемената, који се могу користити као линеарни индикатор напона, или вредност која се претвара у напон. За четири нивоа, шема ће бити следећа:
У овом колу, референтни напон се примењује на улаз сваког елемента. Инвертујући улази су повезани заједно, примају измерени сигнал. Када се достигне ниво окидача, одговарајући ЛЕД светли. Ако су зрачећи елементи распоређени у линији, добиће се светлосна трака чија дужина варира у складу са нивоом примењеног напона.
Исто коло се може користити као аналогно-дигитални претварач (АДЦ). Он претвара улазни напон у одговарајући бинарни код. Што је више елемената укључено у АДЦ, што је већа дубина бита, то је тачнија конверзија. У пракси, линијски код је незгодан за коришћење и он се конвертује у познати код помоћу енкодера. Кодер може бити изграђен на логичким елементима, користити готова микрокола или користити РОМ са одговарајућим фирмвером.
Опсег компаратора у професионалним и аматерским струјним круговима је разнолик. Правилна употреба ових елемената омогућава решавање широког спектра проблема.
Слични чланци:
