Мультивибратор на компараторе / Хабр
Предыстория
Однажды мне потребовалось повозиться с силовой электроникой и понадобился генератор прямоугольных импульсов с выходным напряжением порядка 24В и частотой колебаний 50..100 кГц. С оборудованием было сложно и пришлось, как всегда, обходиться подручными средствами.
Самое простое решение — сделать мультивибратор на 2-х транзисторах. Но этот вариант плохой, во-первых, транзисторный мультивибратор не дает импульсов с крутыми фронтами, а это значит, что если он управляет силовыми ключами преобразователя, то в них возникнут большие потери на переключение. Во-вторых, частота колебаний мультивибратора сильно зависит от питающего напряжения.
Происходит это потому, что при переключении мультивибратора к переходу база-эмиттер закрытого транзистора прикладывается запирающее напряжение, практически равное напряжению питания.
Итак, на базу транзистора попадает -24В, а напряжение пробоя перехода -5..-10В. Естественно, при переключении происходит лавинный пробой перехода.
Мультивибратор, конечно, будет работать, но надежность его работы невысока, а частота колебаний сильно зависит от напряжения питания.
Решение задачи
Что же делать? Напряжение 24В выдержит любой операционный усилитель, поэтому можно сделать мультивибратор на ОУ, а еще лучше на компараторе. Компаратор специально спроектирован так, чтобы получить максимальную скорость переключения. Схему такого мультивибратора можно найти в любом учебнике электроники, например, в [1] или [2].
Рис.1. Теория.Как она устроена? Смотрим на рисунок. В схеме есть заряд-разрядная цепочка RC и управляемый делитель напряжения R1, R2, R3. Напряжение на делителе управляется напряжением на выходе компаратора. Если на выходе компаратора будет логическая единица, то оно равно V1, а если логический ноль, то V0.
Как работает схема? Подадим питание. В начальный момент времени конденсатор С еще не зарядился, и напряжение на нем и на инвертирующем (минусовом) входе компаратора равно нулю. На не инвертирующем (плюсовом) входе напряжение больше нуля.
Поэтому на выходе компаратора будет логическая единица, т. е. напряжение, почти равное напряжению питания Vs (если Rн намного меньше R3).
Напряжение на “плюсовом” входе V1 задает делитель, верхнее плечо которого образуют резисторы R1 и R3, подключенные параллельно к источнику Vs, а в нижнем плече стоит резистор R2.
Конденсатор C постепенно заряжается выходным напряжением компаратора. Как только напряжение на конденсаторе достигает напряжения V1, компаратор перебросится и на его выходе появляется логический ноль.
Напряжение на управляемом делителе уменьшится до величины V0 (сейчас в верхнем плече стоит резистор R1, а в нижнем параллельно соединенные R2 и R3). Конденсатор С2 станет разряжаться. Как только напряжение на нем достигнет напряжения V0, компаратор снова перебросится и далее цикл колебаний повторится.
Расчет периода
Теперь можно рассчитать период колебаний мультивибратора.
По закону Ома напряжение V1 равно:
Преобразуем эту формулу через проводимости:
V1 = Vs / ( 1 + R1||R3 / R2 ) = Vs / ( 1 + y2 / (y1 + y3) ) = Vs ( y1 + y3 ) / ( y1 + y2 + y3 )
Если все сопротивления равны, то V1 = (2 / 3) Vs
Затем находим напряжение V0 оно равно:
Преобразуем эту формулу через проводимости:
V0 = Vs / (1 + R1 / R2||R3 ) = Vs / ( 1 + ( y2 + y3 ) / y1 ) = Vs y1 / ( y1 + y2 + y3 )
Если все сопротивления равны, то V0 = Vs / 3
При переключении компаратора конденсатор С разряжается по экспоненте.
Время разряда равно времени заряда и равно половине периода. Тогда:
Отсюда T = 2 RC ln( V1 / V0 ) = 2 RC ln[ ( y1 + y3 ) / y1 ]
Окончательно период мультивибратора равен:
В частном случае, если R1 = R3 период T= 1,386 RC
Если же R3 = 2 R1 период T= 0,811 RC
Практика
После этих глубоких изысканий пора приступить к делу 🤠. Берем самый распространенный компаратор LM311. Предельное напряжение его питания 36 В. Это подходит. Предельный выходной ток 50 мА. Сопротивление нагрузки выбираем 2 кОм, при этом ток через него 12 мА, а выделяемая мощность 144 мВт, что вполне приемлемо. Сопротивления R1 — R3 должны составлять десятки килоом, причем R3 по крайне мере на порядок больше чем Rн. Выбираем их значения равными 20 кОм. Емкость конденсатора C = 2200 пФ.
Рис.2. Практическая схема.Чтобы не тратить время на разводку печатной платы, я воспользовался многоразовой макеткой. Получившаяся экспериментальная установка показана на рисунке 3.
Видно, что верхушка импульсов из-за тока зарядки конденсатора слегка «скошена». Частота колебаний получилась 14,12 кГц, а расчетная 16,4 кГц, расхождение почти 14% , что явно больше 5% допуска элементов. Почему так происходит? Чтобы разобраться, возьмем несколько попавшихся под руку конденсаторов и измерим как меняется частота от емкости.
Емкость конденсатора, пФ | Тип, вид диэлектрика | Частота колебаний, кГц |
Собственная емкость монтажа | — | 1350 |
47 | К10-17б имп, NP0 | 486 |
680 | К10-17б имп, NP0 | 48,26 |
1000 | К73-17, NP0 | 35,06 |
2200 | К10-17б имп, X7R | 14,12 |
Максимально возможная частота колебаний определяется собственной емкостью компаратора и монтажа См и равна 1350 кГц.
Отсюда нетрудно вычислить, что См=27 пФ. Фронты импульсов показаны на рисунке 4 слева, их форма сильно завалена. Достаточно крутые фронты можно получить на частоте ниже 500 кГц.
Сравним теорию с практикой с учетом емкости монтажа.
Емкость, пФ | Частота теоретическая, кГц | Частота практическая, кГц | Погрешность, % |
27 | 1350 | 1350 | 0 |
47+27 | 487,5 | 486 | -0,3 |
680+27 | 51,025 | 48,26 | -5 |
1000+27 | 35,13 | 35,06 | -0,1 |
2200+27 | 16,2 | 14,12 | -12,8 |
Теперь ясно, что все дело в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость керамики X7R, а особенно Y5V, сильно зависит от напряжения и температуры.
Поэтому конденсаторы с таким диэлектриком не стоит применять в частотозадающих и интегрирующих цепях.
Конечно, вместо LM311 можно применить и аналогичные отечественные компараторы 521СА3 или 554СА3, в этой схеме они работают ничуть не хуже [3].
Стало интересно, а как поведет себя схема при изменениях температуры?
Чтобы это узнать я сделал другой макет. Резисторы брались высокоточные, типа С2-29В 0,1% R1-R3=30,1 кОм, R=37,5 кОм, а конденсатор С марки К73-17 величиной 0,1 мкФ.
Расчетный период схемы T = 1,386 RC = 5,2 мс соответствует частоте 192,4 Гц.
Температура, ℃ | Частота,Гц | Отклонение, % |
+85 | 191,4 | -1,2 |
+25 | 193,7 | 0 |
-40 | 200,9 | +3,7 |
Максимальное отклонение частоты в индустриальном диапазоне температур составило почти 4%.
Но его можно уменьшить, применив высокостабильный конденсатор К71-7, а также микросхемы с низкими входными токами и температурным дрейфом напряжения смещения.
Литература.
П. Хоровиц. У. Хилл. Искусство схемотехники: Пер. с англ. — Изд. 7-е. — М.: Мир, БИНОМ, 2011. — 704c. ил./ Cтр.321.
Г.И. Волович. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2-е изд, испр. — М.: Додека, 2007. — 528c. ил./ Cтр.197.
Б. Успенский. Интегральные компараторы напряжения //В помощь радиолюбителю: Сборник.Вып.97/ Сост Б.Г.Успенский — М.:ДОСААФ, 1987. — 78.с ил./ Стр.49.
| Минимальная Рабочая Температура | -40 C |
| Максимальная Рабочая Температура | 125 C |
| Время Реакции | 1.3мкс |
| Количество Выводов | 14вывод(-ов) |
| Уровень Чувствительности к Влажности (MSL) | MSL 1 — Безлимитный |
| Тип Выхода Микросхемы | открытый коллектор |
| Стандарты Автомобильной Промышленности | AEC-Q100 |
| Диапазон Напряжения Питания | 2В до 36В, ± 1В до ± 18В |
| Тип Компаратора | напряжение |
| Количество Компараторов | 4 Компаратора |
| Стиль Корпуса Компаратора | sop |
| Ib — Входной ток смещения | 50 nA |
| Ios — Входной ток разбаланса | 5 nA |
| Pd — рассеивание мощности | 560 mW |
| Vos — Входное напряжение смещения нуля | 2 mV |
| Вид монтажа | SMD/SMT |
| Время отклика | 1. 3 us |
| Выходной ток на канал | 16 mA |
| Другие названия товара № | BA2901YF-C |
| Категория продукта | Аналоговые компараторы |
| Квалификация | AEC-Q100 |
| Количество каналов | 2 Channel |
| Напряжение питания — макс. | 36 V |
| Напряжение питания — мин. | 2 V |
| Отключение | No Shutdown |
| Подкатегория | Amplifier ICs |
| Продукт | Analog Comparators |
| Рабочий ток источника питания | 800 uA |
| Размер фабричной упаковки | 2500 |
| Серия | BA2901xx |
| Тип входа | Differential |
| Тип выхода | Open Collector |
| Тип продукта | Analog Comparators |
| Торговая марка | ROHM Semiconductor |
| Упаковка / блок | SOP-14 |
| Вес, г | 0. 23 |
как работает, на операционном усилителе, микросхема
Слово «компаратор» произошло от латинского «comparare» и в буквальном русском переводе означает «сравнивать». Он производится в разнообразных модификациях, которые востребованы современной электронной промышленностью. Самые простые конструкции для сравнения контролируемых данных обладают 2-мя входами аналогового типа и одним цифровым. Базу его функционирования обеспечивает дифференциальный каскад, имеющий мощные усилительные характеристики. Компаратор напряжения довольно востребованное устройство и используется в областях, связанных с измерениями либо которые используют превращение сигнала из аналогового в цифровой.
Что такое компаратор напряжения
Принцип функционирования компаратора напряжения (КН) можно сравнить с весами рычажного типа. Когда на одну чашу весов укладывается эталонная гиря, а на другую — измеряемый продукт. В то время, когда вес продукта будет одинаковым с массой контрольного веса, чаша с эталонным весом поднимается выше, после чего процесс взвешивания заканчивается.
В КН вместо гирь функционирует основное напряжение, а продукт заменяет входящий сигнал. Когда образуется логическая «1» на выходе компаратора, начинается процесс сопоставления значений напряжения. Для проверки такого прибора не потребуется выполнения трудозатратной схемы. Достаточно подключить выходной вольтметр, а на вводы — регулируемое напряжение. При смене входных параметров на вольтметре будет видима функциональность КН, параметры настройки задаются схемой.
Принцип работы компаратора
Самым простым прибором считается компаратор, который сопоставляет напряжение, поступающее на один из входов, с базовым показателем, присутствующим на ином входе. Примитивный компаратор напряжения на операционном усилителе (ОУ) — без обратной связи.
Принцип работыКН выполнен в виде электронной схемы с 2-мя входящими напряжениями и может устанавливать большее значение. Просто выполнить модели КН из ОУ, так как полярность выходящей электроцепи операционного усилителя исходит от полярности разности показателей напряжения на 2-х входах.
Представим, что существует фотоэлемент, который производит 0.5 В под воздействием солнечного света, и необходимо применять данный фотоэлемент в роли измерителя для установления периода дневного освещения. В таких случаях лучший вариант — применять КН, чтобы сопоставить напряжение от фотоэлемента с контролируемым показателем 0.5 В.
В цепи КН, первоначальное опорное напряжение поступает на инвертирующем вводе (U -), после напряжение, которое будут сравнивать с опорным, поступает на неинвертирующий ввод. Выходное значение исключительно зависит от входного размера по отношению к опорному напряжению.
Схема компаратораСхема компаратора:
- Менее эталонного — отрицательный;
- равноправный опорному — «0»;
- более эталонного значения — положительный.
ОУ компаратора сравнивает один уровень аналогового напряжения с другим уровнем аналогового напряжения или каким-либо опорным напряжением, и выдает выходной сигнал на основе этого сравнения напряжения.
Компараторы напряжения либо используют положительную обратную связь, либо вообще не используют ее в режиме разомкнутого контура. Затем выходной сигнал КН подается полностью на его положительную шину питания + Ucc или на отрицательную шину питания —Ucc, при приложении переменного входного сигнала, который проходит некоторое предварительно установленное пороговое значение.
КН (-) обратной связьюПараметры прибора
На самом деле, прибор можно расценивать как простейший вольтметр. КН, подобно цифровому прибору, обладает рядом эксплуатационных качеств, подразделяемые на 2 разновидности: статические и динамические.
Параметры прибора- Максимальная чувствительность по отношению к пороговым размерам сигнала, которые КН устанавливает на входе и заменяет потенциал выхода устройства на логический «0» либо «1».
- Размер смещения устанавливается передаточным фактором прибора в отношении установленного образцового положения.
- Входной ток — предельное значение, способное протекать с использованием любого вывода, при этом, не нанеся повреждение прибору.
- Выходной ток — размер тока, во время перехода измерителя в положение «1».
- Разность токов — результат, определяемый при вычитании токовых данных.
- Гистерезис — разница в уровнях входящего сигнала, которая приводит к изменению стабильного выходного состояния.
- Коэффициент понижения сигнала рассчитывается по отношению к дифференциальному сигналу, которые приводят к смене варианта функционирования измерителя.
- Наименьшая и наибольшая номинальная температура — интервал, в котором технологические характеристики прибора не будут изменяться.
Обратите внимание! Все основные параметры КН изображаются в форме параметров переходного типа. Это диаграмма, где по оси Х обозначается время, а Y — напряжение в вольтах.
Как обозначается компаратор на схемах
На схемах компаратора и в электротехнических схемах графическое обозначение измерителя выполняется в форме треугольника, имеющего три выхода. Они обозначаются символами «+» и «-», соответствующих неинвертирующим/инвертирующим показателям, также представляется выходной маркирующий знак «Uout».
Обозначение на схемахКогда (+) на входе микрочипа, степень сигнала станет больше, чем конкретно на инверсном ( — ), то на выводе будет образовываться устойчивое значение. Исходя из схемотехнической базы компаратора, это число имеет возможность принимать вариант логического «0» либо «1». В цифровых электронных устройствах за «12» принимается сигнал, степень напряжения которого имеет 5В, а за «0» установлено его отсутствие. Другими словами, положение выхода измерителя устанавливается как высокое либо низкое. Хотя обычно на практике за логический «0» принимают разность потенциалов до 2.7 В.
Где применяется компаратор напряжения
Часто КН применяют в градиентном реле — схема, которая реагирует на скорость изменения сигнала, например, фотореле.
Такое устройство может использоваться в тех ситуациях, когда освещение меняется довольно стремительно. Например, в охранных установках либо датчиках контроля выпущенных изделий на конвейерах, где прибор станет реагировать на прерывание светового потока.
Еще одна часто используемая схема — датчик измерения температуры и изменения «аналогового» сигнала в «электронный». Оба измерителя преобразовывают амплитуду входящего сигнала в ширину выходящего импульса. Такое превращение довольно часто применяется в разнообразных цифровых схемах. Преимущественно, в измерительных устройствах, блоках питания импульсного типа, электронных усилителях.
Конструкция компаратора
КН нашли обширную область применения в радиоэлектронике разнообразной направленности. В магазинах радиотоваров можно увидеть огромное количество разнообразных микросхем. Но особенно часто применяемыми микросхемами у пользователей считаются:
- LM No 339;
- LM No 311;
- MAX No 934;
- К554СА3.
Они легкодоступны в торговой сети и имеют довольно бюджетную цену. Такие КН выделяются обширным спектром входных параметров. К выходу КН способна присоединяться разнообразная токовая нагрузка, как правило, не превосходящая 50.0 мА. Это могут быть микрореле, варистор, световой диод, оптрон либо абсолютно разные исполнительные модули, однако с предельными по току компонентами.
Фотореле контроля
Подобное реле выпускается методом навесного монтажа. Его применяют в охранных контролирующих системах либо для контролирования степени света. Входящее напряжение попадает на делитель R1 и фотодиод VD3. Их объединенная точка сочетания использует ограничивающие диоды VD1/ VD2, подключенные к входам DA1. В итоге входящая разность потенциалов КН будет отсутствовать, а следовательно, и восприимчивость измерителя станет максимальной.
ФоторелеЧтобы выходящий сигнал смог инвертироваться, потребуется обеспечить входную разницу в 1 мВ. По той причине, что к входу подсоединены С1 и сопротивление R1, размер U на нем станет увеличиваться с незначительной задержкой, равноправной периоду заряда С1.
Зарядный блок
Такой блок питания принимается функционировать непосредственно после сборки. Его базовые опции сводятся к установлению рабочего зарядного тока и порогов, по которым срабатывает КН. При подключении прибора зажигается световой диод, позиционирующий подачу напряжения. На протяжении процесса зарядки обязан непрерывно гореть алый световой диод, который погаснет после того, как аккумуляторная батарея будет полностью заряжена
Зарядный блокПодводимое напряжение от питающего блока настраивается R2, а зарядный ток устанавливается с применением R4. Наладка выполняется с применением сопротивления на 160 Ом, подключающегося в параллель к контактам, которые держат батарейку. Транзистор VT1 размещается на радиаторе, взамен его можно применять КТ814Б. Подобную схему надо будет комплектовать на плате с размером не более 50×50 мм.
Кварцевый генератор
Этот генератор ортогональных импульсов выполняется с использованием российского компаратора K544C3, функционирующего на тактовой гармонике 32.
768 Гц. Схема станет рабочей в спектре входящего напряжения 7-11В с частотой установленной кварцем ZQ1. Тем не менее, для эксплуатации такого девайса сверх 50.0 кГц потребуется понизить значение R5-R6.
При замыкании другого вывода с 0-проводом КН становится подсоединённым по варианту с незакрытым коллектором, а R7 становится нагрузкой. Подстраивание частотности производится совместно, с применением C1. С применением R4 выполняется автозапуск генератора. Меняя значение R2, изменяется импульсная характеристика.
Дополнительная информация! Выбирая конденсаторы С1 или С2, генератор сможет применяться в виде бесконтактного жидкостного датчика. В роли детектора для этой цели потребуется применять микроконтроллер с ПО. Однако возможно использовать и ещё дополнительно компаратор, который станет фиксировать деформации напряжения.
Отсюда следует, что компаратор способен предназначать действия по уровням значений на собственных вводах. Когда они отличаются, то, исходя от дельты U, выход прибора меняет качественное положение.
Именно такие их качества используют создатели, разрабатывая самые разные электроприборы с операционным усилителем.
Двухпороговые компараторы и их применение — Измерительная техника — Инструменты
Двухпороговые компараторы и их применение
Компараторы находят широкое применение в различных устройствах автоматики и телемеханики. Но при их применении есть одно «но».
Многим
радиолюбителям известен так называемый «триггерный эффект» на пороге
срабатывания термо, фотореле, автоматического зарядного устройства и т.п.
Устройство может сработать нормально десятки раз, но иногда наступает такой
неприятный момент, когда исполнительное реле включится, сразу же выключится,
опять включится и т.д. Такое явление может
проявляться довольно длительное время — «подгорают» контакты реле, да и
ресурс работы реле не безграничен.
Если в схеме применены тиристоры, то при
частом включении-выключении они могут греться и выходить из строя, выдавая в
питающую сеть при этом массу гармоник.
В молодости я повторил немало схем из журнала «Радио», построенных с использованием компараторов. В большинстве этих схем «триггерный эффект» был налицо. С 2000 года я больше ничего не повторял и занялся самостоятельным конструированием. Для исключения «триггерного эффекта» в схемах на обычных компараторах я применил двухпороговые компараторы (т.е. такие компараторы, пороги перехода которых из состояния положительного насыщения в состояние отрицательного насыщения и наоборот отличаются друг от друга на небольшую величину).
На рис. 1а, рис. 16
изображены схемы терморегуляторов, в которых использованы двухпороговые
компараторы. Разность температуры включения и выключения реле К1 (рис. 1а)
подбирается подбором сопротивления резистора R2; включения и выключения тринистора VS1 (рис. 16) подбором сопротивления резистора R2.
На длительное время я успокоился (казалось, что более простых компараторов, чем разработал я, уже ни я и никто другой не придумает). Но, небрежно листая мой любимый учебник [1], я обратил внимание на схему двухлорогового компаратора (в данной статье — рис. 2а).
В данной схеме компаратора применена положительная обратная связь (ПОС) через цепочку R1, R2, а входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ.
На рис. 26 построена передаточная характеристика этого компаратора. Объясним ее ход. При значительном отрицательном напряжении на инвертирующем входе ОУ uвых.=Квых.мах . Напряжение Unp. на прямом входе ОУ вызвано воздействием ивых. и Uo. Найдем его методом суперпозиции, учитывая, что для обоих напряжений цепочка R1, R2 выполняет роль делителя:
Unp.l = Uo-R1/(R 1 +R2)+UBbix.max-R2/(R1 +R2) (1)
Компаратор будет в режиме положительного насыщения (uвых.= uвых.max.) при ubx.<Unp.1. При 1)вх.=ипр.1 произойдет переключение компаратора. Остановимся на
этом процессе подробнее.
При UBX.=Unp.1 выходное напряжение ОУ начнет уменьшаться. Отрицательное приращение выходного напряжения по цепочке ПОС R1, R2 поступит на прямой вход ОУ, и появится отрицательное приращение напряжения на прямом входе ОУ. Операционный усилитель усилит это приращение, и на выходе приращение напряжения, которое вновь вызовет изменение напряжения на прямом входе ОУ. Процесс будет развиваться лавинообразно и завершится, когда ивых. достигает значения -uвых.mах. Таким образом, ПОС ускоряет процесс переключения компаратора. Такой ускоренный ход переключения какого-либо устройства под действием ПОС носит название регенеративного процесса. При uвых. — -uвых.mах.
Uno.2 = Uo-R1/(R1+R2HJBbix.max.R2/(R1+R2) (2) Отрицательное насыщение ОУ будет сохраняться при UBX.>Unp.2. При
уменьшении Квх. до значения Unp.2 произойдет новое переключение компаратора,
процесс опять будет развиваться регенеративно и выходное напряжение мгновенно
достигнет значения ивых.тах. Таким образом, передаточная характеристика
компаратора рис.
2в имеет гистерозисный характер и переключение компаратора
при увеличении и уменьшении Uex. происходит
при разных напряжениях Unp.1 и Unp.2.
Ширина петли гистерезиса (Unp.1 — Unp.2)
увеличивается с увеличением отношения R1/R2.
Как все просто и красиво. Правда’ Я тоже так сразу подумал.
Первая проблема — компаратор, построенный на ОУ, в подавляющем большинстве случаев работает совместно с логическими и цифровыми микросхемами, следовательно, двухлолярный источник питания нам как бы и не нужен. Ну да ладно, эта проблема решается очень просто. Всего-навсего необходимо ножку ОУ, на которую подается отрицательное напряжение источника питания, соединить с общим проводом однополярного блока питания.
При этом формулы (1) и 2) превратится в формулы (3) и (4) соответственно.
Unp.1 = Uo-R1/(R1+R2)+UBb)x.max. R2/(R1+R2) (3) Unp.2 = Uo-R1/(R1+R2) (4)
Вторая проблема
посерьезнее. Чтобы компаратор на рис. 2а был таким красивым, как это описано в [1], источник образцового напряжения Uo должен быть идеальным, т.
е. иметь очень малое
внутреннее сопротивление. Такое условие в реальных блоках питания никогда не
выполняется, а применение гальванических источников питания в подавляющем числе случаев нецелесообразно. Я
решил эту проблему. Результат — схема терморегулятора, изображенная на рис. 3.
Схема терморегулятора с тиристором в силовой части свободна от явления «Триггерного эффекта».
Предположим, что данный терморегулятор используют для инкубатора, необходимая температура воздуха в нем должна быть в пределах +38.. .+39 градусов (данный диапазон температур выставляют переменным резистором R2). На ОУ микросхемы DA1 выполнен двухпороговый компаратор. Если температура в инкубаторе ниже +38 градусов, со противление терморезистора сравнительно большое, напряжение на инверсном входе ОУ DA1 меньше напряжения на прямом входе (напряжение на прямом входе приблизительно 3,2 В), компаратор на ОУ находоггся в состоянии положительного насыщения (около 10 В на его выходе).
На управляющий
электрод тринистора VS1
подается положительный потенциал относительно его катода,
тиристор открыт, нагревательный элемент Rh включен.
При достижении температуры воздуха в инкубаторе +38 градусов сопротивление терморезистора R3 уменьшается, компаратор на DA1 переходит в состояние отрицательного насыщения (отсутствие напряжения на его выходе).
На управляющем электроде тиристора установится низкий потенциал относительно его катода , тиристор закроется, и нагреватель отключится от питающей сети.
За счет того, что подстроечный резистор R5 с резистором R4 образуют цепь положительной обратной связи, включаться и выключаться нагреватель будет при немного разной температуре.
Таким образом, температура в инкубаторе поддерживается в пределах 4-38…+39 градусов (необходимую разность температур выставляют подбором сопротивления резистора R5), и явление «триггерного эффекта» в данной схеме терморегулятора отсутствует. При налаживании и эксплуатации устройства необходимо соблюдать осторожность и не касаться деталей, так как в схеме присутствует потенциал сети.
Целесообразно для
более точной и плавной регулировки температуры подобрать переменный резистор R2.
Диоды VD1 …VD4 можно исключить. В этом случае на нагревателе Ян будет только одна полуволна сетевого напряжения, т.е. при мощности 500 Вт на нагревателе будет выделяться 250 Вт, и значительно возрастет надежность и долговечность самого нагревателя.
Печатные платы терморегуляторов рис. 1а и рис. 3 изображены на рис. 4.
Рисунки печатных плат (файл 2compiip) вы можете загрузить с сайта нашего журнала: http://www.radloliga.com (раздел «Программы»)
Александр Маиысовский
Литература
1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. Москва. Энергоатомиздат. 1988 г. ,
гюс. Шевченко Донецкой обл.
Высокоточный двухступенчатый АЦП с изменяемым диапазоном сравнения с использованием компаратора на основе защелки :.
В связи с развитием технологий производства ИС и снижением напряжения питания в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) наблюдаются нежелательные воздействия, например шума, других сигналов, на чувствительные аналоговые сигналы.
Разработка высокоточных АЦП становится все более актуальной задачей. В работе рассмотрена схема с использованием компаратора на основе защелки и переключателя диапазона сравнения, повышающая точность двухступенчатых АЦП за счет исключения некорректного грубого преобразования, когда входное аналоговое напряжение близко к разделительным точкам диапазона сравнения первой ступени АЦП. Предлагаемая схема построена с использованием 16-нм FinFET-технологии, моделирование выполнено с помощью симулятора HSpice. Показано, что применение предложенной архитектуры позволяет избежать использования сложных компараторов с малым смещением и высокой точностью в двухступенчатых АЦП, в результате чего значительно уменьшается площадь компоновки. Рассмотренная схема для двухступенчатого АЦП выполнена путем сдвига диапазона сравнения во время грубого преобразования, для того чтобы разница входного напряжения и точки разделения не была меньше, чем смещение используемых в АЦП компараторов. Установлено, что использование предложенной схемы приводит к увеличению времени сравнения, так как дискретизированное входное аналоговое напряжение в первую очередь должно сравниваться с точками разделения диапазона сравнения, АЦП становится более точным (смещение до 4 мВ) и работает стабильно за счет исключения вероятности некорректного грубого преобразования.
Вазген Семенович ГеворгянУчебный департамент Синопсис Армения, г. Ереван, Армения; Национальный политехнический университет Армении, г. Ереван, Армения
1. Razavi B. Design of Analog CMOS Integrated Circuits. 2nd ed. New York, McGraw-Hill, 2015. 782 p.
2. Sedra A.S., Smith K.C. Microelectronic Circuits. 7th ed. Oxford, Oxford University Press, 2014. 1488 p.
3. Baker R.J. CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation. 3rd ed. Hoboken, NJ, Wiley, 2010. 1173 p.
4. Razavi B. Principle of Data Conversion System Design. New York, Chichester, Weinheim et al., Wiley-IEEE Press, 1995. 272 p.
5. Gustavsson M., Wikner J.J., Nianxiong Tan. CMOS Data Converters for Communications. New York, Springer, 2002. xxii, 378 p. DOI: https://doi.org/10.1007/b117690
6. Katyal V., Geiger R.L., Chen D.J. A new high precision low offset dynamic comparator for high resolution high speed ADCs.
2006 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, Singapore, 4–7 Dec. 2006. Piscataway, NJ, IEEE, 2006, pp. 5–8. DOI: https://doi.org/10.1109/APCCAS.2006.342249
7. Khosrov D. A new offset cancelled latch comparator for high-speed, low-power ADCs. 2010 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems. Kuala Lumpur, IEEE, 2010, pp. 13–16. DOI: https://doi.org/ 10.1109/APCCAS.2010.5774892
8. Liu J., Li F., Li W., Jiang H., Wang Z. A flash ADC with low offset dynamic comparators. 2017 International Conference on Electron Devices and Solid-State Circuits (EDSSC), Hsinchu, IEEE, 2017, pp. 1–2. DOI: https://dx.doi.org/10.1109/EDSSC.2017.8126480
9. Nasrollahpour M., Sreekumar R., Hamedi-Hagh S. Low power comparator with offset cancellation technique for Flash ADC. 2017 14th International Conference on Synthesis, Modeling, Analysis and Simulation Methods and Applications to Circuit Design (SMACD), Giardini Naxos, IEEE, 2017, pp. 1–4. DOI: https://doi.org/10.
1109/SMACD.2017.7981602
10. Oh D., Kim J., Jo D., Kim W., Chang D., Ryu S. A 65-nm CMOS 6-bit 2.5-GS/s 7.5-mW 8 x time-domain interpolating flash ADC with sequential slope-matching offset calibration. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2019, vol. 54, no. 1, pp. 288–297.
11. Yang X., Bae S.-J., Lee H.-S. An 8-bit 2.8 GS/s flash ADC with time-based offset calibration and interpolation in 65 nm CMOS. IEEE 45th European Solid State Circuits Conference (ESSCIRC), Poland, IEEE, 2019, pp. 305–308.
12. Gevorgyan V. A small area and low power voltage comparator based on a latch with configurable sensitivity. Proceedings of National Academy of Sciences of Republic of Armenia and National Polytechnic University of Armenia, Series of Technical Sciences, 2020, pp. 30–39.
13. HSPICE Reference Manual. Synopsys Inc., 2017. 846 p.
|
Новостная лента
На сайте представлены примеры программирования, которые будут полезны как для опытного разработчика схем на микроконтроллерах, так и для новичка. Особо рассматривается программирование микроконтроллеров для начинающих пользователей. Программные примеры программирования разбиты на различные разделы. Основную массу составляют примеры программирования микроконтроллеров avr и микроконтроллеров microchip. Пользователю предлагается познакомиться с различными примерами программирования и различными средами программирования: MicroLab, AVRStudio, MikroC, FloweCode. Представлены схемы на микроконтроллерах ведущих производителей: PIC и AVR. Рассматривается огромное количество схем для начинающих разработчиков. Если Вы начинающий радиолюбитель, то для Вас мы приготовили раздел микроконтроллеры для начинающих. Современные микроконтроллеры относятся к классу микропроцессорных устройств. В основе принципа действия таких элементов лежит исполнение последовательного потока команд, называемого программой. Микроконтроллер получает программные команды в виде отдельных машинных кодов. Известно, что для создания и отладки программ, машинные коды подходят плохо, так как трудно воспринимаются человеком. Этот факт привел к появлению различных языков программирования и огромного количества различных компиляторов. В основе языков программирования микроконтроллеров лежат классические языки для компьютеров. Единственным отличием становится ориентированность на работу со встроенными периферийными устройствами. Архитектура микроконтроллеров требует, например, наличия битово-ориентированных команд. Последние выполняют работу с отдельными линиями портов ввода/вывода или флагами регистров. Подобные команды отсутствуют в большинстве крупных архитектур. Например, ядро ARM, активно применяемое в микроконтроллерах, не содержит битовых команд, вследствие чего разработчикам пришлось создавать специальные методы битового доступа.
Примеры программирования микроконтроллеров будут представлены на хорошо всем известном языке Си. А перед тем как постигать азы программирования микроконтроллеров и схемотехнику устройств на микроконтроллерах, авторам предлагается ещё раз вспомнить основы микропроцессорной техники, основы электроники, полупроводниковую электронику, аналоговую и цифровую схемотехнику, а так же азы аналогового и цифрового представления сигнала. Для тех, кому хочется получить новые знания в области современного программирования, можно будет познакомиться с графическим языком программирования LabView. Выбор языка программирования зависит от множества факторов. В первую очередь, типо решаемых задач и необходимым качеством кода. Если Вы ведёте разработку малых по объёму и несложных программ, то можно использовать практически любой язык. Для компактного кода подойдет Ассемблер, а если ставятся серьезные задачи, то альтернативы С/С++ практически нет. Также необходимо учитывать доступность компилятора. В итоге самым универсальным решением можно назвать связку Ассемблера и C/C++. Для простого освоения языков, можно воспользоваться примерами программ для микроконтроллера. Использование примеров программирования упростит и ускорит процесс освоения программирования микроконтроллеров. Схемы на микроконтроллерах позволят начинающим разработчикам освоить тонкости проектирования, моделирования и программирования микроконтроллеров. |
|||
В состав Arduino-совместимой платформы chipKIT вошла высокоинтегрированная отладочная плата с Wi-Fi модулем и плата расширения для управления электродвигателями, разработанные компанией Digilent.
Подробнее >>>
Несмотря на то, что отладочная плата является полностью завершенным решением, она может устанавливаться на макетную плату или непосредственно впаиваться в печатную плату для расширения функционала и управления внешней периферией.
Подробнее >>>
Основанный на микроконтроллере предыдущего поколения Kinetis KL02, новый прибор получил дополнительную периферию, стал намного проще в использовании, и при этом сократился в размерах до 1.6 × 2.0 мм.
Подробнее >>>— обзор
Что такое операционный усилитель на самом деле?
Вы понимаете, как работает операционный усилитель? Вы бы поверили, что операционные усилители были разработаны, чтобы упростить создание схемы ? Вы, наверное, не думали, что в прошлый раз ломали голову над плохо работающим макетом в лаборатории.
В современном цифровом мире, похоже, обычной практикой является обсуждение темы операционных усилителей, давая учащимся возможность ознакомиться с часто используемыми формулами, не объясняя при этом их цель или теорию.Затем, когда новый инженер впервые разрабатывает схему операционного усилителя, возникает полная путаница, когда схема работает не так, как ожидалось. Это обсуждение призвано дать некоторое представление о внутренностях операционного усилителя и дать читателю интуитивное понимание операционных усилителей.
И последнее: обязательно сначала прочтите этот раздел! Я считаю, что одна из причин op-fusion (путаницы с операционными усилителями), как я люблю это называть, заключается в том, что теория преподается не по порядку. Изучение теории имеет очень конкретный порядок, поэтому, пожалуйста, разберитесь в каждом разделе, прежде чем двигаться дальше.Во-первых, давайте взглянем на символ операционного усилителя (см. Рисунок 3.8 на следующей странице).
Рисунок 3.8. Ваш базовый операционный усилитель.
Имеется два входа, положительный и отрицательный, обозначенные знаками + и -. Есть один выход.
Входы имеют высокий импеданс. Я повторяю. Входы имеют высокий импеданс. Позвольте мне сказать это еще раз. Входы имеют высокий импеданс! Это означает, что они (практически) не влияют на цепь, к которой они подключены. Запишите это, потому что это очень важно.Подробнее об этом мы поговорим позже. Об этом важном факте обычно забывают, и он способствует путанице, о которой я упоминал ранее.
Выход с низким сопротивлением. Для большинства анализов лучше всего рассматривать его как источник напряжения. Теперь давайте представим операционный усилитель, как на рис. 3.9, двумя отдельными символами.
Рисунок 3.9. Что на самом деле внутри операционного усилителя?
Здесь вы видите суммирующий блок и блок усиления. Вы можете вспомнить похожие символы из своего урока теории управления.На самом деле они не просто похожи — они абсолютно одинаковы. Теория управления работает для операционных усилителей. (Больше по этой теме будет позже.)
Во-первых, давайте обсудим суммирующий блок. Вы заметите, что на суммирующем блоке есть положительный вход и отрицательный вход, как и на операционном усилителе. Помните, что отрицательный вход — это как если бы напряжение в этой точке умножалось на -1. Таким образом, если у вас есть 1 В на положительном входе и 2 В на отрицательном входе, выход этого блока будет -1.Выход этого блока — это сумма двух входов, где один из входов умножается на -1. Его также можно представить как разность двух входных данных и представить это уравнение:
Eq. 3.1Vs = (V +) — (V-)
Теперь мы подошли к блоку усиления. Переменная G внутри этого блока представляет величину усиления, которую операционный усилитель применяет к сумме входных напряжений. Это также известно как усиление разомкнутого контура операционного усилителя. В этом случае мы будем использовать значение 50 000.Я слышал, вы говорите: «Как такое может быть? Схема усиления, которую я только что построил с операционным усилителем, не достигает таких высот! » Просто поверь мне на мгновение. Вскоре мы перейдем к приложениям для усиления. Просто найдите коэффициент усиления в разомкнутом контуре в таблице данных производителя. Вы увидите, что этот уровень усиления или даже выше типичен для большинства операционных усилителей.
А теперь проведем небольшой анализ. Что произойдет на выходе, если подать 2 В на положительный вход и 3 В на отрицательный? Я рекомендую вам попробовать это на макетной плате.Я хочу, чтобы вы увидели, что операционный усилитель может и будет работать с разными напряжениями на входах. Однако немного математики и немного здравого смысла также покажут нам, что произойдет. Например:
Ур. 3.2Vout = 50,000 * (2-3) или -50,000V
Теперь, если у вас нет операционного усилителя 50,000 В, подключенного к биполярному источнику питания 50,000 В, вы не увидите -50,000 В на выходе. Что ты увидишь? Подумайте об этом за минуту, прежде чем читать дальше. Выход пойдет на минимальную рейку. Другими словами, он будет стараться быть как можно более негативным.Это имеет большой смысл, если вы подумаете об этом так. Выходной сигнал должен достигнуть -50 000 В и соответствовать предыдущей математике. Он не может попасть туда, поэтому он подойдет как можно ближе. Рельсы операционного усилителя подобны рельсам железнодорожного полотна; поезд будет оставаться в пределах своих рельсов, если это вообще возможно. Точно так же, если операционный усилитель выйдет за пределы рельсов, произойдет катастрофа, и из микросхемы выйдет пресловутый волшебный дым. Шина — это максимальное и минимальное напряжение, которое может выдавать операционный усилитель. Как вы понимаете, это зависит от источника питания и выходных характеристик операционного усилителя.Хорошо, поменяйте местами входы. Теперь верно следующее:
Ур. 3.3Vout = 50,000 * (3-2) или + 50,000V
Что теперь будет? Выход пойдет на максимальную рейку. Как узнать, где находятся выходные шины операционного усилителя? Как отмечалось ранее, это зависит от используемого источника питания и конкретного операционного усилителя. Для получения этой информации вам нужно будет свериться с таблицей данных производителя. Предположим, мы используем LM324 с односторонним питанием +5 В. В этом случае выход будет очень близок к 0 В при попытке перейти в отрицательное значение и около 4 В при попытке перейти в положительное значение.
На этот раз я хотел бы отметить кое-что. Входы операционного усилителя не равны друг другу. Много раз я видел, как инженеры ожидали, что эти входные данные будут иметь одинаковую ценность. На этапе анализа разработчик придумывает токи, поступающие на входы устройства, чтобы это произошло (помните, входы с высоким импедансом, практически нулевой ток). Затем, когда он пробует это, его сбивает с толку тот факт, что он может измерять разные напряжения на входах.
В особом случае, который мы обсудим в следующем разделе, вы можете сделать предположение, что эти входы равны. Это , а не в общем случае! Это распространенное заблуждение. Вы не должны попадаться в эту ловушку, иначе вы вообще не поймете операционные усилители.
Предыдущие примеры показывают очень изящное применение операционных усилителей: схему компаратора. Это отличная маленькая схема для преобразования аналогового мира в цифровой. Используя эту схему, вы можете определить, выше или ниже один входной сигнал, чем другой. Фактически, многие микроконтроллеры используют схему компаратора в процессах аналого-цифрового преобразования.Цепи компаратора используются повсюду. Как вы думаете, как уличный фонарь знает, когда достаточно темно, чтобы включиться? Он использует схему компаратора, подключенную к датчику освещенности. Как светофор узнает, что над датчиками есть автомобиль, чтобы переключиться на зеленый? Вы можете поспорить, что там есть схема компаратора.
Thumb Rules
- •
Входы имеют высокий импеданс; они оказывают незначительное влияние на цепь, к которой они подключены.
- •
Входы могут иметь различное напряжение; они не должны быть равны , а не .
- •
Коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя очень высокий .
- •
Из-за высокого коэффициента усиления без обратной связи и ограничений по выходу операционного усилителя, если один вход выше, чем другой, выход будет «направляться» до максимального или минимального значения. (Это приложение часто называют схемой компаратора .)
Двоичные компараторы
- Изучив этот раздел, вы должны уметь:
- Распознавать использование схем двоичного компаратора.
- Понимать работу двоичных компараторов.
- • Компараторы равенства.
- • Компараторы величин.
- Моделируйте работу многобитовых компараторов с помощью программного обеспечения.
- • 4-битные компараторы величины.
- • 4-битные каскадные компараторы.
- Access Comparator IC Datasheets.
Двоичные компараторы, также называемые цифровыми компараторами или логическими компараторами, представляют собой комбинационные логические схемы, которые используются для проверки того, является ли значение, представленное одним двоичным словом, больше, меньше или равно значению, представленному другим двоичным словом. Можно использовать два основных типа компаратора.
• Компараторы равенства.
• Компараторы величин.
Компараторы равенства
Рис. 4.3.1 Четырехбитный компаратор равенства
Компаратор равенства, такой как показанный на рис. 4.3.1, является простейшим многобитовым логическим компаратором и может использоваться для таких схем, как электронные замки и устройства безопасности, где двоичный пароль, состоящий из нескольких битов, вводится в компаратор для сравнивать с другим заданным словом.
На рис.4.3.1, логическая 1 будет присутствовать на выходе, если два входных слова совпадают, в противном случае выход остается равным 0. Следовательно, существует только одна входная комбинация, которая является правильной, и чем больше битов имеют входные слова, тем больше возможных есть неправильные комбинации. С дополнительной схемой для подсчета может быть обеспечена дополнительная безопасность за счет ограничения количества попыток перед блокировкой ввода.
Схема компаратора равенства состоит из логического элемента исключающее ИЛИ-ИЛИ (XNOR) на пару входных битов.Если два входа идентичны (оба 1 или оба 0), на выходе получается логическая 1.
Затем выходы вентилей XNOR объединяются в логический элемент AND, выход которого будет равен 1, только когда все вентили XNOR указывают совпадающие входы.
Компараторы величины
Рис. 4.3.2 Однобитовый компаратор амплитуды
Компаратор величин также может использоваться для обозначения равенства, но имеет еще два выхода: один — логическая 1, когда слово A больше слова B, и другой — логическая 1, когда слово A меньше слова B.Таким образом, компараторы амплитуды составляют основу принятия решений в логических схемах. Любая логическая проблема может быть сведена к одному или нескольким (иногда многим) решениям «да / нет» на основе пары сравниваемых значений.
Простой 1-битный компаратор величины показан на рис. 4.3.2. Элемент 1 выдает функцию A> B, элемент 3 дает A Эта базовая схема для компаратора величин может быть расширена для любого количества битов, но чем больше битов должна сравнивать схема, тем сложнее становится схема.Доступны интегральные схемы сравнения величин, которые можно использовать для сравнения многобитовых слов. Одной из таких ИС является 4-битный КМОП-компаратор 74HC85 от Philips Semiconductors (NXP), показанный на рис. 4.3.3. Эта ИС сравнивает два 4-битных слова и обеспечивает вывод на контакты 5, 6 и 7, который указывает, равны ли входные слова, или, если нет, имеет ли A или B более высокое числовое значение. Рис.4.3.4 показывает упрощенную схему типичного четырехразрядного компаратора, основанного на 74HC85 IC, без входных и выходных буферов. Если вы изучали предыдущие модули цифровой электроники с помощью Learnabout-Electronics, вы можете заметить, что уровень сложности на рис. 4.3.4 намного выше, чем в предыдущих схемах. В модуле 2.1 было заявлено, что любая цифровая схема полагается всего на несколько типов логических элементов (И, ИЛИ, ИЛИ, ИЛИ, НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ), и даже этот список можно сократить, используя только И ИЛИ и НЕ для получения другие логические функции.Поэтому более сложные логические схемы по-прежнему используют комбинации этих основных функций, но только связи между ними и быстрое увеличение количества используемых вентилей усложняют их. , такие как 74HC85, называются «интегрированными устройствами среднего размера» или устройствами MSI, чтобы отличать их от устройств SSI (маломасштабных интегрированных), таких как базовые ИС логических вентилей, изученные в модулях 2.1 и 2.2. Хотя эти устройства кажутся (и являются!) Сложными, интересно сравнить количество отдельных транзисторов в этой схеме с теми, которые используются в схемах, описанных в предыдущих модулях.На рис. 4.3.4 показан 31 вентиль (не считая пропущенных входных и выходных буферных вентилей), и каждый вентиль содержит около 4 транзисторов на вентиль, что дает общее количество транзисторов для этого типичного чипа MSI, состоящего из более чем 124 транзисторов, поэтому неудивительно, что схема выглядит сложной! Таким образом, эта небольшая ИС содержит больше транзисторов, чем, например, во многих аналоговых цветных телевизионных приемниках, однако эта схема делает гораздо меньше, чем требовалось бы от того же количества транзисторов в телевизоре, и ее работа намного проще. понять, особенно если вы уже разбираетесь в работе основных логических вентилей. Обратите внимание на выходы на рис. 4.3.3 для A Когда две или более ИС соединены каскадом вместе, как показано на рис. 4.3.5, выходы первой ИС (представляющие 4 младших бита) подключаются к каскадным входам второй ИС и так далее.Окончательный результат сравнения отображается на трех каскадных выходах наиболее значимого 4-битного компаратора. Для обеспечения корректного сравнения каскадные входы первого (наименее значимого) компаратора должны быть подключены следующим образом: A B (контакт 4) = логический 0. A = B (вывод 3) = логика 1. Это также относится к одной ИС, если сравниваются только два 4-битных слова. В электронике компаратор — это устройство, которое сравнивает два напряжения или тока и переключает свой выход, чтобы указать, какое из них больше.В более общем смысле этот термин также используется для обозначения устройства, которое сравнивает два элемента данных. В качестве компаратора можно использовать стандартный операционный усилитель, как показано на следующей схеме. Когда на неинвертирующем входе напряжение выше, чем на инвертирующем входе, высокое усиление операционного усилителя заставляет его выдавать максимально возможное положительное напряжение. Когда неинвертирующий вход падает ниже инвертирующего, операционный усилитель выдает максимально возможное отрицательное напряжение. Поскольку выходное напряжение ограничено напряжением питания, для операционного усилителя, который использует сбалансированное разделенное питание (питание от ± V S ), это действие можно записать: где sign (x) — сигнум-функция. Специальная микросхема компаратора напряжения, такая как LM339, предназначена для непосредственного взаимодействия с цифровой логикой (такой как TTL или CMOS), поскольку выход имеет двоичное состояние и часто используется для передачи сигналов реального мира в цифровые схемы (см. : аналого-цифровой преобразователь). LM339 выполняет это с помощью выхода с открытым коллектором. Когда инвертирующий вход больше, выход компаратора подключается к отрицательному источнику питания. Когда неинвертирующий вход больше, выход является плавающим (имеет очень высокое сопротивление относительно земли).Например, с подтягивающим резистором и источником питания от 0 до + 5 В выход принимает напряжения 0 или +5 и может быть подключен к логике TTL. При сравнении зашумленного сигнала с пороговым значением, компаратор может быстро переключаться из состояния в состояние, когда сигнал пересекает пороговое значение. Если это нежелательно, можно использовать триггер Шмитта для получения более чистого выходного сигнала. Он использует гистерезис для увеличения области переключения от одной точки до полосы. Источник : Предыдущая версия этого документа была взята из Федерального стандарта 1037C.да: Компаратор
de: Компаратор
es: Comparador
св: Компаратор Определение : Цифровой компаратор — это комбинационная логическая схема, которая используется для сравнения двух двоичных значений . Обычно он генерирует желаемый сигнал (низкий или высокий) на выходе при сравнении двух цифровых значений, представленных на его входе. Все мы знаем, что комбинационные схемы (например, сумматор и вычитатель) производят сложение и вычитание двоичных значений, присутствующих на входных клеммах.Но, помимо сложения и вычитания, некоторые приложения требуют сравнения двух значений, присутствующих на входных клеммах. В основном цифровой компаратор бывает двух типов: В этом разделе мы подробно обсудим идею цифрового компаратора. Цифровой компаратор, который сравнивает только равенство двух подаваемых сигналов на его входах, известен как компаратор идентичности.Он имеет 2 входа и только 1 выход. Выходной контакт показывает высокий логический сигнал, когда два значения равны, в противном случае он показывает низкий сигнал. Более конкретно, можно сказать, Для двух входов P и Q, если P = Q, тогда выведите HIGH , а если P ≠ Q, затем вывод LOW Обычно компаратор величин производит сравнение, учитывая все факторы. Он показывает результаты для большего, равного или меньшего значения, сравнивая величину двух входных данных.Следовательно, он содержит 3 выходных контакта и, соответственно, любой из 3 выходных контактов компаратора амплитуды становится высоким. Предположим, что P и Q — два входа компаратора величин. И 3 выхода будут P> Q, P = Q и P На рисунке ниже представлена блок-схема компаратора величин, имеющего 2 входа P и Q: Здесь, в этом разделе, мы отдельно поймем, как выходной сигнал компаратора изменяется при изменении количества бит на входе компаратора. Давайте сначала разберемся с работой 1-битного двоичного компаратора, используя таблицу истинности: Как мы видим, для 2 двоичных входов по 1 бит каждый у нас есть 4 возможных комбинации.И, следовательно, в зависимости от сравнения, выполненного для P и Q, компаратор амплитуды устанавливает высокий уровень для любого из выходных контактов из трех. Из приведенной выше таблицы истинности видно, что когда оба входа одинаковы, то есть либо 0, либо 1, тогда вывод 2 и , который показывает эквивалентность между двумя значениями при сравнении, становится высоким. В то время как, когда P больше Q, компаратор генерирует высокий сигнал на соответствующем выводе на выходе. Точно так же, когда величина Q больше, чем P, тогда выход на выводе, показывающий P Давайте теперь посмотрим на K-карту, представляющую 2 входных компаратора: Для P> Q Для P = Q Для P Логическая схема для 1-битного компаратора имеет вид: Для двух 2-битных входов у нас будет 16 возможных комбинаций. Следовательно, в этом случае на выходе будет отображаться высокое и низкое значение в зависимости от сравнения 2-битного значения двоичного входа. Рассмотрим таблицу истинности для 2-битного двоичного компаратора: Здесь мы предоставили десятичный эквивалент 2-битных двоичных значений для обоих входов P и Q, чтобы упростить сравнение. Наблюдая за таблицей, вы можете четко проверить различные условия, при которых соответствующий выход является высоким. Например, когда оба входа равны 0 или 1, тогда выходной контакт, представляющий P = Q, будет высоким. Точно так же для всех тех условий, когда битовое значение P больше, чем Q, тогда выходной контакт, представляющий P> Q, будет только высоким. В то время как, когда величина Q больше, чем P, тогда соответствующий вывод, представляющий P Таким образом, сравнение двух заданных входов выполняется компаратором величин. Давайте теперь посмотрим на представление K-карты для всех 3 выходов по отдельности: Для P> Q Для P = Q Для P Итак, наблюдая за логическими выражениями, реализованными из K-карты, мы можем получить соответствующую логическую схему. Логическая схема имеет вид: Иногда мы сталкиваемся с проблемами, например, как найти количество возможных комбинаций высокого логического уровня для P> Q , P Итак, мы можем использовать обобщенное выражение для общих комбинаций 2 входов, каждый по n битов. Так как у нас есть 2 входа по n бит каждый, то в сумме у нас 2n количества бит. Следовательно, у нас будут возможные комбинации как: 2 2н Как было показано в предыдущем разделе 2-битного компаратора, на выходе было всего 4 (т. Е. 2 2 ) комбинации, для которых два входа были равны (P = Q). Таким образом, в случае n-битов мы можем сказать P = Q будет всего 2 n раз. Итак, P не равно Q будет 2 2n — 2n раз. : 2 2n — это полные возможные комбинации n битов. Также здесь следует отметить, что количество комбинаций, в которых P> Q, равно P Следовательно, его можно представить как 2 2n -2 n /2 : 2 2n -2 n — номер высокого логического значения для P ≠ Q. Предположим, у нас есть два входа по 3 бита каждый, поэтому в данном случае Общее количество комбинаций составит 2 6 i.е., 64. Таким образом, два входа будут равны в общей сложности 8 раз и не будут равны в остальное время (т. е. 64 — 8 = 56) И, таким образом, из 56 комбинаций, всего 28 раз 1 st ввод будет больше, а для остальных 28 комбинаций — другой. Таким образом, мы можем сравнивать большее количество битов. 22 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R.96 NR 4/2020 использовались волны, соответствующие стандарту IEEE C62.41 при 6000 В (1,2 / 50S). Сквозное напряжение было низким и приемлемым . 2) Результаты испытаний подавителя набухания соответствуют запланированному эксперименту и соответствуют ожиданиям. Электронная нагрузка могла подавить перенапряжение, когда оно было на выше стандарта, в результате чего напряжение ограничения до оставалось на приемлемом уровне. Авторы: г-н saktanong wongcharoen, E-mail: [email protected]; Д-р Сансак Дион, электронная почта: [email protected]. Департамент электротехники, Технологический институт Патумван, 833 Рама1 Район Вангмай, Бангкок, Таиланд; Д-р Наронг Мунгкунг, электронная почта: [email protected] Департамент образования в области электрических технологий, King Mongkut’s University of Technology Thonburi, 126 Pracha Uthit Rd., Bang Mod, Thung Khru, Бангкок, Таиланд . ССЫЛКИ [1] IEEE Std 1159-2009, Рекомендуемая практика IEEE для Мониторинг качества электроэнергии, 2009. [2] Я. Каневски, «Transformator hybrydowy z dwubiegunowym przekształtnikiem AC / AC без магазина энергии постоянного тока», Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, № 5, № 94 (2018), [3] C.-S. Плеса, Б. Димитриу, М. Ниг, «Варианты конструкции для защиты цепей ограничения тока и мощности для LDO», усовершенствования в области электротехники и вычислительной техники, том 19, № 1, стр. 57-62, 2019. [4] EJУэйд и Д. С. Дэвидсон, «Применение транзисторов в цепях безопасности », IRE Transactions on Nuclear Science, vol. 5, , выпуск 2, стр. 44–46, август 1958. [5] К. Футсухара и М. Мукайдоно, «Реализация отказоустойчивого датчика с использованием электромагнитной индукции», Конференция IEEE на Прецизионные электромагнитные измерения CPEM, Ибараки, Япония, стр. 99-100, 1988. [6] К. Футсухара и М. Мукайдоно, «Применение компаратора Window для большинства операций», 19-й международный симпозиум IEEE по многозначной логике, Гуанчжоу, Китай, стр. 114-121, 1989. [7] М. Сакаи, М. Като, К. Футсухара и М. Мукайдоно, «Применение отказоустойчивой многозначной логики для управления прессом Power Press», IEEE 22-й Международный симпозиум по множественной логике Valued Logic, Сендай, Япония, стр. 271-350, 1992. [8] С. Сумматта, С. Дион, «Простая антиконденсаторная разомкнутая цепь Автоколебания в схема CMOS-триггера-инвертора Шмитта для отказоустойчивого релейного привода », PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, Vol.3, вып. 23, pp.97-100, 2019. [9] C. Summatta, W. Khamsen, A. Pilikeaw, S. Deeon, «Design and Simulation of Relay Drive Circuit for Safe Operation Order», Proceedings 2-й Международной конференции по Математика, инженерия и промышленные приложения 2016 (ICoMEIA 2016), стр. 030031-1–030031-8, 2016. [10] П. Хассе, «Защита от перенапряжения низкого напряжения. Systems, 2-е издание, IEE Power and Energy Series 33, The Institution of Electrical Engineers, Лондон, стр.127-204, 2000. [11] В. Радулович, С. Муйович, З. Милянич, «Характеристики защиты от перенапряжения с каскадным применением импульсных перенапряжений Защитные устройства в низковольтных цепях переменного тока», Достижения в области электротехники и вычислительной техники, Том 15, №3, стр. 153-160, 2015. [12] Рекомендуемая практика IEEE по импульсному напряжению в низковольтных цепях питания переменного тока, IEEE Std. C62.41-1991, февраль 1991 г. [13] IEEE Guide on the Surge Environment in Low Voltage (1000 V and less) AC power circuit, IEEE Std C62.41.1-2002, April 2003. [14] Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления Электронное оборудование. IEEE Std 1100-2005, декабрь 2005 г. [15] Н. Мунгкунг, С. Вонгчароен, К. Сукконгвари и С. Арунрунграсми, «Проектирование защиты от скачков нагрузки для электроники переменного тока », в International Journal of Electrical, Computer, и Systems Engineering, Vol. 1, вып. 2, стр. 126-131, ISSN 1307- 5179, 2007. [16] D.-L. Данг, С. Гишар, М. Урбен, С. Раэль, «Определение характеристик и моделирование 4H-SiC MOSFET с N-каналом 1200 В – 100 А», 2016 Symposium de Genie Electrique, Гренобль, Франция, hal- 01361697 , Июнь 2016 г. [17] С. Дион, Ю. Хирао и К. Футсухара, «Отказоустойчивый счетчик и его приложение для обнаружения низких скоростей», Транзакции Японской ассоциации инженеров надежности, том .33, № 3, pp.135-144, 2011. [18] Безопасность машин — Электрочувствительное защитное оборудование — Часть 1: Общие требования и испытания, Стандарт МЭК 61496-1, Апрель 2012 г. [19] С. Дион, Я. Хирао, К. Танака, «Цепь релейного привода для порядка безопасной работы и ее меры по обеспечению отказоустойчивости», Журнал Японской ассоциации инженеров надежности, Vol. 34, номер 7, pp. 489-500, 2012. [20] IEC 6100-4-5, Электромагнитная совместимость (ЭМС) — Часть 4-5: Методы тестирования и измерения, Испытание на устойчивость к скачкам напряжения, Май 2014. Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне; VDD на иллюстрации), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше.Компараторы часто используются, например, для проверки того, достиг ли вход некоторого заранее определенного значения. Тогда уровни напряжения между этими двумя верхним и нижним эталонными напряжениями называются «окном», отсюда и его название. Используя нашу идею выше о сети делителя напряжения, если мы теперь используем три резистора равного номинала, так что R1 = R2 = R3 = R, мы можем создать очень простую схему оконного компаратора, как показано. Здесь опорное напряжение устанавливается с помощью цепи делителя напряжения, состоящей из R1 и R2.Уравнение Vref = (V + / (R1 + R2)) x R2. Подстановка значений, приведенных на принципиальной схеме, в это уравнение дает Vref = 6V. Когда Vin превышает 6 В, выход переключается на ~ + 12 В постоянного тока и наоборот. Схема работы и применения компаратора. Обычно в электронике компаратор используется для сравнения двух напряжений или токов, подаваемых на два входа компаратора. Это означает, что он берет два входных напряжения, затем сравнивает их и выдает дифференциальное выходное напряжение высокого или низкого уровня. Базовый таймер 555 получил свое название от того факта, что есть три подключенных внутри резистора 5 кОм, которые он использует для генерации опорных напряжений двух компараторов. подразделяются на различные типы, такие как электронные, электрические, механические, оптические, сигма-компараторы, цифровые и пневматические компараторы, они используются в различных приложениях. Компараторы играют важную роль в разработке электрических и электронных проектов./ промежуток> Высокое увеличение: с помощью пневматических компараторов можно добиться увеличения до 30 000: 1. В электронике компаратор — это устройство, которое сравнивает два напряжения или тока и выводит цифровой сигнал, указывающий, какое из них больше. Он имеет два аналоговых входа и один двоичный цифровой выход. В чем преимущество механического компаратора перед другими? Пояснение: Механический компаратор дешевле других.В механических компараторах больше подвижных частей, из-за чего трение больше, а точность меньше. Внешний источник питания не требуется. Электронный секундомер, секундомер, маятниковые часы и песочные часы — это инструменты, используемые для измерения времени. Электронный секундомер имеет самый высокий уровень точности, тогда как песочные часы имеют самый низкий уровень точности измерения времени. Что из перечисленного не является стандартом линии? Пояснение: Длина стержня — это стандарт конца.Двор, метр и точная шкала являются эталонами линий. 2. 3. Какой из следующих вариантов не подходит для посадки с зазором? Пояснение: Вал «n» обеспечивает переходную посадку. ‘J’ к ‘n’ — переходная посадка с основным размером H7. Формула наименьшего отсчета штангенциркуля определяется делением наименьшего показания основной шкалы на общее количество делений нониусной шкалы.LC нониусного штангенциркуля — это разница между одним наименьшим показанием основной шкалы и одним наименьшим показанием нониусной шкалы 0,1 мм или 0,01 см. Рисунок 6: Винтовой калибр с использованием микрометра Микрометр, показанный на Рисунке 4, имеет шаг 0,5 мм. Это означает, что за один полный оборот наперсточной шкалы шпиндель проходит расстояние 0,5 мм. В круговой шкале 50 делений. Наименьшее количество будет 0,01 мм рассчитано, как показано ниже. НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ ОП-УСИЛИТЕЛЬ В КАЧЕСТВЕ КОМПАРАТОРОВ Райан В. 2002-2019 Рис. 4.3.3 Четырехразрядный компаратор амплитуды 74HC85
Средние интегрированные устройства (MSI)
Рис. 4.3.4 Четырехразрядный компаратор величины
ИС Рис. 4.3.5 Восьмиразрядный компаратор величин с использованием двух микросхем 74HC85
Компараторы в каскаде
— Academic Kids
от академических детей
Что такое цифровой компаратор? Компаратор величины и идентичности
Содержание: Цифровой компаратор
Компаратор идентификации
Компаратор звездных величин
1-битный компаратор величины
P Q P> Q P = Q P 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 Схема 1-битного компаратора величины
2-битный компаратор величины
Схема 2-битного компаратора амплитуды
n-битный компаратор величин
или P = Q . И невозможно все время составлять таблицу истинности для этого конкретного числа битов, а затем подсчитывать высокий логический уровень для этого соответствующего вывода.
(PDF) Применение электронной цепи нагрузки для обеспечения электробезопасности с использованием компаратора последовательного режима
Что делает схема компаратора? — MVOrganizing
Что делает схема компаратора?
Как сделать схему компаратора?
Как установить опорное напряжение для компаратора?
Как использовать компараторную электронику?
Почему он называется таймером 555?
Что такое компаратор и его типы?
Компараторы Какой компаратор имеет наибольшее увеличение?
Что подразумевается под компаратором?
В чем преимущество механического компаратора перед другими?
Какой из следующих инструментов самый точный?
Что из нижеперечисленного неверно относительно стандарта линии?
Какой из следующих вариантов не подходит для посадки с зазором?
Как рассчитать наименьшее количество?
Какое наименьшее количество микрометрических винтов?
741 как компаратор
741 как компаратор