Компаратор напряжения на ОУ: принцип работы, схемы
Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.
Обозначение и технические характеристики
Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход, как и у АЦП. Для отображения сигнала используется специальный индикатор.
УГО отображение компаратора выглядите следующим образом:
Фото – УГО компаратораИзначально использовался только интегрированный компаратор напряжения (MAX 961ESA, PIC 16f628a), который известен как высокоскоростной. Он требует определенного дифференциального напряжения в определенном диапазоне, который существенно ниже, чем напряжение сети питания.
Эти приборы не допускают никаких других внешних сигналов, которые находятся вне диапазона напряжения сети.
Сейчас гораздо чаще используется аналоговый цифровой компаратор (Attiny/ Atmega 2313), у которого транзисторный ввод. У него вводный потенциал сигнала находится в диапазоне менее 0,3 Вольт и не поднимается выше. Устройство может быть также ультра быстрого типа (стереокомпаратор), благодаря чему входной сигнал меньше обозначенного диапазона, к примеру, 0,2 Вольта. Как правило, используемый диапазон ограничивается только конкретным входным напряжением.
Помимо простого прибора, также существует видеоспектральный компаратор на ОУ (операционном усилителе). Это прибор, у которого очень тонко сбалансирована разница входа и высокого сопротивления сигнала. Благодаря такой характеристики, операционный компаратор используется в низкопроводимых схемах с небольшим вольтажем.
Фото – схема компаратораВ теории, частотный операционный усилитель работает в конфигурации с открытым контуром (без отрицательной обратной связи) и может быть использован в качестве компаратора низкой производительности.
Когда неинвертирующий вход падает ниже инвертирующего входа, выходной сигнал насыщается при отрицательном уровне питания, то он все равно может проводить импульсы. Выходное напряжение ОУ ограничивается только напряжением питания. Принципиальная электрическая схема ОУ работает в линейном режиме с отрицательной обратной связью, с помощью сбалансированного сплит-источника питания (питание от ± V S ). Многие приборы, работающие с компаратором, также имеют свойство фиксировать полученные данные при помощи видео-, фото- или документальной записи. Эти электронные принципы не работают в системах, где используются разомкнутые контуры и низкопроводящие элементы.
Фото – простой компараторНо у компараторного усилителя существует несколько существенных
- Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью.
Но при этом, ОУ имеет более длительный режим восстановления; - Почти все операционные усилители имеют конденсатор внутренней компенсации, который ограничивает скорость нарастания выходного напряжения для высокочастотных сигналов. Исходя из этого, данная схема немного задерживает импульс;
- Компаратор не имеет внутреннего гистерезиса.
Но при этом, ОУ имеет более длительный режим восстановления;Из-за этих недостатков, компаратор для управления различными схемами, в большинстве случаев, используется без усилителя, исключением является генератор.
Компаратор предназначен для производственных процессов с ограниченным выходным напряжением, которое легко взаимодействует с цифровой логикой. Поэтому его часто используются в различных термических приборах (терморегулятор, реле температуры). Также его применяют для сравнения сигналов и сопротивлений таких устройств, как таймер, стабилизатор и прочая схемотехника.
Фото – аналоговый компараторВидео: компараторы
youtube.com/embed/n55DnlxU9fw?feature=player_embedded» frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»/>Принцип работы
Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.
Фото – схема работы компаратораСхема включения, по которой можно понять принцип работы компаратора, показана выше. Используя аналоговый сигнал во + входе, именуемым «неинвертируемым», и выходе, который называется под названием «инвертируемый», устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. При этом если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора Q8 на эквивалентной схеме LM339, которую нужно включить. Но, если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0», из-за чего, коллектор будет находиться в закрытом виде.
Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания.
Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.
Назначение
Зачем нужен компаратор и как его использовать без усилителя? В большинстве случаев, этот прибор применяется в несложных компьютерных схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения. Это может быть зарядное устройство для ноутбука или телефона, весы (определитель массы), датчик сетевого напряжения AVR, таймер (компоратор типа lm 358, микроконтроллер и т. д. Также его применяют различные интегральные микросхемы для контроля входных импульсов, обеспечивая связь между источником сигнала и его центром назначения.
Фото – компараторы для компьютераНаиболее популярным примером является компаратор триггер (регулятор) Шиммера. Он работает в режиме многоканальности, соответственно, может сравнивать большое количество сигналов.
В частности, данный триггер применяется для того, чтобы восстановить цифровой сигнал, который искажает связь в зависимости от уровня напряжения и расстояния источника питания.
Это аналог стандартного компаратора, просто с более расширенным функционалом, который обеспечивает измерение нескольких входящих сигналов.
Фото – ОУ компараторТакже есть компаратор шероховатости. Это устройство, которое помогает визуально определить состояние поверхности, которая уже подвергалась обработке. Применение этого приспособления обосновано необходимостью определять допуски обработанных ранее поверхностей.
Программирование и компаратор
Компоратор используется не только как часть электрической схемы ШИМ и т. д., его часто используют для создания отдельных программ или их компонентов. Например, устройство часто используется для создания java-коллекций.
- Чтобы работать, Вам понадобится специальная программа Maven. Для начала Вам нужно создать проект, для полноценной работы необходимо подключение к интернету.
- Установите pom.xml и создайте новый файл. Прерывание процесса недопустимо, поэтому очень важно на каждом этапе сохранять. После осуществляется создание и настройка POJO, где указываются нужные настройки. Параметры зависят от требований к конкретной библиотеке. Это могут быть даты рождения, общая информация по проживанию и т. д.;
- И только после создается компаратор. Это класс, который используется для поверки данных и их распределения по нужным папкам. Использование данного класса необходимо, если нужно отсортировать определенную информацию по заданным параметрам (цвета, размеры, даты). Благодаря этому обеспечивается защита данных и их классификация по определенному принципу.
Купить готовый компаратор можно в любом магазине радиотехнических приборов и электротехники. Цена прибора варьируется в зависимости от его назначения и количества каналов.
характеристики и описание принципа действия, использование схем сравнения напряжения
В электронных приборах часто можно встретить различные интегральные микросхемы. Одной из них является компаратор. Его применение очень обширно: начиная от сигнализационных датчиков и заканчивая промышленной и автомобильной электроникой. Зная, как работает компаратор, можно самостоятельно собрать различные интересные схемы, например, зарядное устройство, индикаторный узел или даже генератор.
- Описание и схемотехника
- Характеристики прибора
- Устройство и принцип работы
- Простые конструкции
- Фотореле контроля
- Зарядный блок
- Кварцевый генератор
Описание и схемотехника
Несмотря на кажущуюся простоту, компаратор — куда более интересное устройство, чем может показаться на первый взгляд. В электронике им называют логическую микросхему, предназначенную для сравнения между собой двух электрических сигналов, подающихся на его вход.
Термин «компаратор» произошёл от латинского слова «comparare», что дословно переводится на русский язык как сравнивать. Конструктивно устройство может выпускаться в различных корпусах, например, DIP, SOIC, SSOP. Простейшего вида сравнивающий элемент имеет два аналоговых входа и один цифровой выход. В основе его работы лежит дифференциальный каскад, имеющий высокий коэффициент усиления. Поэтому компараторы широко используются в оборудовании, предназначенном для измерения или преобразования аналогового сигнала в цифровой (АЦП).
На схемах и в технической литературе графически устройство обозначается в виде равнобедренного треугольника с тремя выводами. С одной стороны выводы подписываются знаками «+» и «—», соответственно обозначающими неинвертирующий вход и инвертирующий, а с другой — изображается выход, который маркируется символом Uout.
Когда на прямом входе («+») микросхемы уровень сигнала будет больше, чем на инверсном («—»), то на её выходе образуется устойчивое значение.
В зависимости от схемотехнического решения компаратора это значение может принимать вид логического ноля или единицы. В цифровой электронике за единицу считается сигнал, уровень напряжения которого составляет пять вольт, а за ноль принимается его отсутствие. То есть состояние выхода устройства определяется как высокое или низкое. Но на практике же за логический ноль принимается значение разности потенциалов до 2,7 В.
Один из входных сигналов, подаваемых на прибор, называется опорным или пороговым напряжением. Именно с этим значением и сравнивается величина сигнала на втором входе. Опорное напряжение может подаваться как на инверсный, так и прямой вход. В зависимости от этого компараторы называются инвертирующими или неинвертирующими. Когда прибор работает с одним опорным напряжением, его называют однопороговым, а если с разным — многовходовым.
Характеристики прибора
По сути, устройство можно рассматривать как простой вольтметр или АЦП.
Компаратор, как и любой электронный прибор, имеет ряд технических характеристик, которые можно разделить на два вида: статические и динамические.
К статическим параметрам относятся следующие характеристики:
- Предельная чувствительность обозначает пороговые величины сигнала, которые прибор идентифицирует на входе и изменяет потенциал своего выхода на логический ноль или единицу.
- Величина смещения определяется передаточным моментом устройства относительно идеального положения.
- Входной ток — максимальное его значение, которое может пройти через любой вывод, не повредив устройства.
- Выходной ток — значение тока, появляющееся на выходе при переходе устройства в состояние единицы.
- Разность токов — это величина, находимая при вычитании значений токов, протекающих при закороченных входах.
- Гистерезис — разность уровней входного сигнала, приводящая к изменению устойчивого состояния на выходе.
- Коэффициент снижения синфазного сигнала определяется отношением синфазного и дифференциального сигнала, приводящим к переключению режима работы компаратора.
- Входной импеданс — полное сопротивление входа.
- Минимальная и максимальная рабочая температура — диапазон, в котором технические параметры устройства не изменяются.
Важной же динамической характеристикой является время переключения tn. Она определяется интервалом времени от начала сравнения входного сигнала до момента, при котором на выходе компаратора наступает противоположное устойчивое состояние. Это время определяется при одном значении порогового напряжения и его скачке на противоположном входе. Этот интервал времени разделяется на две части — задержки и нарастания.
Все значимые параметры компаратора представляются в виде переходной характеристики. Это график в декартовой плоской системе координат, в которой по оси Х указывается время в наносекундах, а Y — входное и выходное напряжение в вольтах.
Устройство и принцип работы
Схемотехника устройства построена на базе дифференциального операционника с довольно большим коэффициентом усиления.
Её различия с простым линейным усилителем заключаются в выполнении входного и выходного каскада.
Вход устройства выдерживает сигнал в широком диапазоне до значений источника питания и полный интервал синфазных напряжений. Выход компаратора совместим с технологиями ТТЛ и ЭСЛ из-за возможности выполнения этого каскада на транзисторе с открытым коллектором. При работе устройства не используется отрицательная обратная связь как в операционном усилителе, а, наоборот, выход охватывается положительной связью, формирующей гистерезисную передаточную характеристику.
Двухпороговый компаратор называется триггером Шмита или троичным. Для сравнения в нём используется два напряжения. Сигналы в двоичном компараторе разделяются на три диапазона:
- Urf2 > Urf1;
- Uout1 = 0 при Uin < Uref1 или Uout1 = 1, если Uin > Uref1;
- Uout2 = 0 при Uin < Uref2 или Uout1 = 1, если Uin > Uref2.
Uref — напряжение нижнего и верхнего порогов переключения, Uout — уровень выходного сигнала, Uin — напряжение на входе прибора.
Внутренняя схема устройства представляет собой усилитель, собранный на транзисторах VT1-VT2, который нагружен каскадом VT5-VT6, включённым по схеме с общим эмиттером. Через дополнительный ключ VT4 происходит управление коллекторным режимом работы входного сигнала. А через транзистор VT7, работающий в диодном режиме, контролируется уровень сигнала на VT8, что позволяет добиваться его независимости от изменений напряжения питания. Ключи VT5 и VT6 соединяются со стабилитроном VD1. Поэтому через повторитель VT8 входной сигнал поступает на выход с коллекторного вывода VT6.
Если входной сигнал не превышает один вольт, то транзистор VT6 закрыт, а VT5 находится в режиме насыщения. Выходной сигнал не сможет превысить четырёх вольт, так как при большей величине откроется диод. При обратном знаке VT6 насытится, и напряжение на выходе станет равным нулю. В современных устройствах используется стробирующий выход или триггеры-защелки, то есть элементы, контролирующие выход компаратора при обнаружении синхроимпульса.
Результаты сравнения могут появляться в двух видах: во время строба или в паузах между импульсами.
Простые конструкции
На практике компараторы напряжения нашли широкое применение в радиоэлектронных схемах различного направления. В радиомагазинах можно встретить довольно большое количество различных микросхем. Но наиболее часто используемыми микросхемами среди радиолюбителей являются:
- LM311;
- К554СА3;
- LM339;
- MAX934.
Они доступны в продаже, а их стоимость более чем демократична. Такие компараторы отличаются широким диапазоном входного напряжения и могут работать при однополярном и двуполярном питании.
К выходу устройства может подключаться любая нагрузка с током потребления, обычно не превышающим 50 мА. Это может быть реле, резистор, светодиод, оптрон или любые исполнительные устройства, но с ограничивающими ток элементами.
А также возможно подключить и индуктивную нагрузку, но она обычно в этом случае шунтируется диодами. Для работы устройства применяются источники питания с выходным напряжение 5−36 вольт.
Фотореле контроля
Такое реле собирается навесным монтажом. Его можно использовать в охранной системе или для контроля уровня освещённости. Работа схемы заключается в следующем. Входное напряжение поступает на делитель, состоящий из R1 и фотодиода VD3. Их общая точка соединения через ограничительные диоды VD1 и VD2 подключается к входам компаратора DA1. В результате этого разница потенциалов на входе устройства отсутствует, а значит, и чувствительность прибора максимальная.
Для того чтобы сигнал на выходе инвертировался, понадобится создать разницу на входе всего в один милливольт. Из-за того, что к инверсному входу подключён конденсатор С1 и резистор R1, величина напряжения на нём будет возрастать с небольшой задержкой, равной времени заряда конденсатора.
Но этого времени хватит, чтобы на выходе появилась логическая единица, которая перестроит режим работы реле подключённого в качестве нагрузки. Как только освещение опять поменяется, ситуация повторится. Таким образом, направив фотореле на какое-то место, в случае изменения его освещённости на входах компаратора появится разность напряжения. Соответственно будет изменяться и работа реле, к которому может подключаться различного рода нагрузка.
Зарядный блок
Выполненный блок питания из исправных элементов начинает работать сразу. Его настройки сводятся лишь к установке номинального тока заряда и порогов срабатывания компаратора. При включении устройства загорается зелёный светодиод, обозначающий подачу питания. Во время зарядки должен же постоянно светиться красный светодиод, который потухнет, как только аккумулятор зарядится.
Подаваемое напряжение от блока питания регулируется R2, а ток зарядки выставляется R4.
Настройка происходит с помощью резистора на 150 Ом, включающегося параллельно контактам держателя батарейки. Сам аккумулятор в него не ставится. Транзистор VT1 устанавливается на радиатор, вместо него можно использовать аналог КТ814Б.
Такую схему придётся собирать на печатной плате, но в итоге её размер не должен превысить 50 х 50 мм.
Можно собрать схему попроще, используя принцип работы стабилизатора тока. Подача опорного напряжения на вход LM358 происходит через стабилитрон. Второй вход микросхемы подключается после датчика тока. Если к выходу компаратора подключить разряженный аккумулятор, то в цепи начнёт возрастать ток, а часть напряжения упадёт на низкоомном резисторе.
Между двумя входами микросхемы возникнет разность напряжения. Схема начнёт компенсировать это различие, увеличивая силу тока на выходе. В процессе заряда аккумулятора напряжение на входе начнёт уменьшаться, что приведёт к снижению тока в цепи. Как только батарея зарядится, транзистор VT1 закроется и нагрузка отключится.
Ток заряда же ограничивается с помощью изменения сопротивления R1.
Кварцевый генератор
Такой генератор прямоугольных импульсов, собранный по схеме на отечественном компараторе K544C3, работает на тактовой частоте 32768 Гц. Схема будет работоспособной в диапазоне входного напряжения от 7 до 11 вольт. Частота задаётся кварцем ZQ1, но для работы устройства свыше 50 кГц понадобится уменьшить сопротивление R5 и R6.
При замыкании второго вывода с нулевым проводом выход компаратора оказывается включённым по схеме с открытым коллектором, в которой R7 является нагрузкой. Подстройка частоты выполняется с помощью C1. За счёт резистора R4 происходит автозапуск генератора. Изменяя сопротивление R2, меняется скважность импульсов.
Подбирая ёмкости С1 и С2, генератор можно использовать как бесконтактный датчик жидкости. В качестве детектора для этого понадобится использовать микроконтроллер с программным обеспечением.
Хотя можно применить и ещё один компаратор, который будет регистрировать изменения, выпрямленного диодами напряжения.
Таким образом, компаратор напряжения предназначен для сравнения уровней сигналов на своих входах. Если они начинают различаться, то в зависимости от этой разности выход устройства изменяет своё состояние. Этим их свойством и пользуются разработчики, конструируя различные электроприборы.
Схема компаратора операционных усилителей» Electronics Notes
Схема компаратора очень полезна для сравнения двух напряжений и определения большего или меньшего значения — ее можно использовать для обнаружения превышения определенного значения напряжения.
Учебное пособие по операционному усилителю Включает:
Введение
Сводка по цепям
Инвертирующий усилитель
Суммирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель
Усилитель с переменным усилением
Активный фильтр верхних частот
Активный фильтр низких частот
Полосовой фильтр
Режекторный фильтр
компаратор
триггер Шмитта
Мультивибратор
Бистабильный
Интегратор
Дифференциатор
Генератор моста Вина
Генератор фазового сдвига
Схемы, которые сравнивают два напряжения и выдают цифровой выходной сигнал, зависящий от сравнения двух напряжений, часто используются при проектировании электронных схем.
Для схемы компаратора необходим усилитель с высоким коэффициентом усиления, чтобы даже небольшие изменения на входе приводили к надежному переключению выходного уровня.
Операционные усилители используются во многих электронных схемах, но специальные микросхемы компараторов обеспечивают гораздо лучшие характеристики.
Применение компаратора
Существует очень много применений схем компараторов в разработке электронных схем.
Часто бывает необходимо определить определенное напряжение и переключить цепь в соответствии с обнаруженным напряжением.
Одним из примеров может быть использование в цепи измерения температуры. Это может привести к переменному напряжению, зависящему от температуры. Может возникнуть необходимость включить нагрев, когда температура упадет ниже заданной точки, и это может быть достигнуто с помощью компаратора, определяющего, когда напряжение, пропорциональное температуре, падает ниже определенного значения.
Для этих и многих других целей можно использовать схему, известную как компаратор.
Что такое компаратор?
Как следует из названия компаратора, эти электронные компоненты и схемы используются для сравнения двух напряжений.
Когда одно больше другого, выход схемы компаратора находится в одном состоянии, а когда входные условия меняются местами, выход компаратора переключается в другое состояние.
Основной компаратор состоит из усилителя с высоким коэффициентом усиления, который имеет дифференциальный вход — один инвертирующий вход и один неинвертирующий вход.
С точки зрения работы компаратор переключается между высоким и низким уровнем в зависимости от состояния входов. Если неинвертирующий вход выше инвертирующего, то выход высокий. Если неинвертирующий вход ниже инвертирующего, то выход высокий.
Краткое описание работы компаратораКомпараторы и операционные усилители
В то время как операционный усилитель легко использовать в качестве компаратора, особенно когда его может быть легко использовать, если микросхема, содержащая несколько операционных усилителей, имеет один запасной.
Однако не всегда целесообразно применять этот подход. Операционный усилитель может не всегда работать правильно или не обеспечивать оптимальную производительность. Тем не менее, когда приложение не требовательно, всегда возникает соблазн использовать эти электронные компоненты, потому что они могут быть уже доступны.
Производительность чипов компараторов и операционных усилителей сильно различается по ряду аспектов:
Защелка операционного усилителя: При некоторых условиях, особенно когда операционный усилитель работает с большой нагрузкой, он может зафиксироваться, т. е. даже при изменении входа выход остается прежним. Компараторы предназначены для работы в этом режиме и никогда не должны запираться.
Это одна из ключевых областей, где использование компаратора вместо операционного усилителя может быть явным преимуществом.
Работа без обратной связи: Операционные усилители предназначены для использования в режиме обратной связи, и их схема оптимизирована для такого сценария.
Их работа не характерна в режиме разомкнутого контура.Цифровые и аналоговые: Операционные усилители являются важными аналоговыми компонентами, и их внутренние схемы предназначены для работы в этой области. Компараторы предназначены для работы как логическая функция, т.е. в цифровом режиме.
Это означает, что операционные усилители работают лучше всего, когда они работают в аналоговом режиме, когда выход не попадает на рельсы, тогда как компараторы не так хороши в линейном режиме и гораздо лучше работают с логическими уровнями.
Выходные каскады: Выходные каскады операционных усилителей и компараторов сильно различаются. Обычно операционные усилители имеют линейный выход, часто работающий в режиме дополнительной симметрии, чтобы обеспечить оптимальные линейные характеристики для выхода.
Компараторычасто имеют выход с открытым коллектором, подходящий для подключения к цифровым интерфейсам.
Сравнение выходной схемы операционного усилителя и компаратора Они предназначены для взаимодействия с логической схемой, предоставляя логический вход для сравнения аналоговых напряжений.Время отклика: Компараторы оптимизированы для обеспечения очень быстрого отклика и времени переключения. Скорость нарастания высокая и обеспечивает оптимальную производительность.
Операционные усилители не оптимизированы для этих характеристик. Они, как правило, представляют собой гораздо более медленные электронные компоненты, оптимизированные для линейной работы, а не для скорости.
Выходное напряжение и напряжение насыщения: Компараторы обычно способны работать в небольших пределах напряжения на шине. Это требуется для хорошей коммутации логических цепей. Операционные усилители не смогут сильно гнать по рельсам, так как имеют определенное напряжение насыщения — это может привести к плохому переключению логических цепей.
Их работа не характерна в режиме разомкнутого контура.
Они предназначены для взаимодействия с логической схемой, предоставляя логический вход для сравнения аналоговых напряжений.
Принимая во внимание эти факторы, всегда предпочтительнее использовать компараторную микросхему, где предусмотрен этот тип работы.
Компаратор операционного усилителя
В качестве компаратора можно использовать операционный усилитель, поскольку он удовлетворяет основным требованиям для этой функции.
Во время работы операционный усилитель входит в положительное или отрицательное насыщение в зависимости от входного напряжения. Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя обычно превышает 100 000, выходной сигнал достигает насыщения, когда входные сигналы разнятся на доли милливольта.
Хотя операционные усилители широко используются в качестве компараторов, специальные микросхемы компараторов намного лучше.
Эти специальные микросхемы компараторов обеспечивают очень быстрое время переключения, намного превышающее время переключения, предлагаемое большинством операционных усилителей, предназначенных для более линейных приложений.
Типичные скорости нарастания находятся в районе нескольких тысяч вольт в микросекунду, хотя чаще приводятся цифры задержки распространения.
Типичная схема компаратора будет иметь один из входов, удерживаемых на заданном напряжении. Часто это может быть потенциальный делитель от источника питания или опорного источника. Другой вход поступает в точку, которую нужно воспринять.
Схема компаратора базового операционного усилителяНа этой схеме напряжение переключения генерируется делителем потенциала, состоящим из резисторов R1 и R2. Это устанавливает напряжение на одном входе компаратора — в данном случае на инвертирующем входе. Неинвертирующий вход этой схемы подключен к точке, требующей измерения. Когда напряжение в этой точке поднимается выше опорного напряжения, выход компаратора становится высоким, а когда оно падает ниже опорного напряжения, выход становится низким.
Обычно компаратор питается от тех же шин напряжения, что и система. Для логики 5 В компаратор обычно питается от шины 5 В.
Примечания к компаратору операционных усилителей
p>Есть несколько моментов, которые следует помнить при использовании схем компаратора. Существуют некоторые различия между обычными схемами операционного усилителя и схемами компаратора, которые необходимо учитывать при проектировании любой электронной схемы.- Убедитесь, что дифференциальный вход не превышает: Поскольку обратной связи нет, два входа схемы будут иметь разное напряжение. Соответственно, необходимо следить за тем, чтобы не превышался максимальный дифференциальный вход. Все возможности состояния схемы должны быть учтены на этапе проектирования электронной схемы.
- Изменение входного тока: Опять же из-за отсутствия обратной связи изменится нагрузка, подаваемая компаратором на источник. В частности, при изменении схемы будет небольшое увеличение входного тока. Для большинства схем это не будет проблемой, но если импеданс источника высок, это может привести к некоторым необычным откликам. Это следует учитывать при проектировании электронной схемы.
- Шум входного сигнала: Основная проблема с этой схемой заключается в том, что при новой точке переключения даже небольшое количество шума вызовет переключение выхода вперед и назад. Таким образом, вблизи точки переключения может быть несколько переходов на выходе, что может привести к проблемам в другом месте всей схемы. Решением этой проблемы является использование триггера Шмитта.
Узнайте больше о . . . . Схема триггера Шмитта.
Если требуется функция компаратора, лучше всего использовать чип компаратора: Если требуется функция компаратора, всегда предпочтительнее использовать чип компаратора, если это вообще возможно. Если один из этих электронных компонентов недоступен и необходимо использовать операционный усилитель, будьте осторожны, чтобы не перегрузить вход, чтобы не произошло защелкивание.
Это следует учитывать при проектировании электронной схемы.Использование микросхемы компаратора
Когда есть необходимость в схеме компаратора, всегда лучше выбрать определенную микросхему компаратора в качестве основы схемы.
намного лучше справляются с переключением между двумя значениями и часто могут иметь выходные каскады, которые могут легче взаимодействовать с логикой, чем аналоговые операционные усилители.
С точки зрения работы основной схемы, основное отличие заключается в том, что большинство компараторов имеют выход с открытым коллектором и требуют внешнего подтягивающего резистора или другой схемы.
Операционные усилители очень дешевы и широко доступны. Компараторы не так дешевы и не так свободно доступны, поскольку эти электронные компоненты, как правило, используются немного меньше и могут быть немного дороже, но не намного. Проблем с их использованием быть не должно.
Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
схемы полевых транзисторов
Символы цепи
Вернитесь в меню проектирования схем .
. .
LM311 Компаратор напряжения: 4 Простая принципиальная схема
I Введение
LM311 — широко используемый линейный компаратор. LM311 экономичен, поэтому он широко используется в различных схемах сравнения. Этот блог использует преимущества LM311 для представления и анализа серии схем, использующих LM311, таких как управление освещением и обнаружение утечки воды. Эти схемы имеют простую структуру и низкую стоимость производства, что делает LM311 хорошо используемым в схеме.
Figure 1. LM311 Voltage Comparator
Catalog
I Introduction |
II LM311 Basic Circuit |
III LM311 Gas Detection Circuit |
IV LM311 Light Цепь контроллера |
V LM311 Цепь обнаружения утечки воды |
Часто задаваемые вопросы |
Заказ и количество |
II LM311 Основная цепь
Рисунок 2.
LM311 Основная цепь
Основная схема схемы на основе на основе LM311. можно выбрать напряжение и максимальное сопротивление.
Компаратор напряжения LM311 имеет всего 8 контактов. 7-й пин среди них — это выход, представляющий собой структуру с открытым коллектором, то есть так называемый открытый коллекторный вентиль, или сокращенно OC gate. Его роль заключается в удовлетворении некоторых особых потребностей, таких как управление светодиодами, освещением, реле и совместимость уровня со следующими цифровыми схемами.
Поэтому, когда должен быть выведен высокий уровень, высокий уровень не будет получен. Необходимо подключить резистор между контактом 7 и контактом 8 положительного источника питания, например, около 1 кОм, чтобы коллектор больше не был открытым.
III Схема обнаружения газа LM311
Рис.
3. Схема обнаружения газа LM311
Клемма 3 встроенного компаратора напряжения LM311 имеет постоянный вход 5 В.
Поскольку выходной ток датчика пропорционален концентрации газа (дыма) в помещении, то есть:
I = kC
- I : выходной ток датчика
- C : концентрация газа в помещении
- k : постоянная пропорциональности
Таким образом, мы можем использовать датчик и потенциометр 1R для преобразования концентрации газа в сигнал напряжения и ввода на клемму 2 LM311 (то есть V=kC*1R).
Компаратор напряжения может преобразовывать аналоговый сигнал в двоичный. LM311 представляет собой интегральный компаратор общего назначения с низким коэффициентом усиления без обратной связи, большим напряжением смещения и низким коэффициентом подавления синфазного сигнала; однако он имеет высокую скорость отклика, короткое время задержки передачи и может напрямую вводить сигналы высокого уровня в микроконтроллер.
Из вышеприведенного анализа видно, что верхний предел концентрации тревоги в помещении можно отрегулировать, регулируя сопротивление потенциометра.
IV Схема контроллера освещения LM311
Эта схема основана на интегральной схеме компаратора напряжения LM311, а резисторы R3 и R4 на неинвертирующем входе IC1 дают опорное напряжение 6 В. Поскольку в темноте сопротивление фоторезистора может достигать нескольких мегаом, при высоком потенциале инвертирующего входа и низком на компараторе Q1 не включается, и реле не втягивается.
Наоборот, поскольку сопротивление фоторезистора при освещении составляет 5-10К, при низком потенциале инвертирующего входного вывода выход компаратора высокий, а при включении Q1 реле втягивается. Если поменять местами вход LM311 +-, то ситуация ровно обратная. Регулируя R1, мы можем установить, при какой освещенности должно запускаться реле.
Рис. 4. Цепь контроллера освещения LM311
Цепь обнаружения утечки воды LM311 V
Принцип работы детектора утечки воды:
При утечке воды между двумя электродами водоприемной пластины значение сопротивления между двумя электродами сильно изменится, так что можно будет определить, есть ли утечка воды.
Мостовая схема представляет собой схему, измеряющую различные физические величины методом сравнения. Простейшей является схема, состоящая из четырех ветвей, каждая ветвь называется «плечом» моста. В фактической схеме обнаружения, используя превосходные характеристики мостовой схемы при обнаружении сопротивления, изменение значения сопротивления обнаруживается мостом обнаружения напряжения.
Рисунок 5. Схема обнаружения утечки воды LM311
Можно считать, что электрод обнаружения утечки воды представляет собой переменный резистор, который служит ответвлением моста, а остальные три ответвления имеют одинаковое значение сопротивления. Значение удельного сопротивления можно определить по значению сопротивления электрода утечки воды в присутствии и в отсутствие воды. Диапазон должен быть между значением сопротивления при наличии воды и значением сопротивления при отсутствии воды, а среднее значение можно принять за значение оставшегося трехстороннего сопротивления.
В мосту обнаружения, если нет утечки воды из электрода обнаружения, его значение сопротивления велико, поэтому V+﹥V﹣, а именно V_id﹥0, V_out﹥0.
Если электрод обнаружения имеет утечку воды, значение его сопротивления мало, поэтому V+﹤V﹣, а именно: V_id﹤0, V_out﹤0. Таким образом, можно точно определить, есть ли утечка воды. Другими словами, уровень выходного сигнала компаратора напряжения LM311 представляет наличие или отсутствие утечки воды.
Рис. 6. Печатная плата датчика утечки
При проектировании схемы компаратора LM311 следует отметить, что при использовании высокоскоростного компаратора для высокоскоростных входных сигналов и входных сигналов с низким импедансом источника нормальная выходная характеристика должна быть быстрой. и стабильно.
Однако, когда входной сигнал представляет собой медленно изменяющийся сигнал или источник сигнала с высоким импедансом, компаратор может колебаться в пороговой точке сравнения, что вызвано высоким коэффициентом усиления и широкой полосой частот компаратора, а также наличием помех вызывает это колебание.
Одна из прямых причин. В приложении мы должны избегать таких колебаний и нестабильности. Генерация колебаний во многом связана с расположением конструкции.
Выходной конец сигнала должен быть далеко от входного контакта, а также должен быть далеко от двух сбалансированных концевых контактов. Конденсаторы фильтра должны быть добавлены к положительному и отрицательному источникам питания, чтобы отфильтровать помехи источника питания, и конденсаторы должны быть размещены рядом с выводами. Увеличьте амплитуду входного сигнала, чтобы уменьшить вероятность колебаний. Подтягивание резистора на выходе компаратора и подключение конденсатора соответствующей емкости на обоих концах существенно влияет на фильтрацию и уменьшение колебаний.
Если вы хотите, чтобы выходной результат был направлен вперед, контакт 7 подключается к положительному источнику питания, а контакт 1 является выходом. Если результат должен быть выведен в обратном порядке, контакт 1 заземляется, а контакт 7 является выходом с открытым коллектором.