Компаратор напряжения это: как работает, схема на ОУ, цифровые и аналоговые компараторы

Компараторы напряжения

Компараторами называют электронные устройства, предназначенные для сравнения двух или более электрических величин. Компараторы часто используют для преобразования аналогового сигнала в цифровой, а также для восстановления формы искаженных цифровых сигналов. Компаратор может использоваться в качестве порогового устройства, срабатывающего в случае, если входной контролируемый сигнал превысит по величине сигнал заданный, опорный. По виду сравниваемых входных сигналов компараторы подразделяют на две группы: аналоговые; цифровые. Аналоговый компаратор можно представить как простейший однобитный аналого-цифровой преобразователь. Выходной сигнал такого компаратора представлен, как правило, двумя возможными значениями, соответствующими уровням входного сигнала больше или меньше некоторой заданной пользователем величины:.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Зачем нужен цифровой и аналоговый компаратор
• Компаратор напряжения
• Компараторы и их применение, градиентные реле (8 схем)
• Это интересно!
• Компараторы напряжения
• LM2901DR, Маломощный квадрантный компаратор напряжения [SO-14]

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Компараторы. Часть 6 — ШИМ генератор из одного компаратора

Зачем нужен цифровой и аналоговый компаратор

Интегральные компараторы напряжения. Компараторы принадлежат к классу формирователей, предназначенных для перехода от аналоговых сигналов к цифровым. Поэтому оконечные каскады компараторов обычно конструируются таким образом, чтобы выходное напряжение соответствовало бы принятым логическим уровням распространенных цифровых микросхем. Если включить операционный усилитель ОУ без обратной связи так, как это показано на рис.

Компаратор сигналов, выполненный на ОУ: а — включение ОУ; б — выходной сигнал. Если поменять местами Uвх и Uoп, изменится порядок переключения выходного напряжения.

Благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ схема переключается при очень малой разности напряжений входного сигнала и постоянного уровня, т.

Здесь амплитуда выходного напряжения ограничивается с помощью стабилитрона VD1, подключаемого ко второму каскаду усиления. Регенеративный компаратор —это устройство с положительной обратной связью, обладающее гистерезисной характеристикой выход-вход.

Если выход компаратора на рис. Вводить гистерезис в компаратор целесообразно в том случае, когда сигнал поступает на фоне помех. После переключения возврат в исходное состояние произойдет лишь тогда, когда сигнал уменьшится на величину Uг, т.

Регенеративный компаратор является аналогом триггера Шмитта, а также служит основой для построения мультивибраторных устройств. Такое быстродействие недостаточно для цифровых устройств. Поэтому был разработан ряд интегральных микросхем — дифференциальные компараторы сигналов.

Интегральные компараторы напряжения представляют собой специализированные ОУ с двумя входами и цифровым выходом, иногда с двумя выходами противоположного знака на стандартных уровнях 1 и 0 цифровых микросхем. Сокращая амплитудный диапазон выходного сигнала и принимая меры для предотвращения глубокого насыщения каскадов, удается повысить быстродействие компаратора. Отсутствие частотной коррекции препятствует использованию компараторов в линейном режиме. Приводим перечень выпускаемых отечественной промышленностью интегральных микросхем — компараторов напряжения с кратким указанием их отличительных особешюстей время задержки, потребляемая мощность и др.

Таблица 1. Из приведенных в табл. Упрощенное изображение схемы компаратора КСАЗ дано на рис. Упрощенная внутренняя схема компаратора КСА3. Два последующих дифференциальных каскада на транзисторах VT3 — VT6 усиливают сигнал. Нормальный ток нагрузки компаратора — до 50 мА. Сама нагрузка может быть подключена либо в цепь коллектора между выводом 9 и источником положительного напряжения при замыкании вывода 2 на общий провод питания или на —Еп, либо в цепи эмиттера между выводом 2 и источником отрицательного напряжения, а если его нет — общим проводом питания.

При этом вывод 9 следует соединить с плюсом питающего напряжения. В первом случае каскад на транзисторе VT11 является усилительным с общим эмиттером, во втором — эмиттерным повторителем.

Важной особенностью является также сохранение работоспособности при сравнении входных напряжений, не доходящих до — Еп или до нуля при однополярном питании всего лишь на 0, В связи с этим применение компаратора, может быть разнообразным, и его можно непосредственно расположить на плате любого аналогового или цифрового блока. Входной ток компаратора — до нА, при этом разность входных токов для двух его входов — не более 50 нА для группы А — и 10 нА.

Основная схема включения этого компаратора рис. Когда стробирование не требуется, транзистор VT1 и связанные с ним элементы исключаются. Если же и регулировка нуля не требуется, то выводы 7, 8 оставляют неподключенными. Однако следует иметь в виду, что у рассматриваемого компаратора напряжения, как и у всех высокочастотных ОУ без цепей коррекции, имеется склонность к самовозбуждению, в данном случае — из-за паразитной обратной связи между выводом 9 и соседними выводами 7, 8 коррекции нулевого уровня.

При трассировке схемы необходимо сделать все возможное для того, чтобы эти, цепи на плате были разнесены как можно дальше. Если выводы 7, 8 не используются, то лучше соединить их вместе, чтобы минимизировать эффект обратной связи. С резисторами Rl, R2 на рис. При подаче на компаратор КСА3А Б сигналов от источников с малым внутренним сопротивлением целесообразно включить последовательно со входами компаратора резисторы для ограничения пикового тока на случай действия входных сигналов на компаратор с отключенным питанием, а также и при наличии питания, но с повышенными входными сигналами положительного или отрицательного напряжения источника питания.

Конденсаторы с емкостью более 0,1 мкФ, подключенные к входным клеммам компаратора, также можно рассматривать как источники с малым внутренним импедансом, поэтому и от них входы следует отделить с помощью резисторов, так как заряженный конденсатор в случае резкого выключения питания сохраняет на входе большее напряжение, чем у источников питания. На рис. При этом выходной транзистор не усиливает напряжения, и общий коэффициент усиления компаратора уменьшен, что приводит к затягиванию фронтов импульсов на выходе.

Характеристики на рис. Характеристики переключения микросхемы КСА3А, Б с коллекторной нагрузкой на выходе: а — схема включения; б —нарастание выходного сигнала; в — спад выходного сигнала. Характеристики переключения микросхемы КСА3А, Б с эмиттерной нагрузкой на выходе: а — схема включения; б — нарастание выходного сигнала; в —спад выходного сигнала. Характеристику переключения компаратора КСА3А Б можно улучшить, применяя схему соединения выводов по рис.

Особенности внутреннего строения сдвоенного компаратора КСА1 поясняет рис. Выходы двух дифференциальных усилителей объединены в один общий, выполненный по схеме ИЛИ. Стробирование компараторов раздельное. Стабилитроны с номинальным напряжением 6,2 В необходимы для сдвига уровней напряжения на входных и выходных шинах.

Оба выхода можно объединить по схеме ИЛИ с общей нагрузкой. Однако выводов стробирования последний компаратор не имеет. Приведем примеры типичного использования компараторов. Компараторы часто применяют в устройствах, где необходимо чувствовать момент, когда входной сигнал выходит из некоторой заданной области.

Если эта область задана двумя уровнями напряжений, то удобно применить сдвоенный компаратор по схеме рис. Показанный двухпороговый дискриминатор является упрощенной разновидностью амплитудного анализатора импульсов. На оба компаратора поступает один и тот же сигнал Uвх. Компаратор DA1. Такую возможность предоставляет более сложный дискриминатор по схеме рис.

Амплитудный дискриминатор. Компаратор DA1 сравнивает входное напряжение с опорным Uoп; при изменении своего состояния он переключает двухполярный источник тока, собранный на ОУ DA3. Его выходной ток Iх, создавая на резисторе R2 падение напряжения того или иного знака, определяет текущее смещение нулевого уровня компаратора DA2. Правильное состояние DA2 может быть установлено вслед за переключением микросхемы DA1 лишь после срабатывания элемента DA3.

Чтобы уменьшить задержку времени, в качестве DA3 выбран быстродействующий операционный усилитель КУД1А, а также осуществлена коррекция по его входу с помощью конденсатора С1. Статическую точность работы определяют допуски резисторов, смещения нулевых уровней входного напряжения компараторов и ОУ их можно подстраивать , а также шунтирование резистором R5 выходного сопротивления компаратора DA1 в состоянии логической 1 оно равно R6. Для уменьшения погрешности переключения источник входного сигнала должен быть низкоомным, способным выдерживать втекающий и вытекающий ток Iх без заметного изменения напряжения Uвх.

Подключение элемента индикации Рис. Компаратор с мощным выходом Рис. Фотодиодный компаратор. Мощный выход компаратора — ток нагрузки до 1 А — обеспечит устройство по схеме рис. Схема точного фотодиодного компаратора представлена на рис. С помощью делителя R1R2 устанавливают величину обратного смещения фотодиода, а выбором R3 корректируют чувствительность к световому потоку.

Выделение и запоминание экстремальных значений сигналов осуществляют с помощью разнообразных пик-детекторов, которые можно создать на базе компараторов. Высокая нагрузочная способность выходного транзистора микросхемы компаратора DA1 создает условия для быстрой подзарядки конденсатора С1 при превышении сигналом предыдущего экстремального значения, а дополнительный буферный усилитель DA2 отделяет схему запоминания напряжения от нагрузки.

Пик-детектор положительных сигналов Рис. Пик-детектор отрицательных сигналов. Большую группу устройств с компараторами составляют различные генераторы. Автоколебательный мультивибратор Рис.

Кварцованный автогенератор. Операция умножения частоты сигнала часто бывает необходима. Для импульсных сигналов используют, как правило, устройства на цифровых или цифро-аналоговых элементах. Умножение высокочастотных синусоидальных сигналов удобно выполнять с помощью нелинейных резонансных и других параметрических устройств. Обработку сигналов произвольной формы в диапазоне частот до кГц осуществляют компараторами.

Рассмотрим схему удвоителя частоты на рис. Устройство построено на двух микросхемах. Удвоитель частоты: а — принципиальная схема; б — процессы в удвоителе.

Знакопеременный входной сигнал с постоянной или медленноменяющейся в пределах Интегрирующее звено на усилителе DA2. Коэффициент усиления его — около , размах выходного напряжения определяет симметричный диодный ограничитель VD1, VD2.

Большую часть времени DA2. По мере приближения пилообразного напряжения к среднему нулевому значению ток в точке подключения инвертирующего входа усилителя DA2. Усилитель DA2. В результате намного быстрее происходит изменение выходных уровней компаратора DA1. Как следствие, существенно уменьшается дрожание фронтов сигнала 4 на выходе DA1.

Параметры элементов C1, С2 выбирают в зависимости от частотного диапазона работы удвоителя. Работа удвоителя проверялась до входной частоты 50 кГц. Представленный удвоитель частоты можно упростить. Если входной сигнал — импульсный с оговоренной выше скважностью, то компаратор DA1.

Если небольшое дрожание фронтов выходных импульсов ориентировочно

Компаратор напряжения

Портал о науке и технике Статьи Новости Видео Обзоры. Забыли пароль? Воспользуйтесь строкой поиска, чтобы найти нужный материал. Главная Схемотехника Как работает компаратор на операционном усилителе ОУ. Как работает компаратор на операционном усилителе ОУ. Прежде чем начнём разбираться с компаратором , давайте вспомним, что такое операционный усилитель ОУ.

В каждом цифровом вольтметре или другом измерительном приборе обязательно присутствует компаратор напряжения. Термин «компаратор».

Компараторы и их применение, градиентные реле (8 схем)

Ранее мы с вами познакомились с такими интегральными схемами, как таймер , счетчик , логические вентили , а также сдвиговые регистры и декодеры. Теперь же пришло время узнать о компараторах. Несмотря на кажущуюся простоту, компараторы — куда более интересные устройства, чем может показаться на первый взгляд. Читайте далее, и сможете убедиться в этом самостоятельно. Крайне наглядная картинка, объясняющая работу компаратора, была найдена мной в книге Чарльза Платта Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. С некоторыми изменениями эта иллюстрация приведена ниже:. Компаратор имеет два входа, обозначаемые знаками минус инвертирующий вход и плюс неинвертирующий вход , и один выход. Для нормальной работы выход компаратора обязательно должен быть подключен к плюсу источника питания через подтягивающий резистор.

Это интересно!

Очень часто нужно сравнить два сигнала по величине. В некоторых случаях необходимо зафиксировать момент, когда сигнал достигнет определенного значения. Для этих задач многие фирмы выпускают аналоговые компараторы. В каждом цифровом вольтметре или другом измерительном приборе обязательно присутствует компаратор напряжения.

Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.

Компараторы напряжения

Мера-имитатор Р — основные характеристики Мера-имитатор Р предназначена для воспроизведения электрического сопротивления постоянному току в диапазоне Мера электрического сопротивления МС — основные характеристики МС Катушка электрического сопротивления измерительная. Класс 0, Мера напряжений Н — основные характеристики Меры напряжения, предназначенные для передачи размера единицы напряжения постоянного тока от рабочих эталонов к Компаратор сопротивлений Р — основные характеристики Компаратор сопротивлений Р Предназначен для определения на постоянном токе относительной разности Компаратор Р — основные характеристики Предназначены для: компарирования измерения напряжения постоянного тока от 20 нВ до , В; выдачи кали

LM2901DR, Маломощный квадрантный компаратор напряжения [SO-14]

В электронике часто возникает необходимость сравнить два сигнала. Сравнению могут подлежать как аналоговые, так и цифровые сигналы. Обычно устройства сравнения сигналов называют компараторами. С помощью компараторов фиксируют моменты равенства двух сравниваемых сигналов. Если в качестве сигналов, подлежащих сравнению, используются напряжения, то в этом случае применяют компараторы напряжений.

Коэф-т усиления мин.,. В/мВ. Компараторы напряжения. IL ÷+85 одноканальный. +15, IL 0÷+70 четырех- канальный.

Компараторное включение ОУ используется для сравнения напряжения источника сигнала U г с опорным сигналом U 0. Компараторный режим ОУ обычно используется без внешних цепей отрицательной обратной связи с подачей сравнивающих сигналов на один или оба входа усилителя. Рисунок 3. Для сравнения разнополярных входных напряжений используется одновходовой компаратор рис.

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Компараторы — название произошло от принципа работы — сравнения. Так функционируют приборы, производящие измерения способом сравнивания с эталоном: весы с одинаковыми плечами, электрические потенциометры. По своей принципиальной работе компараторы делятся на механические, электрические и оптические. Приборы с механической конструкцией применяются для проверки конечных мер длины.

Компаратор напряжения — это устройство, выполняющее сравнение имеющегося уровня напряжения с опорным сигналом. Ответом, как правило, становится двоичная величина — да либо нет, нуль или единица.

Компаратор — это операционный усилитель без обратной связи с большим коэффициентом усиления. Поэтому, если подать на один его вход например инверсный какой то постоянный уровень опорного напряжения, а на другой вход прямой изменяющийся сигнал — выходное напряжение у него изменится скачком, от минимального до максимального в тот момент, когда уровень входного сигнала превысит уровень сигнала опорного напряжения, установленного на другом входе, и наоборот. Компараторы имеют два входа, прямой и инверсный, и в зависимости от желаемого результата, опорное и сравниваемое напряжения, могут подключаться к любому входу. Если входное напряжение на прямом входе, превысит напряжение инверсного входа, выходной транзистор компаратора открывается, если станет ниже — закрывается. То есть компаратор сравнивает напряжения. Вот мы и подошли к сути основного назначения компаратора — сравнивать между собой два напряжения сигнала , и выдавать на выходе напряжение сигнал в том случае, когда сигнал на одном входе, стал больше или меньше уровня, установленного опорным напряжением другого входа. На компараторах можно собирать различные устройства, такие как терморегуляторы, стабилизаторы, различные устройства автоматики — используя для изменения входного сигнала различные датчики, такие как, терморезисторы, фоторезисторы, индикаторы влажности и т.

Компаратор представляет собой устройство сравнения сигналов, своеобразные электрические весы. После этого компаратор переключится: выходной сигнал сменит значение до 11пит или 0, соответственно. На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже. К градиентным реле рис.

как работает, схема на ОУ, цифровые и аналоговые компараторы

Переключатели[править | править код]

В MineCraft’е уже есть достаточный набор различных кнопок, но все они умеют только «включать» или «выключать» элементы вашей электросети. А что если нужно переключаться между дверьми шлюза например?

Собственно ничего сложного. Рычаг либо включает факел и выключает нижний провод, либо наоборот. A если добавить AND вентиль, то возможна блокировка.

Простой переключатель

Переключатель сигналаправить | править код Данный вид переключателей сложнее, но и технологичнее. Суть в том, что вы не просто переключаете 1 между выходами, а переключаете сигнал на входе (in ) между выходами ( и1 ). Для примера возьмем двери шлюза. Двери открываются выходами и 1 , а рычаг переключения находится между ними. Рычагin выполняет роль «засова». Если «засов» не подает сигнал, двери не откроются. Если «засов» подает сигнал, то с помощью переключателя можно выбрать, какую из дверей открыть. В схеме используются два элемента: и простой переключатель. Напомню, что на выходе имеет 1 , если на входе получено две1 . Сигналin подается на один вход на каждый , а сигналы на выходе из простого переключателя идут на два оставшихся входа . Схемы, реализующие подобную систему представлены во врезке в двух вариантах: «Толстый» и «Длинный», и отличаются только в размерах.	Переключатель сигнала (длинный)	Схема (длинный)
Переключатель сигнала (толстый)	Схема (толстый)

Компактный переключатель сигналаправить | править код Слегка изменив расположение элементов и отказавшись от отдельного инвертора можно построить компактную схему переключателя. На приведенной во врезке схеме один из выходных факелов используется для получения инвертированного сигнала выбора канала, а входной сигнал подается на схему через один факел. К такой схеме намного удобнее подводить управляющий сигнал, чем к приведенным выше. Однако, если управляющий сигнал подается на несколько схем одновременно, то необходимо подавать его через повторитель или факел, иначе при 0 на входном проводе, сигнал с входного факела по управляющему проводу попадет во все схемы.

Переключатель сигнала (компактный)

Схема (компактный)

Смещение напряжения и тока

Транзисторы дифференциальной схемы, помимо приложенных к напряжениям, также учитывают для сравнения их напряжение эмиттер-база. Эти напряжения складываются с внешними, что влияет на определение потенциала эмиттера и решение, какой транзистор подключить.

Это свойство называется смещением и является плохим явлением для схем с дифференциальным входом.

Под смещением следует понимать источник напряжения, который «имеет» компаратор и который последовательно подключен к одному из входов. Производители никогда не указывают точное значение смещения, так как оно зависит от агрегата, температуры и других факторов. Вместо этого они указывают диапазоны, например ± 5 мВ. Для электроники это означает, что такой компаратор должен возбуждаться дифференциальным напряжением, превышающим 5 мВ, потому что меньшие по размеру могут не правильно распознаваться.

Фрагмент каталожной записи LM311

В дополнение к смещению напряжения существует также смещение тока, то есть разница между токами, потребляемыми базами транзисторов, управляющих входами. Она упоминается гораздо реже, чем смещение напряжения, но вы должны знать о его существовании — это также вызвано различиями в параметрах транзисторов.

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.

Вам это будет интересно Особенности амперметра переменного тока

Фотореле

Чтобы 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 блок

Подводимое 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.

Генератор

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.

Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта

Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение UВЫХ изменяется от UНАС+ до UНАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).

Кроме того существует проблема несовместимостей уровней выходного напряжения, к примеру, при напряжении питания ОУ UПИТ = ±15 В, выходное напряжение составит UВЫХ ≈ ±14 В (UНАС+ ≈ +14 В, а UНАС- ≈ -14 В), в то время как уровни ТТЛ микросхем составляют около +5 В или 0 В.

Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже

Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС.

Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (UВХ ОП), то выходное напряжение UВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона UСТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. При этом выходное напряжение будет равняться напряжению стабилизации стабилитрона (UВЫХ = UСТ).

В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В.

Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: UВЫХ1 = UСТ (при отсутствии ограничения UНАС+) или UВЫХ2 ≈ 0,7 (при отсутствии ограничения UНАС-).

Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже

Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения.

В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.

При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве UНАС+ необходимо использовать UСТ (когда используется один стабилитрон) или UСТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо UНАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или UСТVD2 (при двухстороннем ограничении).

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Прошло почти два года с тех пор, как я пытался приручить операционный усилитель УД708 для сравнения двух сигналов. Знаний тогда было мало, поэтому времени уходило много, а главное — еще и безрезультатно. Но в итоге для своей задачи я смог «договориться» с компаратором LM393N. А на днях перебирал поделку, в которой впервые использовал эту микросхему, и решил вспомнить, как работает компаратор. Заодно и другим рассказать.Компаратор — это устройство, сравнивающее два аналоговых сигнала. В самом простом случае — операционный усилитель без обратных связей. На входы ему подаются два напряжения — эталонное, оно же опорное (известно заранее) и измеряемое. На выходе возможны два состояния:

«1» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем;«0» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.

Некоторые компараторы самостоятельно формируют уровни логических нуля и единицы (например, «ноль» — это ноль, «единица» — плюс пять вольт), но LM393 — с открытым коллектором. Ей для создания выходного напряжения нужен внешний резистор, подключающийся либо к «плюсу» питания, либо к другому «плюсу» (в разумных пределах, конечно).

Первые две схемы — каноничное включение нагрузки под открытый коллектор. Я подключал внешний резистор к питающему «плюсу».

Компаратор напряжения операционного усилителя

Простой компаратор операционного усилителя

Операционный усилитель (ОУ) имеет хорошо сбалансированный разностный вход и очень высокий коэффициент усиления . Это соответствует характеристикам компараторов и может быть заменено в приложениях с низкими требованиями к производительности.

Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне), 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. В большинстве случаев компаратор реализуется с использованием специальной микросхемы компаратора, но в качестве альтернативы можно использовать операционные усилители. На схемах компараторов и схемах операционных усилителей используются одни и те же символы.

На рисунке 1 выше показана схема компаратора

Прежде всего обратите внимание, что схема не использует обратную связь. Схема усиливает разницу напряжений между Vin и VREF и выводит результат на Vout

Если Vin больше, чем VREF, то напряжение на Vout поднимется до положительного уровня насыщения; то есть к напряжению на положительной стороне. Если Vin ниже VREF, то Vout упадет до своего отрицательного уровня насыщения, равного напряжению на отрицательной стороне.

На практике эту схему можно улучшить, включив диапазон напряжения гистерезиса, чтобы снизить ее чувствительность к шумам. Например, схема, показанная на Рисунке 1, будет обеспечивать стабильную работу, даже когда сигнал Vin несколько зашумлен.

Это происходит из-за разницы в характеристиках операционного усилителя и компаратора, использование операционного усилителя в качестве компаратора имеет ряд недостатков по сравнению с использованием специального компаратора.

1. Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью. Следовательно, операционный усилитель обычно имеет длительное время восстановления после насыщения. Почти все операционные усилители имеют внутренний конденсатор компенсации, который накладывает ограничения на скорость нарастания для высокочастотных сигналов. Следовательно, операционный усилитель создает неаккуратный компаратор с задержками распространения, которые могут достигать десятков микросекунд.
2. Поскольку операционные усилители не имеют внутреннего гистерезиса, для медленных входных сигналов всегда необходима внешняя сеть гистерезиса.
3. Спецификация тока покоя операционного усилителя действительна только при активной обратной связи. Некоторые операционные усилители показывают повышенный ток покоя, когда входы не равны.
4. Компаратор предназначен для создания хорошо ограниченных выходных напряжений, которые легко взаимодействуют с цифровой логикой. Совместимость с цифровой логикой должна быть проверена при использовании операционного усилителя в качестве компаратора.
5. Некоторые многосекционные операционные усилители могут демонстрировать экстремальное взаимодействие канал-канал при использовании в качестве компараторов.
6. Многие операционные усилители имеют встречные диоды между входами. Входы операционных усилителей обычно следуют друг за другом, так что это нормально. Но входы компаратора обычно не совпадают. Диоды могут вызвать неожиданный ток через входы.

Компаратор в Minecraft | Minecraft 1.8

Компаратор – это элемент используемый в цепях красной пыли для получения разности двух сигналов, проверки сундуков и других блоков с инвентарем на заполненность, а также проверки силы сигнала красной пыли. Появился этот блок в Minecraft 1.5. Далее, о том как им пользоваться.

Как использовать компаратор в Minecraft

На картинках может быть не очень хорошо видно силу сигнала, тем не менее на верхней картинке показано, что если боковой сигнал отсутствует, то сигнал на выходе равен сигналу на входе. Если же подать на боковой вход компаратора сигнал по мощности превосходящий сигнал с заднего входа, то на выходе мы не получим ничего. В этом режиме он также может быть использован в качестве диода, так как не пропускает редстоун в обратном направлении.

Компаратор в режиме вычитания

Компаратор в Minecraft также может работать в режиме вычитания. Для этого кликните на установленный компаратор правой кнопкой мыши, красный факел на выходе должен загореться. В этом режиме компаратор будет подавать на выход разность сигнала на заднем и боковом входе. Следующая иллюстрация наглядно демонстрирует этот режим (15-13=2).

Компаратор в режиме проверки инвентаря

Также, этот элемент может быть использован для проверки блоков с инвентарем на заполненность. Для этого к заднему входу поставьте нужный блок, например сундук. Чем больше в сундуке предметов, тем сильнее будет сигнал на выходе. Например, на картинке ниже в сундуке находятся два стака.

Если таким же образом разместить компаратор и проигрыватель пластинок, то мощность сигнала на выходе будет равна номеру пластинки. Если вы создаете карты для режима приключений, то это может оказаться весьма полезным.

Назначение и применение компаратора

Подобное изделие нашло применение в простых схемах персональных компьютеров, в которых необходимо быстро сравнивать сигналы напряжения входа. А также это может быть устройство для зарядки телефона или другого гаджета, электронные весы, датчик напряжения, микроконтроллер, таймер и подобные изделия. Иногда его используют в разных интегральных микросхемах, которые обязаны контролировать импульсы на входе, обеспечивать связь от источника импульса до места его назначения.

Наилучшим примером можно считать регулятор Шиммера, который способен работать в многоканальном режиме. Таким образом, он может сравнить большое количество электрических сигналов. А также этот компаратор используется для восстановления цифрового сигнала, который может искажать связь в зависимости от значения напряжения и расстояния до источника сигналов. Это устройство принято считать аналогом обычного компаратора, который обладает широкими функциональными возможностями и способен обеспечить измерение большого количества входящих электрических сигналов.

Сейчас выпускается специальный компаратор шероховатости. Подобное изделие может быстро определить качество поверхности, которая до этого момента была механически обработана. Использование такого устройства обосновано необходимостью определения допусков поверхности, которая подверглась обработке.

Использование[]

Сравнение сигналов

Компаратор имеет два входа: один сзади (сигнал А) и один сбоку (сигнал Б). Если к обеим боковым сторонам подведен сигнал, сигналом Б считается более сильный из них. Существует два режима вывода, переключаемые щелчком правой кнопки мыши на компараторе.

• В первом режиме (факел спереди не горит, режим по умолчанию) компаратор сравнивает сигнал А с сигналом Б и пропускает сигнал А только если А≥Б. Если А слабее Б, на выходе будет ноль.
• Во втором режиме (факел спереди горит) компаратор «вычитает» сигнал Б из сигнала А, выдавая на выход сигнал с силой, равной разности входов (А−Б).

Определение заполненности контейнеров

Компаратор, у задней стороны которого находится контейнер, позволяет снимать с него сигнал, зависящий от заполненности хранилища. Доступные контейнеры включают в себя: обычные и двойные сундуки, сундуки-ловушки, печи, варочные стойки, раздатчики, выбрасыватели, загрузочные воронки, нажимные рельсы с вагонеткой с сундуком или воронкой на них и якоря возрождения. При этом можно размещать компаратор через 1 полный блок, но только если компаратор находится на одной линии с контейнером. Если контейнер пуст, на выходе будет ноль. Если контейнер содержит что-либо, выходной сигнал рассчитывается по следующей формуле:

A

=

1

+

(

N1 V1

+

N2 V2

+

…

+

Nn Vn

)

×

14 n

Где:
A	—	сила сигнала (С округлением в меньшую сторону)
N1…n	—	количество предметов в слоте
V1…n	—	размер полной стопки для данного предмета
n	—	количество слотов в контейнере

Это означает, что сила сигнала зависит не напрямую от количества предметов в контейнере, а от его заполненности. Так, предмет, который нельзя сложить в стопку, полная стопка предметов, складывающихся по 16 предметов, и полная стопка предметов, складывающихся по 64 предмета, занимают одинаковый объём и на выходе дают одинаковый сигнал. Исходя из формулы, максимальная сила сигнала равна 15.

Определение пластинки

Компаратор, подключённый входом к проигрывателю, в котором находится пластинка, дает сигнал с силой, зависящей от порядкового номера используемой пластинки.

Сигнал	Пластинка
нет
1	13
2	cat
3	blocks
4	chirp
5	far
6	mall
7	mellohi
8	stal
9	strad
10	ward
11	11
12	wait
13	Pigstep
14	не используется
15	не используется

Взаимодействие с командным блоком

Если компаратор подключён входом к командному блоку, в котором введена команда , при обновлении командного блока будет выдаваться сигнал, соответствующий количеству сущностей на сервере, соответствующих аргументу команды.
Если же в командном блоке введена любая другая команда, при её успешном выполнении будет выдаваться сигнал силой 1.

Взаимодействие с тортом

Если компаратор подключён входом к торту, он будет выдавать сигнал, пропорциональный количеству оставшегося торта. Каждый кусок торта добавляет 2 к силе выходного сигнала. Таким образом, полный торт выдаёт через компаратор сигнал силы 14.

Взаимодействие с котлом

Если компаратор подключён входом к котлу, он будет выдавать сигнал, пропорциональный количеству воды в котле. Пустой котёл выдаёт сигнал силы 0. Каждая треть воды в котле добавляет 1 к выходному сигналу.

Взаимодействие с рамкой

Компаратор может быть использован для определения угла поворота предмета в рамке, а также определения того, содержится ли там какой-либо предмет вообще. Чтобы считывать сигнал с рамки, компаратор должен быть подключен к блоку, на котором висит рамка, с противоположной от неё стороне. Пустая рамка выдаёт нулевой сигнал. Неповёрнутый предмет в рамке выдаёт сигнал силы 1. Каждые 45° поворота добавляют 1 к силе выходного сигнала.

Другое

• Компаратор пропускает сигнал только в одну сторону, а потому может быть использован как диод. Но в отличие от повторителя, компаратор не усиливает сигнал.
• Если поставить два компаратора в кольцо, потом подать и снять сигнал с этого кольца, то сигнал будет плавно затухать со скоростью длина провода минус 1 за 0,1 секунды (для каждого участка). Это позволяет сделать более компактную линию поддержки сигнала, чем на повторителях.
• Компаратор, подключённый к рамке портала Края, выдаёт сигнал силы 15, если в рамке расположено око Края, и 0, если рамка пуста.
• Задержка компаратора равна 0,1 секунды или двум тактам.

Как работает обратная связь?

Работу этой схемы можно объяснить следующим образом: если светодиод не горит, это означает, что выходное напряжение близко к положительной шине питания. Ток протекает через R6 к неинвертирующему входу, что еще больше увеличивает его потенциал и увеличивает дифференциальное напряжение.

Однако уменьшение напряжения, с помощью потенциометра, в какой-то момент переключит состояние компаратора, т.е. ток, подаваемый R6, перестанет быть достаточным, и потенциал неинвертирующего входа будет ниже, чем у инвертирующего входа. В результате, на выходе компаратора появится потенциал до нескольких сотен милливольт, который можно упростить до массы (минус батареи). Светодиод загорится. Через R6 ток начнет течь в другом направлении — от неинвертирующего входа к выходу, благодаря чему дифференциальное напряжение снова будет увеличиваться, на этот раз с противоположной полярностью.

Такое свойство схемы называется гистерезисом — она ​​запоминает свое предыдущее состояние, поэтому следующий толчок, который смог бы ее переключить, должен быть достаточно сильным. Гистерезис необходим во всех схемах, в которых запоминающиеся процессы протекают медленно, особенно в термостатах.

Термостат включается при значительном падении температуры, ниже порога, и выключается при незначительном превышении порога. Промежуточных состояний нет.

Гистерезис представляет собой зону нечувствительности, в которой система не реагирует на изменения

Величина резистора R6 влияет на ширину гистерезиса, то есть на расстояние между напряжениями (устанавливается с помощью потенциометра P1), при котором схема меняет состояние выхода. При отсутствии этого резистора, что можно считать бесконечно большим сопротивлением, пороги включения и выключения находились практически в одном месте.

Уменьшение этого сопротивления до 1 МОм привело к четкой разнице между порогами переключения. Следуя этому пути, дальнейшее уменьшение значения R6 вызовет еще большую разницу между напряжением, при котором схема включает диод, и напряжением, при котором схема отключает его.

Это можно проверить, добавив второй резистор 1 МОм параллельно R6. Результирующее сопротивление будет тогда 500 кОм.

Причина этого кроется в большей интенсивности протекающего через него тока связи (поскольку здесь все еще действует закон Ома). Если сила этого тока выше, то он может сильнее повлиять на потенциал неинвертирующего входа — «добавляя» или «забирая» ток из части схемы (R1 + P1 + R2).

В случае отсутствия обратной связи, наш делитель напряжения с потенциометром смещает неинвертирующий вход на постоянное, задаваемое вручную напряжение. С другой стороны, в случае схемы обратной связи, ситуация немного сложнее, потому что через резистор R6 протекает относительно небольшой ток, который протекает один раз со входа на выход и один раз с выхода на вход компаратора. Это зависит от состояния выхода компаратора. Обе ситуации показаны на рисунках — путь дополнительного тока обратной связи отмечен красными стрелками.

Срабатывание гистерезиса — переход во включенное состояние	Работа гистерезиса — переход в выключенное состояние

Все зависит от выходного потенциала компаратора. Если выход низкий, дополнительный ток течет от входа к выходу. Однако, если выход компаратора высокий, ток течет в противоположном направлении. В зависимости от направления этот ток протекает через потенциометр или ту или иную половину делителя напряжения. Таким образом, он тонко меняет напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход. Благодаря этому схема работает более стабильно, потому что ей «кажется», что разница между входами компаратора немного больше, чем есть на самом деле.

Ток обратной связи, влияющий на выход компаратора	Ток обратной связи, протекающий с выхода компаратора

Однако более решительное изменение настройки потенциометра приводит к тому, что ток обратной связи становится слишком слабым, чтобы «исказить» результат, и компаратор переключается нормально.

Примеры и использование устройств уточнения веса

Российским стандартом массы является платиновый цилиндр. Он был скопирован с французского образца 125 лет назад. За прошедшие годы, эталон потерял в виде окислов около 40 мкг от первоначального веса. Соответственно, его использование для нужд производств, с высокой точностью измерения массы сейчас затруднительно.

Был разработан новый стандарт массы. Ученые назначили таковым кремниевый шар с четным количеством атомов. Сейчас это наиболее точный вариант эталона килограмма. Его характеристики приняты международным сообществом для использования.

Созданный образец нуждается в многократном копировании. Так как современные направления в науке, особенно фармакология, биоинженерия, компьютерная электроника, нанотехнологические разработки требуют прецизионной точности измерений. Для таких областей науки и техники критичны сотые доли микрограмма. Эту задачу должен решить атомный компаратор массы – устройство способное определить разницу в несколько частиц.

Атомный компаратор использует для измерений опорный сигнал, полученный от высокоточного кварцевого генератора. Измеряемое напряжение берется с квантового дискриминатора, определяющего стабильность линии мельчайших частиц. Ее изменения вызываются расхождением в количестве атомов образца. Поэтому сейчас – это самый точный прибор измерения.

Существуют и менее точные компараторы массы. Их стоимость гораздо ниже атомных, но для них всех находится работа в промышленности, торговле, стандартизации.

Входное напряжение смещения и гистерезис

Для большинства схем построенных на компараторах, величина гистерезиса является разностью напряжений входного сигнала, при котором выход компаратора либо полностью включен или полностью выключен. Гистерезис в компараторах, как правило, нежелателен, но он может потребоваться, когда необходимо уменьшить чувствительность к шуму или при медленном изменении входного сигнала.

Внешний гистерезис использует положительную обратную связь (ПОС) с выхода на неинвертирующий вход компаратора. В результате полученный триггер Шмитта обеспечивает дополнительную помехоустойчивость и более чистый выходной сигнал.

Эффект от использования гистерезиса в том, что при постепенном изменении входного напряжения, а опорное напряжение будет быстро изменяться в противоположном направлении. Это обеспечивает чистое переключение выхода компаратора.

Механический аналог гистерезиса может быть обнаружен в разнообразных тумблерах. Как только рукоятка тумблера перемещается мимо центральной точки, пружина в тумблере переводит контакты реле в гарантированное положение (открытое или закрытое).

Гистерезис является неотъемлемой частью большинства компараторов составляющая всего несколько милливольт и он обычно влияет только на схемы, где входное напряжение поднимается или падает очень медленно или имеет скачки напряжения, известные как «шум»…

Цель работы

– изучить принцип работы, схемотехнику и основные характеристики аналоговых компараторов на операционных усилителях.

Глава 10 Компараторы напряжения

Компараторы напряжений это устройства, которые предназначены для сравнения двух сигналов. Они имеют два входы. Один из входов предназначен для подачи исследуемого сигнала U_x, а другой для подачи опорного напряжения U_оп.

В момент времени, когда исследуемый сигнал U_xсравнивается с пороговым напряжениемU_пор, который зависит от величины опорного напряжения U_оп=F(U_пор),компаратор изменяет свое состояние. Состояние компаратора определяется величиной выходного напряжения, которое может принимать два значения:U_вых=U⁰_вых или U¹_вых.

Работу компаратора обычно характеризуют аналитически, в виде неравенств или амплитудной характеристикой. Компаратор с такой характеристикой называется неинвертирующим.

На рис. приведен инвертирующий компаратор.

Вкачестве компараторов обычно используют операционные усилители.

Входные (U_вх+, U_вх-) и выходное (U_вых) напряжения ОУ связаны соотношением:

U_вых = К_оу (U_вх+ — U_вх-) , (1)

где К_оу— коэффициент усиления операционного усилителя.

В связи с тем, что К_оу достаточно велик (10⁵ — 10⁶),. линейный режим имеет место только при малых входных сигналах, когда диапазон входных не превышает долей или единиц милливольта.

При отсутствии отрицательной обратной связи или при введении положительной обратной связи схемы на ОУ обладают нелинейными свойствами и выполняют функции компараторов, генераторов сигналов и т. п.

При достаточно больших значениях входного дифференциального напряжения имеет место режим ограничения выходного напряжения, т.е:

Uвых = U¹_вых≈ Е_п⁺ sign U_вх+, при U_вх+ > U_вх-, (1.1)

U⁰ _вых ≈ Е_п^¯ sign U_вх+, при U_вх+ < U_вх-,

Итак, благодаря большому коэффициенту усиления ОУ имеют амплитудную характеристику аналогичную характеристике компаратора.

Недостатком ОУ при использовании их в качестве компараторов является невысокое быстродействие переключения (из-за сложности схемы и большого числа активных элементов).

В тех случаях, когда требуется высокое быстродействие применяют специализированные схемы компараторов. По структуре они аналогичны ОУ, но имеют более простую схему с меньшим числом активных элементов.

Основные параметры компаратора аналогичны параметрам ОУ, но имеются и специфические: зона неопределенности 2ΔЕ=Е_п/К_оу — это такое изменение исследуемого напряжения вблизи порога срабатывания, при котором компаратор не принимает ни одного из своих стационарных состояний.

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.

Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.

Основнымдинамическим параметром компаратора является время переключения t_п. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения U_вх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения U_вх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения U_д при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора t_п можно разбить на две составляющие: время задержки t_з и время нарастания до порога срабатывания логической схемы t_н. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

Рис. 8. Переходная характеристика компаратора А710 при различных превышениях скачка входного напряжения U_д над опорным: 1 — на 2 мВ; 2 — на 5 мВ; 3 — на 10 мВ; 4 — на 20 мВ.

Выходные каскады компараторов обычно обладают большей гибкостью, чем выходные каскады операционных усилителей. В обычном ОУ используют двухтактный выходной каскад, который обеспечивает размах напряжения в пределах между значениями напряжения питания (например, +/-13 В для ОУ типа 140УД7, работающего от источников +/-15 В). В выходном каскаде компаратора эмиттер, как правило, заземлен, и выходной сигнал снимается с «открытого коллектора». Выходные транзисторы некоторых типов компараторов, например, 521СА3 или LM311 имеют открытые, т.е. неподключенные, и коллектор и эмиттер. Две основные схемы включения компараторов такого типа приведены на рис. 5.На рис. 5а выходной транзистор компаратора включен по схеме с общим эмиттером. При потенциале на верхнем выводе резистора равном +5 В к выходу можно подключать входы ТТL, nМОП- и КМОП-логику с питанием от источника 5 В. Для управления КМОП-логикой с более высоким напряжением питания следует верхний вывод резистора подключить к источнику питания данной цифровой микросхемы.

Если требуется изменение выходного напряжения компаратора в пределах от U⁺_пит до U^—_пит, выходной каскад включается по схеме эмиттерного повторителя (рис. 5б). При этом заметно снижается быстродействие компаратора и происходит инверсия его входов.

Рис. 5. Схемы включения выходного каскада компаратора 521СА3.

Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор — это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.

Компаратор напряжения

: Введение в компараторы

Электроника сегодня является одной из самых разнообразных тем. Есть чему поучиться, будь то хобби или карьера. Почти все сегодня электронное; сюда входят как простые бытовые приборы, так и промышленное оборудование.

Если вы использовали схему детектора или схему делителя, скорее всего, вы столкнулись с компаратором. Поэтому, чтобы дать вам лучшее понимание предмета, давайте копнем глубже. Вот простое введение в компараторы.

 

Содержание

Что такое компаратор?

 

Микросхемы компараторов

Источник: Wikimedia Commons  

Компаратор — это простое устройство, которое сравнивает различные напряжения и токи. Следовательно, он имеет две клеммы ввода аналоговых сигналов. Как правило, они включают в себя V+ и V- и одно напряжение двоичного цифрового выходного сигнала, зарегистрированное как V0. Таким образом, компараторы идеально подходят для обнаружения сравнительных измерений напряжений и токов. Таким образом, компараторы идеально подходят для обнаружения сравнительных измерений напряжений и токов.

Впоследствии, в каждом компараторе есть схема дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления. По этой причине схема усилителя есть в большинстве устройств. Он измеряет и оцифровывает аналоговые входные напряжения. Например, генераторы релаксации, а также аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

При расчете выходного сигнала компаратора вы будете использовать это уравнение.

Также компаратор имеет пять основных параметров. Это:

• Напряжение гистерезиса
• Ток смещения
• Супермощные качели
• Напряжение сток-исток
• Время задержки выхода

 

Принцип работы

 

Принцип работы компаратора

Источник: Википедия В результате напряжения или токи являются входными сигналами компаратора. Как только все входы совпадают, электронная схема компаратора сравнивает их и выводит.

Следовательно, на выходе либо 1, либо 0. Прежде всего, 1 указывает на напряжение в цепи положительной обратной связи (высокий уровень). 0, с другой стороны, показывает отрицательную обратную связь (низкий уровень). Вы можете выбрать схему операционного усилителя, чтобы заменить компаратор. Однако операционный усилитель не имеет отрицательной обратной связи.

Учитывая это, коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи выше, чем у компаратора. Следовательно, он может обрабатывать входы только с минимальным дифференциальным входным напряжением.

Таким образом, принцип работы компаратора заключается в преобразовании электрических сигналов.

 

ИС компаратора

 

Здесь представлен обзор широкого спектра ИС компаратора, доступных сегодня на рынке. Эти микросхемы включают:

• LM324
• ЛМ358
• UA741
• TL081\2\3\4
• OP07
• ОП27

Кроме того, эти микросхемы относятся к разным категориям. Например, сигма, оптические, электронные, пневматические, цифровые, механические и электрические. В результате различные типы ИС компараторов представляют собой различные области применения.

 

Как построить схему компаратора напряжения с помощью ИС 741

 

Операционный усилитель.

Источник: Википедия.

 

Обычно компаратор напряжения представляет собой схему, сравнивающую входные сигналы опорного напряжения. Кроме того, его базовый блок образует схему генерации несинусоидальной волны.

 

По большей части компараторы представляют собой простые интерфейсы между аналоговыми и цифровыми схемами. Они также используются в схемах преобразования и генерации сигналов. Кроме того, компараторы напряжения бывают разных форм.

• Однопредельные компараторы
• Компараторы диапазонов напряжения с гистерезисом
• Двухпороговые компараторы
• Компараторы напряжения с тремя состояниями

 

Требования

 

Фоторезистор

Источник: Wikimedia Commons

• Резистор 33 кОм
• Резистор 330 Ом
• Потенциометр 10 кОм
• LM741 Операционный усилитель
• Светодиод
• Батарейки постоянного тока типа ААА

 

Распиновка LM741

 

Распиновка LM741

 

Процесс подключения LM741 к схеме компаратора

 

Схема операционных усилителей

 

Прежде чем начать, необходимо подключить LM741 к схеме. Для начала поместите +15 В постоянного тока на контакт 7, а -15 В постоянного тока на контакт 4. Обязательно сделайте это, чтобы операционный усилитель имел мощность смещения для усиления.

 

Уравнения схемы

 

После подключения микросхемы к схеме выходное напряжение равно:

Коэффициент усиления по току на входах операционного усилителя также аналогичен:

Если вы хотите увеличить прирост операционного усилителя, вам нужно только использовать более значительное значение резистора Rf. Однако, если вы собираетесь уменьшить платеж, вы должны использовать более низкое значение сопротивления для Rf. Калькуляторы операционных усилителей имеют большое значение для получения точных значений.

Схема

 

Вот принципиальная схема ночника.

Полная схема усилителя ночного освещения

 

На приведенной выше схеме операционный усилитель питается от напряжения 5 вольт; это терминал V+. Наконец, входная клемма V подключается к земле. Следовательно, эти два входа являются инвертирующими и неинвертирующими. И, наконец, делитель напряжения подключается к неинвертирующему входу.

По этой причине входное напряжение может меняться в зависимости от уровня окружающего освещения. Все это происходит при настройке потенциометра. Впоследствии изменение продемонстрирует изменение напряжения.

После завершения калибровки схемы эксперимент готов к работе.

 

Пробой эксперимента

 

На свету сопротивление фоторезистора меньше установленного значения 33 кОм. В результате положительное выходное напряжение поступает на 33 кОм вместо фоторезистора. Во время этой фазы напряжение на неинвертирующей клемме меньше, чем на инвертирующей клемме. Следовательно, светоизлучающий диод не включается.

Однако в условиях отсутствия или слабого освещения происходит обратное. Потенциометр имеет большее сопротивление напряжению по сравнению с исходными 33 кОм.

Следовательно, большее напряжение и переменный ток будут протекать через него, а не через резистор 33 кОм. Для этого напряжение неинвертирующей клеммы больше, чем на инвертирующей клемме. В результате загорится светоизлучающий диод.

 

Приложение для компараторов

 

Blink Comparator 2

Источник: Wikimedia Commons  

 

• Для смартфонов
• Автомобильное применение
• Нестабильные мультивибраторы
• Датчик сердцебиения
• Система контроля влажности
• Световая сигнализация
• Моностабильные мультивибраторы        
• Осциллятор
• Компаратор фаз
• Датчик дыма
• Аварийный сигнал температуры        
• Двухпороговый компаратор

 

Заключение

 

В заключение, с вышеизложенными знаниями у вас теперь есть неограниченная свобода экспериментировать. Наконец, если вы хотите расширить свои знания об электронике, мы вас поддержим. Не стесняйтесь обращаться к нам.

 

 

Цепи компаратора напряжения

Рис. 1 Внутренние соединения 1/4 счетверенного компаратора
LM339.
Нажмите на картинку для полного размера.

от Lewis Loflin

На этой странице представлена ​​основная информация о компараторе напряжения интегральных схем и служит справочным материалом для других схем. Показанные схемы основаны на счетверенном компараторе напряжения LM339 или LM393. Двойной компаратор напряжения.

Эти устройства функционально идентичны. Компаратор напряжения LM311 также может использоваться для этих приложений, а также имеет ряд уникальных особенностей.

Здесь я сконцентрируюсь на примерах, не представленных в моем учебнике по компараторным схемам. Я хотел бы поблагодарить Роба Пейсли за его усердную работу и вдохновение.

Видео на YouTube: Схемы компараторов Введение

См. мою страницу Обзор схем оконных компараторов

На рис. 1 показана внутренняя эквивалентная схема одиночного компаратора в счетверенном компараторе LM339. (См. внутренние соединения корпуса для LM339.) Он состоит из операционного усилителя с выходным транзистором с открытым коллектором.

Рис. 2. Компаратор
на базе LM741 использует двухполярный источник питания — нажмите на картинку, чтобы увидеть ее в полном размере.

На рис. 2 показано использование схемы компаратора на операционном усилителе LM741. Это требует двухполярного источника питания и создает ряд проблем. Мы можем использовать операционный усилитель LM358 с однополярным питанием. К счастью, LM339, LM393 и LM311 — компараторы с однополярным питанием и выходами с открытым коллектором.

Все они работают одинаково: когда напряжение на опорном входе больше, чем на входе напряжения, выход включается или выключается.

Рис. 3 Неинвертирующий компаратор.

Рис. 4 Инвертирующий компаратор.

Рис. 5 Функциональный эквивалент LM339.

LM311 отличается от LM339 и LM393 тем, что эмиттер выходного транзистора должен быть заземлен снаружи.

В случае LM358 или LM741 он выдает напряжение, в то время как открытый коллектор включается, создавая путь к земле — электронный переключатель ON-OFF.

Еще раз повторим правило для входов компаратора с выходами с открытым коллектором:

Ток БУДЕТ течь через открытый коллектор, когда напряжение на МИНУС входе выше, чем напряжение на ПЛЮС входе.

Ток НЕ БУДЕТ протекать через открытый коллектор, если напряжение на МИНУС входе ниже, чем напряжение на ПЛЮС входе.

Рис. 6

Гистерезис определяется как: остается близким к опорному напряжению. Также сигнал низкой амплитуды на высоком импедансе может вызывают колебания из-за шумового фона.

Такое нежелательное поведение может быть устранено путем гистерезис. Принцип гистерезиса состоит из двух разных входных пороговых напряжений. в зависимости от фактического состояния выхода.

Рис. 7 Триггер Шмитта на основе компаратора.

На рис. 7 показан триггер Шмитта на основе компаратора, который используется для обеспечения четкого переключения с зашумленными или неустойчивыми сигналами. Когда входное напряжение на TP2 меньше, чем на TP1, компаратор находится в выключенном состоянии. TP3 подтягивается почти до 12 вольт резистором R4 3K.

Рис. 8

На рис. 8 показано, как, когда компаратор выключен, когда R4 и R1 образуют серию 30K, которая параллельно с R2 сдвигает TP1 (Vref) до 6,56 вольт.

Без R1 Vref было бы 6 вольт.

Рис. 9

Когда компаратор включен, TP3 переключается на землю через внутренний транзистор с открытым коллектором, где резистор R1 47K теперь включен параллельно с резистором R3 10K, образуя общее сопротивление 8245 Ом. Это снижает Vref на TP1 до 5,36 вольт.

Для включения компаратора требуется 6,56 В на Vin, но для выключения напряжение должно упасть до 5,36 В. Это обеспечивает коммутационный зазор или значение гистерезиса ~ 1,2 В, что помогает обеспечить стабильную работу.

Рис. 9. Инвертирующий компаратор на операционном усилителе LM358.
Нажмите на картинку для полного размера.

Рис. 10 Схема компаратора фотоэлемента включается в темноте.

• Быстрая навигация по этому сайту:
• Базовое обучение электронике и проекты
• Основные проекты твердотельных компонентов
• Проекты микроконтроллеров Arduino
• Электроника Raspberry Pi, программирование

Датчик Холла в своей простейшей форме представляет собой аналоговую интегральную схему. Он состоит из пластины Холла, которая выдает «поперечное» напряжение в зависимости от напряженности магнитного поля — полярность зависит от магнитной полярности.

Он также состоит из дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления, поскольку генерируемое напряжение мало. Выходное напряжение является аналоговым, обычно оно составляет около половины напряжения источника питания.

Добавление триггера Шмитта с правильно установленным гистерезисом создаст переключатель Холла или защелку Холла. Они часто имеют выходной транзистор с открытым коллектором.

Используемые здесь триггеры Шмитта основаны на аналоговом компараторе. Они могут быть построены из операционных усилителей (операционных усилителей), таких как LM358 или LM741.

Или можно использовать счетверенный компаратор LM311 или LM339. Выходы с открытым коллектором, в отличие от LM311/LM741.

Часто рассматриваемый как «цифровой», на данный момент мы имеем однобитовый аналого-цифровой преобразователь.

• Проекты компараторов LM311 с использованием датчиков Холла
• Использование переключателей и датчиков на эффекте Холла

• Учебное пособие по теории компараторов
• Гистерезис компаратора и триггеры Шмитта
• Информация и схемы компаратора напряжения
• Проверка цепей оконного компаратора

• ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона с примерами схем
• Учебное пособие по использованию силовых транзисторов Дарлингтона TIP120 и TIP125
• Управление транзисторами Дарлингтона 2N3055-MJ2955
• Общие сведения о биполярных транзисторных переключателях
• Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
• Учебное пособие по силовым P-канальным переключателям MOSFET
• H-мост управления двигателем с мощными МОП-транзисторами
• Контролируемый Arduino H-Bridge HV Motor Control IR2110
• Управление высоковольтным мостом постоянного тока на базе IGBT
• Дополнительные примеры схем H-моста MOSFET
• Сборка высокомощного транзистора управления двигателем H-Bridge

• Родственный:
• Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
• Учебное пособие по силовым P-канальным переключателям MOSFET
• Испытание силовых МОП-транзисторов, наблюдения
• Проблемы с подключением МОП-транзисторов параллельно
• Базовые схемы тестирования транзисторов MOSFET
• Цепи переключения высоковольтных МОП-транзисторов
• Почему ваши MOSFET-транзисторы становятся горячими YouTube
• Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов YouTube
• Простые схемы для тестирования MOSFET транзисторов YouTube

См. следующие спецификации:

• irfz44n.pdf
• irf4905.pdf

• Базовые симисторы и SCR
• Цепи постоянного тока с LM334
• LM334 Цепи CCS с термисторами, фотоэлементами
• LM317 Цепи источника постоянного тока
• TA8050P Блок управления двигателем H-Bridge
• Все транзисторы NPN H-Bridge для управления двигателем
• Базовые симисторы и SCR
• Учебное пособие по теории компараторов

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, предоставьте ссылку на мой сайт.

 

Компараторы

Компаратор — это устройство, которое используется для обнаружения, когда произвольно изменяющийся сигнал достигает некоторого порогового или опорного уровня. Компараторы находят применение во многих электронных системах: например, их можно использовать для определения момента, когда линейная рампа достигает определенного уровня напряжения, или для указания того, имеет ли импульс амплитуду, превышающую определенное значение. При условии, что предусмотрено соответствующее ограничение выходного сигнала, выходы компаратора могут использоваться для управления логическими схемами.

Триггер Шмитта представляет собой важную коммутационную схему, которая широко используется в цифровых системах. Его устойчивое состояние определяется амплитудой входного напряжения. Для данной схемы два конечных значения входных напряжений, называемые верхней точкой срабатывания (UTP) и нижней точкой срабатывания (LTP), заставляют схему переключаться из одного стабильного состояния в другое. Таким образом, схему можно использовать для различения двух уровней напряжения постоянного тока: в этом качестве она известна как компаратор.

Диодный компаратор

Нелинейные схемы для выполнения операции отсечения также могут использоваться для выполнения операции сравнения. Основное различие между ними заключается в том, что компаратор не заинтересован в воспроизведении какой-либо части сигнала. Например, выход компаратора может состоять из резкого отклонения от уровня покоя источника, которое происходит в то время, когда сигнал достигает опорного уровня, но в остальном не зависит от сигнала. Или выход компаратора может быть резким импульсом, который возникает, когда сигнал и задание равны.

Если предположить, что линейный сигнал подается на вход, как показано на рисунке 1(a), выход Рисунок 1(b) является постоянным V _R вольт до тех пор, пока линейный сигнал не уменьшится до значения, равного V _R вольт пока линейный сигнал не уменьшится до значения, равного V _R вольт, диод открывается и на выходе появляется входной сигнал.

Рис. 1: Компараторы

В схеме ограничитель был важен для того, чтобы часть формы волны, прошедшая через диод, не искажалась. Точное время т ₁ , при котором диод начинал проводить, имел второстепенное значение. Теперь эта схема будет рассматриваться как компаратор напряжения (поскольку она сравнивает переменное напряжение сигнала с опорным напряжением и, следовательно, называется компаратором напряжения), и основное внимание будет уделяться времени, в которое напряжение входного сигнала достигает опорного уровня V _R . Форма выходного сигнала имеет второстепенное значение. Диод, используемый для этой цели, называется чувствительным диодом. Точно так же с увеличивающимся линейным изменением на его входе схема рисунка 1 (c) будет продолжать работать как компаратор. Его ответ будет таким же, как показано на рисунке 2(b). Диод этой схемы тогда называют пробивным диодом. Две другие схемы, показанные на рис. 1 (а) и (б), будут действовать как компараторы с убывающей рампой. Их ответ показан на рисунке 2 (c) и (d).

Рисунок 2

Транзисторный компаратор

Базовая схема дифференциального усилителя, использующая биполярный транзистор, показанная на рисунке 3, действует как схема компаратора напряжения, где V _o (t) — входной сигнал, сравниваемый с опорным напряжением V. Для хороших результатов необходимо, чтобы транзисторы Q ₁ и Q ₂ , а также резисторы RC ₁ и RC ₂ были хорошо согласованы. Схема обеспечивает превосходный CMRR (определяемый как отношение изменения синфазного входного напряжения к эквивалентному дифференциальному входному напряжению), высокий коэффициент усиления по напряжению и оптимальную стабильность выходного сигнала по отношению к устройству, когда (i) R _E большой (>r _e Q ₁ , Q ₂ ) и (ii) выходы берутся дифференцированно. Первое требование обычно выполняется путем использования источника постоянного тока (I _E ) в цепи с общим эмиттером Q ₁ и Q ₂ . Рисунок 3: Компаратор с дифференциальным усилителем Это полезно для увеличения диапазона, в котором два входных напряжения равны.

Компаратор напряжения IC

Схемы типа компаратора используются там, где требуется определить, равно ли неизвестное аналоговое напряжение известному эталонному напряжению или превышает его. Кроме того, сравнение может использоваться для преобразования синусоидальных и запускающих импульсов в прямоугольные волны и, таким образом, служит генератором импульсов.

В компараторе используется операционный усилитель, выход которого можно подавать обратно на неинвертирующий (положительный) вход, чтобы обеспечить «мгновенное действие» при переключении выхода. Когда на операционный усилитель подается опорное напряжение на одном входе и триггерное или сравнивающее напряжение на другом его входе, выход усилителя будет находиться либо в состоянии отсечки, либо в состоянии насыщения.