Лм311 схема включения: Lm311n схема включения

Содержание

Регулятор температуры с раздельной установкой температур срабатывания (LM311)

Большинство аналоговых терморегуляторов, построенных на компараторе, выполнено по схеме, в которой устанавливают только температуру, которую нужно поддерживать.

При этом гистерезис установлен фиксированным и нигде не обозначается, поэтому понять в каких пределах поддерживается заданная температура сложно. Здесь же предлагается схема терморегулятора, в котором можно отдельно установить как температуру включения нагревателя, так и его выключения, то есть нижний и верхний пределы температуры.

Принципиальная схема терморегулятора показана на рисунке в тексте. Схема выполнена на основе двухуровневого компаратора на микросхеме LM311. Питание электронной части — от маломощного силового трансформатора, а включение / выключение нагревателя посредством электромагнитного реле.

Датчиком температуры служит датчик LM235. Эта микросхема практически представляет собой стабилитрон, напряжение на котором зависит только от температуры, но никак не от напряжения питания.

Зависимость линейная, напряжение на нем равно значению температуры, выраженной в градусах Кельвина, умноженной на 0,01.

То есть, при нуле градусов Цельсия, что равно 273 градуса Кельвина, напряжение будет 2,73V. А при 50 градусах Цельсия (323 градуса Кельвина) напряжение равно 3,23V. Кстати, термостат и настроен так, чтобы температуру можно было выбирать в этом диапазоне — от 0 до 50°С.

На отрицательный вход компаратора А2 (вывод 3) поступает напряжение с делителя, образованного резистором R7 и датчиком температуры VD4. Таким образом, на выводе 3 А2 будет напряжение, численно равное температуре в градусах Кельвина, умноженной на 0,01.

На положительный вход компаратора поступает напряжение с одного из делителей на резисторах R1-R2-R3 или R4-R5-R6 в зависимости от положения контактов реле К1. От напряжения на выходах этих делителей зависит температура включения и температура выключения нагревателя, поэтому напряжение на них подается через стабилизатор на микросхеме А1.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора температуры (термостата) на LM311.

Температура переключения компаратора зависит от напряжения на его положительном входе. Сюда подключен разъем «Контроль», к нему подключаются щупы цифрового мультиметра, включенного на режим измерения напряжения. Таким образом, мультиметр является шкалой для задания температуры верхнего и нижнего предела. Происходит это следующим образом.

Сначала нужно желаемые значения температуры включения и выключения нагревателя перевести в градусы Кельвина (прибавить к значениям в градусах Цельсия по 273). Затем, подключить мультиметр к разьему «Контроль» и резистором R5 установить на дисплее мультиметра напряжение, численно равное нижнему пределу температуры, умноженному на 0,01.

Например, 20°С = (273+20) 0,01 = 2,93V. Затем, включить выключатель S1 ручного включения нагревателя. При этом контакты реле К1.2 переключатся, и резистором R2 установить на дисплее мультиметра напряжение, численно равное верхнему пределу температуры, умноженному на 0,01.

Например, 25°С = (273+25) 0,01 = 2,98V.

Теперь выключить S1. Термостат начинает работать. Когда температура опускается ниже нижнего предела, установленного R5 на выходе компаратора появляется напряжение, открывающее транзистор VТ1. При этом реле К1 включает нагреватель и переключает положительный вход А2 на R2, которым установлена максимальная температура.

При нагреве до максимальной температуры напряжение на выходе А2 упадет и реле К1 выключит нагреватель, и переключает положительный вход А2 на R5, которым установлена минимальная температура. Источник питания выполнен на маломощном силовом трансформаторе Т1.

Это готовый китайский трансформатор. У него первичная обмотка на 220/110V (есть отвод, который не используется, потому на схеме и не показан). А вторичная обмотка двойная (под двухполупериодный выпрямитель) по 9V переменного тока. Трансформатор рассчитан на максимальный ток вторичной обмотки 150mA.

Так как вторичная обмотка двойная выпрямитель сделан по двухполупериодной схеме на диодах VD1 и VD2. Если будет трансформатор с одинарной вторичной обмоткой на 9V переменного тока нужно выпрямитель сделать на четырех диодах по мостовой схеме.

Реле с двумя контактными группами, обмоткой на 12V и ток контактов 10А при напряжении 220V. При отсутствии такового, можно его заменить двумя реле. Их обмотки включить параллельно. Одно реле будет управлять контактами К1.1, второе — контактами К1.2.

При этом, реле с контактами К1.1 должно быть достаточно мощным, чтобы управлять нагревателем. А реле с контактами К1.2 может быть маломощным, даже герконовым.

Термодатчик LM235 можно заменить на LM135 или LM335, — большой разницы нет, в основном в типе корпуса.

Кромилин О.А. РК-2015-12.

Выход компаратора не полностью переключается на MOSFET

Первый вопрос для меня. Я получил пользу от других ответов здесь, но не полностью решил мою проблему. Вот моя проблема …

Выход компаратора LM311 не позволяет полностью включить N-канальный MOSFET.

LM311 имеет напряжение 110mv реф на инвертирующем входе.
Неинвертирующий вход приводится в действие оптоизолятором. Оптоизолятор приводится в действие одним из 4 напряжений переменного тока 60 Гц. < 1 В переменного тока, 9 В переменного тока, 55 В переменного тока и 115 В переменного тока.

Целью данной конструкции является полное включение полевого транзистора вентилятора 12 В постоянного тока при значительном напряжении переменного тока. Так что вентилятор полностью включен для напряжений 9, 55 и 115 В переменного тока. Кажется, это должно работать, потому что я измеряю напряжения на неинвертирующем входе 1,6, 2,2 и 3 В постоянного тока соответственно для 3 значительных напряжений переменного тока. И мое иое напряжение на инвертирующем входе составляет 110mv.

Таким образом, он «почти» работает, потому что вентилятор выключен при напряжении < 1 В переменного тока, но не полностью «включен» для других напряжений переменного тока. Я полагаю, что это потому, что Vgs составляет 167 мВ, 6,1 В, 7,7 В и 9,9 В для напряжений 4 AC, перечисленных выше. И вентилятор получает только 7, 8 и 10 В постоянного тока вместо желаемого 12 В постоянного тока. Очень хотелось бы иметь возможность полностью включить этот FET полностью. Так близко!

Любой вклад или руководство приветствуется.

PS-Вещи, я думаю, я сделал правильно? Обратный диод через вентилятор. Установка N-канального FET для переключения на землю на нижней стороне вентилятора. LM311 имеет выход с открытым коллектором, используя правильно?

PSS-я понимаю, что распиновка для LM311 не в моей схеме. У меня есть они прямо в моей схеме платы. Это одно устройство. Контакт 2 неинвертирующий и контакт 3 в инвертировании

Еще раз спасибо. Р>

Предлагаемыйповторяющийсявопросиответнепомогаютпоследующимпричинам:Какдиаграмма,такисхема»Файл не найден», что затрудняет отслеживание ответов. Я не использую никакой положительной обратной связи в моей цепи, поскольку я не думаю, что она мне нужна. У меня есть простой подтягивающий резистор к моему источнику питания 12 В, а не делитель напряжения к источнику питания, как указано в ответе. Спасибо.

Просто для записи я хотел опубликовать более точную схему и спасибо за ответ об использовании Cap для удержания выхода оптоизолятора. У меня на самом деле есть двухполупериодный вход для фототранзистора, но я уверен, что крышка в любом случае поможет. Чтобы ответить на последний вопрос, выход компаратора Pin 7 имеет нагрузочное сопротивление до 12 В. Проблема по-прежнему заключается в том, что напряжение Vgs составляет только 10 В, когда компаратор имеет напряжение 3 В на контакте 2 и 110 мВ на контакте 3. Я ожидал, что выход LM311 будет намного ближе к 12 В (Vcc) с этими входами. Намерение состоит в том, чтобы FET полностью включился для напряжения на контакте 2 > контакт 3

    

Выход компаратора не полностью переключается на MOSFET

Основная проблема с вашей схемой заключается в том, что сетевое напряжение AC, поэтому светодиод в оптоизоляторе загорается только в течение положительных полупериодов, а компаратор получает импульсы на частоте 60 Гц. То, что выглядит как 7V, 8V или 10VDC на вашем счетчике, фактически представляет собой прямоугольную волну, которая включена менее чем на 50% от каждого переменного тока.

Ниже приведен график LTspice моделирования вашего ответа опто-изолятора на вход сети переменного тока. Выходное напряжение (зеленый) составляет 1,6 В, поэтому ваш измеритель покажет 1,6 В постоянного тока, но компаратор преобразует его в квадратную волну 60 Гц с коэффициентом включения/выключения менее 50%.

Чтобы получить непрерывный выход постоянного тока, вам нужно каким-то образом заполнить промежутки между каждым полупериодом. Самое простое решение — добавить конденсатор через R1, который заряжается во время импульсов и разряжается медленнее между ними. Если конденсатор достаточно большой, то это должно обеспечивать относительно плавное постоянное напряжение, равное или превышающее исходное показание счетчика, но с некоторой «пульсацией», вызванной разгрузкой конденсатора между половинными циклами.

Если конденсатор слишком мал, то мгновенное напряжение упадет ниже порога компаратора между половинными циклами, но если оно слишком велико, ответ может быть слишком медленным. В качестве отправной точки вы можете применить константу времени RC формулу T = R x C (где T это время, необходимое для падения напряжения до 37%, R — R1 в вашей цепи, а C — требуемая емкость). Сделайте постоянную времени намного больше, чем 16,7 мс (время цикла 60 Гц).

Ответ на редактирование 2017-11-15

С R2 = 10k и R3 = 100k вы должны получить ~ 1.1V на контакте 3 LM311, а не 0.11V. Если вы действительно получаете 0.11V, то эти значения не могут быть правильными. Более высокое напряжение может быть предпочтительным, если вы не хотите, чтобы схема включалась намного ниже 9 В переменного тока.

Заглядывая ближе к спецификации SHF620A, у него, кажется, есть два светодиода назад, который производит выход как в положительном, так и в отрицательном полуциклах. Однако этот «выпрямленный» выход по-прежнему будет следовать за переменным током, опустившись до нуля на каждом кроссовере (выходной сигнал будет иметь только два «горба» за цикл вместо одного). Это будет легче сглаживать из-за более короткого времени (~ 8 мс) между пиками. При R5 = 10k параллельный конденсатор емкостью 2,5 мкФ будет производить примерно такую ​​же пульсацию, как в моем моделировании, тогда как 4.7uF сделает ее еще более гладкой, но с аналогичным временем отклика.

The IRLR024N is virtually fully turned on with 10V Gate drive (datasheet shows

Diagnosing pulsing waveforms with a multimeter is tricky because it only shows the average voltage. To see what’s really happening you need an oscilloscope. Even a cheap low bandwidth scope such as the JYE Tech DSO138 is fine for mains frequencies.

2.2.5 Сумматор

Сумматоры предназначены для суммирования сигналов при моделировании и для выполнения вспомогательных операций при измерениях. Каждый сумматор имеет один инвертирующий и два неинвертирующих входа. Принци­пиальная схема одного сумматора показана на рис. 2.19. Сумматор реализован на операционном усилителе (ОУ) DA1 типа КР544УД2 стандартным образом.

Коэффициенты усиления по всем инвертирующим входам равны 1. По неинвертирующему входу коэффициент усиления равен 1 при отключенных от источников сигналов инвертирующих входах. При подаче сигналов на инвертирующие входы (или их «заземлении») коэффициент усиления k+ по неинвертирующему входу увеличивается по соотношению k+=1+n

где n — число инвертирующих входов, подключенных к источникам сигналов или к «земле». Для значений сопротивлений резисторов схемы на рис. 2 k+=1+0,02n

Рис. 2.19 Принципиальная схема сумматора

Сумматор снабжен индикацией выхода из линейного режима работы на светодиодах VD1 и VD2. Уровни индикации определяются делителями на резисторах R15—R18, выбранных таким образом, чтобы светодиоды загорались при превышении напря­жения ±10 В.

Чтобы коэффициенты передачи сумматора были единичными, необходимо выполнение соотношений R2 = R = … = R11 = R13, и R1 = R12. При использовании точных резисторов, например типа С2-29В, погрешность в реализации единичных коэффициен­тов не будет превышать 1%. При использовании резисторов с допусками 1% и выше необходим предварительный подбор Резисторов по указанным соотношениям с точностью 0,5%.

Балансировка нуля ОУ DA1 проводится стандартным обра­зом переменным резистором RP1 с точностью до 1 мВ при отсутствии входных сигналов.

2.2.6 Компаратор

Компаратор – это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы: Uвх –анализируемый сигнал; Uоп –опорный сигнал сравнения. Uвых –выходной дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации.

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.

Неопределенность состояния выхода компаратора при нулевой разности входных сигналов нет необходимости уточнять, так как реальный компаратор всегда имеет либо конечный коэффициент усиления, либо петлю гистерезиса (рис. 2.20)

Рис. 2.20 Характеристики компараторов

Рис. 2.21 Процессы переключения компараторов

Чтобы выходной сигнал компаратора изменился на конечную величину |U1вых — U°вых| при бесконечно малом изменении входного сигнала, компаратор должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления (эпюра 1 на рис. 2.21) при полном отсутствии шумов во входном сигнале. Такую характеристику можно имитировать двумя способами — или просто использовать усилитель с очень большим коэффициентом усиления, или ввести положительную обратную связь.

Рассмотрим первый путь. Как бы велико усиление не было, при UBX близком к нулю характеристика будет иметь вид рис. 2.20, а. Это приведет к двум неприятным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении UBX выходной сигнал также будет изменяться замедленно, что плохо отразится на работе последующих логических схем (эпюра 2 на рис. 2.21). Еще хуже то, что при таком медленном изменении UВХ около нуля выход компаратора может многократно с большой частотой менять свое состояние под действием помех (так называемый «дребезг», эпюра 3). Это приведет к ложным срабатываниям в логических элементах и к огромным динамическим потерям в силовых ключах. Для устранения этого явления обычно вводят положительную обратную связь, которая обеспечивает переходной характеристике компаратора гистерезис (рис. 2.22). Наличие гистерезиса хотя и вызывает некоторую задержку в переключении компаратора (эпюра 4 на рис. 2.21), но существенно уменьшает или даже устраняет дребезг UВЫХ.

В качестве компаратора может быть использован операционный усилитель (ОУ) так, как это показано на рис. 3. Усилитель включен по схеме инвертирующего сумматора, однако, вместо резистора в цепи обратной связи включены параллельно стабилитрон VD1 и диод VD2.

Рис. 2.22 Схема компаратора на ОУ

Пусть R1 = R2. Если UBX – UОП > 0, то диод VD2 открыт и выходное напряжение схемы небольшое отрицательное, равное падению напряжения на открытом диоде. При UBX – UОП < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации UCT. Это напряжение должно соответствовать единичному логическому уровню цифровых интегральных микросхем (ИМС), входы которых подключены к выходу компаратора. Таким образом, выход ОУ принимает два состояния, причем в обоих усилитель работает в линейном режиме. Многие типы ОУ не допускают сколько-нибудь существенное входное дифференциальное напряжение. Включение по схеме на рис. 2.22 обеспечивает работу ОУ в режиме компаратора практически с нулевыми дифференциальными и синфазными входными напряжениями. Недостатком данной схемы является относительно низкое быстродействие, обусловленное необходимостью частотной коррекции, так как ОУ работает в линейном режиме со 100%-ной обратной связью. Используя для построения компаратора обычные ОУ, трудно получить время переключения менее 1 мкс.

Итак, компаратор — это быстродействующий дифференциальный усилитель постоянного тока с большим усилением, малым дрейфом и смещением нуля и логическим выходом. Его входной каскад должен обладать большим коэффициентом ослабления синфазной составляющей (КОСО) и способностью выдерживать большие синфазные и дифференциальные сигналы на входах, не насыщаясь, т.е. не попадая в режимы, из которых компаратор будет долго выходить. Для повышения помехозащищенности желательно снабдить компаратор стробирующим логическим входом, разрешающим переключение компаратора только в тактовые моменты. Схема интегрального компаратора приведена на рис. 2.23.

Она представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT1, VT2, нагруженный на каскады ОЭ на VT5 и VT6. Каскад на VT5 через транзистор VT4 управляет коллекторным режимом входного каскада и через транзистор в диодном включении VT7 фиксирует потенциал базы транзистора VT8, делая его независимым от изменений положительного напряжения питания. Каскад на VT6 представляет собой второй каскад усиления напряжения.

Она представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT1, VT2, нагруженный на каскады ОЭ на VT5 и VT6. Каскад на VT5 через транзистор VT4 управляет коллекторным режимом входного каскада и через транзистор в диодном включении VT7 фиксирует потенциал базы транзистора VT8, делая его независимым от изменений положительного напряжения питания. Каскад на VT6 представляет собой второй каскад усиления напряжения.

Рис. 2.23. Принципиальная схема компаратора

Она представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT1, VT2, нагруженный на каскады ОЭ на VT5 и VT6. Каскад на VT5 через транзистор VT4 управляет коллекторным режимом входного каскада и через транзистор в диодном включении VT7 фиксирует потенциал базы транзистора VT8, делая его независимым от изменений положительного напряжения питания. Каскад на VT6 представляет собой второй каскад усиления напряжения.

Эмиттерные выводы транзисторов VT5 и VT6 присоединены к стабилитрону VD1 с напряжением стабилизации 6,2 В, поэтому потенциалы баз указанных транзисторов соответствуют приблизительно 6,9 В. Следовательно, допустимое напряжение на входах компаратора относительно общей точки может достигать 7 В. На транзисторе VT8 выполнен эмиттерный повторитель, передающий сигнал с коллектора VT6 на выход. Постоянная составляющая сигнала уменьшается до нулевого уровня стабилитроном VD2.

Если дифференциальное входное напряжение превышает +5…+10 мВ, то транзистор VT6 закрыт, a VT5 близок к насыщению. Выходной сигнал компаратора при этом не может превысить +4 В, так как для более положительных сигналов открывается диод на VT7, не допуская излишнего роста выходного напряжения и насыщения VT5. При обратном знаке входного напряжения VT6 насыщается, потенциал его коллектора оказывается близок к напряжению стабилизации стабилитронов VDi и VD2, а поэтому потенциал выхода близок к нулю. Транзистор VT9 — источник тока 3 мА для смещения VT8 и VD2. Часть этого тока (до 1,6 мА) может отдаваться в нагрузку, требующую вытекающий ток на входе (один вход логики ТТЛ серии 155 или 133).

В дальнейшем эта схема развивалась и совершенствовалась. Схемы многих компараторов имеют стробирующий вход для синхронизации, а некоторые модификации снабжены на выходе триггерами-защелками, т.е. схемами, фиксирующими состояние выхода компаратора по приходу синхроимпульса. Кроме того, для повышения функциональной гибкости часть ИМС компараторов (например, МАХ917-920) содержит источник опорного напряжения, а у некоторых (например, МАХ910) порог срабатывания устанавливается цифровым кодом от 0 до 2,56 В с дискретностью 10 мВ , для чего на кристалле микросхемы имеются источник опорного напряжения и 8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь.

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, 521 САЗ или LM311 имеют открытые, т.е. неподключенные, и коллектор и эмиттер. Две основные схемы включения компараторов такого типа приведены на рис. 2.24.

Рис. 2.24 Схемы включения выходного каскада компаратора 521 САЗ

На рис. 2.24, а выходной транзистор компаратора включен по схеме с общим эмиттером. При потенциале на верхнем выводе резистора равном +5 В к выходу можно подключать входы TTL, 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 UПИТ, выходной каскад включается по схеме эмиттерного повторителя (рис. 56). При этом заметно снижается быстродействие компаратора и происходит инверсия его входов.

Некоторые модели интегральных компараторов (например, AD790, МАХ907) имеют внутреннюю неглубокую положительную обратную связь, обеспечивающую их переходной характеристике гистерезис с шириной петли, соизмеримой с напряжением смещения нуля.

На рис. 6а приведена схема включения компаратора с открытым коллектором на выходе, переходная характеристика которой имеет гистерезис (рис. 2.25). Пороговые напряжения этой схемы определяются по формулам

Из-за несимметрии выхода компаратора петля гистерезиса оказывается несимметричной относительно опорного напряжения. (рис. 16). Пороговые напряжения этой схемы определяются по формулам

Рис. 2.25 Компаратор с положительной обратной связью

Несмотря на то, что компараторы очень похожи на операционные усилители, в них почти никогда не используют отрицательную обратную связь, так как в этом случае весьма вероятно самовозбуждение компараторов. В связи с тем, что в схеме нет отрицательной обратной связи, напряжения на входах компаратора неодинаковы. Из-за отсутствия отрицательной обратной связи входное сопротивление компаратора относительно низко и может меняться при изменении входных сигналов. Выходное сопротивление компараторов значительно и различно для разной полярности выходного напряжения.

Вопросы применения прецизионных компараторов

Всем доброго времени суток. В предыдущих статьях я рассказывал о применении операционных усилителей в линейных схемах, где ОУ охвачен отрицательной обратной связью, которая позволяет строить усилители, параметры которых будут в основном определяться элементами обвязки ОУ. Данная статья расскажет о применении ОУ без обратной связи или даже с положительной обратной связью (ПОС).

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Работа операционного усилителя без обратной связи

Как известно напряжение на выходе ОУ UВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения UД (разность напряжений между входными выводами) на коэффициент усиления ОУ по напряжению КU

Операционные усилители имеют очень большой коэффициент усиления ОУ по напряжению КU = 105 … 106, а выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания (обычно несколько меньше). Поэтому, для того чтобы ОУ работал в качестве усилителя напряжения максимальное входное дифференциальное напряжение не должно превышать нескольких десятков мкВ (при UПИТ = 15 В, КU = 105, UД ≈ 150 мкВ). С учётом вышесказанного можно сделать вывод, что без применения отрицательной обратной связи, которая снижает усиление ОУ в схеме, применение ОУ бесполезно, так как при входных напряжениях в несколько милливольт ОУ войдёт в насыщение с выходным напряжением равным напряжению питания.

Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь

(ПОС) для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта, детекторы уровней напряжения.

Принцип работы компаратора

Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже


Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений.

В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение UBX, а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения UОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: когда входное напряжение UBX больше опорного UОП, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения –UНАС и остаётся неизменным пока входное напряжение UBX не уменьшиться ниже опорного напряжения UОП, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения +UНАС.

На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом

по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ.

Гистерезис в компараторах

Продолжаем серию статей, посвященных компараторам в измерительных приборах НПФ КонтрАвт. Ранее мы дали определение компараторам и привели основные функции компараторов.

В данной статье мы разберем для чего в компараторах вводят гистерезис.

В нашей первой статье мы упомянули, что в области порогов h и H в поведении компаратора может наблюдаться гистерезис и состояние выхода компаратора в этом случае зависит не только от соотношения измеренного сигнала и порогов, но и от предшествующей истории, т.е. от того, каким путем измеренный сигнал приближается к порогам.


Рисунок 1. Пример функции компаратора

Для чего же вводят гистерезис в компараторы?

Зачем нужен гистерезис в компараторах

Причина № 1

Как правило, измеренный сигнал имеет как регулярную составляющую (постоянную или плавно меняющуюся), так и случайную, вызванную действием внешних случайных электромагнитных помех.

В отсутствие гистерезиса (или при слишком малой величине его зоны), при подходе измеренного сигнала к пороговому значению случайная компонента вызывает многократное срабатывание компаратора, что нежелательно в системе (обгорание и износ контактов пускателя, хаотические срабатывания различных устройств и проч.).

Рисунок 2. Работа компаратора без гистерезиса

Однако, если выбрать зону гистерезиса (H-h) чуть больше, чем размах случайных изменений измеренного сигнала, то компаратор будет срабатывать только один раз, повторных возвратов в исходное состояние не будет. Таким образом, исключаются случайные срабатывания компаратора, его состояния фиксируются более четко.

Рисунок 3. Работа компаратора с оптимальной зоной гистерезиса

На практике с этим чаще всего сталкиваются в системах сигнализации и регулирования.

В задаче сигнализации отсутствие гистерезиса приводит к многократному срабатыванию сигнализации вблизи порога (см. рисунок 2). Если сигнализация управляет смежными устройствами и системами, то ложные и частые срабатывания будут крайне нежелательны. Кроме того, они вводят в заблуждение оператора. Наличие гистерезиса с оптимальной зоной обеспечивает однозначное срабатывание сигнализации (cм. рисунок 3).

В задачах позиционного регулирования гистерезис предотвращает частое и хаотическое переключение силового коммутационного элемента при переходе через уставку за счет шумоподобного изменения измеренного сигнала (рисунок 2). В случае больших мощностей это негативно сказывается как на электросети, так и на работе электромагнитных пускателей (обгорание контактов, износ, залипание контактов, неуправляемый нагрев, сокращение ресурса и т.п.) Наличие гистерезиса также делает переключение более четким (cм. рисунок 3).

Причина № 2

Существует и другая причина, по которой следует применять гистерезис в системах двухпозиционного регулирования.

Свойства системы могут быть таковы, что период срабатывания позиционного регулятора будет слишком малым. Это (так же как и влияние помех) приводит к частому срабатыванию коммутационных элементов с названными ранее последствиями.

В этих случаях специально увеличивают зону гистерезиса, чтобы увеличить период переключения. Однако, надо учитывать, что увеличение зоны гистерезиса ( > 0 + зона гистерезиса) неизбежно приводит к увеличению размаха колебаний, ухудшает точность регулирования. В таких ситуациях вопрос выбора величины зоны гистерезиса — это вопрос компромисса между точностью регулирования и повышением надежности и ресурса системы.


Рисунок 4. Пример увеличения периода переключения компаратора гистерезисом

Причина № 3

Существует ряд производственных задач, в которых введение гистерезиса в работу компаратора позволяет реализовать логику работы системы управления.

Например, в системах водоснабжениями (типа “Башня Рожновского”) точность вообще не играет ключевой роли, важно, что исполнительный механизм — насос — “не любит” частого включения/выключения.

При этом накопитель позволяет реализовать необходимое редкое включение/выключение насоса с помощью гистерезиса.


Рис 5. Пример использования гистерезиса в системах с накопителем

Выводы:

Таким образом, введение гистерезиса в компараторах необходимо в следующих случаях:

  1. Для устранения многократного срабатывания компаратора под действием быстрых случайных помех, как следствие устранения хаотических срабатываний различных устройств в системе, увеличение ресурса коммутационных и исполнительных устройств.
  2. Преднамеренное увеличение периода переключения компаратора в задачах позиционного регулирования. Обеспечивает увеличение ресурса и надежности системы, но ухудшается точность регулирования.
  3. Для реализация различных алгоритмов работы систем автоматики.

В следующих публикациях мы подробнее разберем прочие особенности работы компараторов. Следите за обновлениями материалов!

Основные схемы компаратора

Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: одновходовая и двухвходовая. Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю

, то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор
сравнивает два напряжения с учётом знака
. Расссмотрим обе схемы подробнее.
Схема одновходового компаратора.
На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению (по модулю). В его основе лежит инвертирующий сумматор, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения UBX и опорного напряжения UОП приведённого к инвертирующему входу UПРИВ, а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах UBX и UПРИВ должны иметь разную полярность.

Приведённое напряжение UПРИВ можно вычислить по следующему выражению

Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2

Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения.

Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже

Схема двухвходового компаратора.

В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением UBX и UОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение.

Компараторы применяются в широком спектре схем:

  1. Триггеры Шмитта и в схемах формирования сигнала, преобразующих сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.
  2. Детекторы уровня – схемы, в которых происходит индицирование момента достижения входным сигналом заданного уровня опорного напряжения.
  3. Генераторы импульсных сигналов, например, треугольной или прямоугольной формы.

При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже

Появление ложных импульсов на выходе компаратора.

Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис, путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю.

Компараторы National Semiconductor

28 ноября 2007

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. Без них не обходится ни один АЦП и ЦАП, ни один генератор пилообразных колебаний. В каждом цифровом вольтметре или другом измерительном приборе обязательно присутствует компаратор напряжения. Термин «компаратор» произошел от английского слова «compare» — сравнивать. Проще говоря, компаратор — это прибор для сравнения двух или нескольких напряжений с определенной точностью и выдачи результата с минимальной задержкой.

В качестве компаратора можно использовать дифференциальный (операционный) усилитель с очень большим коэффициентом усиления разностного сигнала. В зависимости от знака разности напряжений на входе дифференциального усилителя его выход оказывается в положительном или отрицательном насыщении. Раньше обычные ОУ использовали в качестве компараторов, но сейчас такой способ практически не используют, поскольку многие производители выпускают специализированные микросхемы для этой цели. Эти кристаллы имеют очень высокое быстродействие, но при повышении быстродействия компаратора приходится принимать меры для предотвращения глубокого насыщения транзисторов, работающих в ключевом режиме. Этого добиваются минимизацией паразитных емкостей и сопротивлений, ограничивающих скорость нарастания сигналов. К сожалению, уменьшение времени задержки связано с увеличением потребляемой мощности. Как правило, быстродействующие компараторы уступают прецизионным по точности сравнения.

Прецизионные компараторы отличаются от других классов компараторов повышенной точностью сравнения и стабильностью характеристик. Это достигается путем уменьшения входных токов смещения и существенного увеличения коэффициента усиления. Улучшение параметров точности обычно достигается ценой снижения быстродействия компараторов.

Выходные каскады компараторов в большинстве случаев оптимизированы для сопряжения с определенными логическими сериями (особенно это важно для микросхем с очень высоким быстродействием) или имеют открытый коллектор (открытый сток) для расширения возможностей разработчика. Компаратор также можно рассматривать в качестве аналогового коммутатора, который переключает уровни выходного напряжения, когда непрерывный входной сигнал становится выше или ниже заданного уровня.

Компания National Semiconductor выпускает широкую номенклатуру компараторов: скоростных (High-Speed) и c низким потреблением (Low-Power Comparators). Современные скоростные компараторы уже перешли наносекундный диапазон. Например, новые LMH7322 имеют задержку распространения* всего 700 пикосекунд. Необходимо отметить, что задержка распространения сильно зависит от величины перепада напряжения на входах компаратора, поэтому нужно всегда тщательно изучать графики, приводимые производителем в своей документации (datasheets). Это проиллюстрировано на рисунке 1 на примере широко распространенного компаратора LM319.

Рис. 1. Зависимость задержки распространения от Uвх в компараторе LM319

Из рисунка 1 хорошо видно, что задержка распространения сигнала зависит от величины перепада и от направления перехода входного напряжения. Время задержки значительно меньше при перепаде на входе от высокого уровня к низкому.

Основные параметры компараторов National Semiconductor приведены в таблице 1.

Таблица 1. Компараторы National Semiconductor

Наимено- ваниеКол- во кана- ловСвойстваIпотр. на ка- нал, мкАUпит., ВUсмещ.(макс), мВКонфиг. выходаCMVR*, BЗадерж ка сигна- ла, мксКорпус (а)
Скоростные компараторы (High-Speed Comparators)
LMH7322 (New)2700 пс задержка сигнала распрост- ранения30 мА2,7…128RSPECL **0,0007LLP-24
LMH7220 (New)12,5 нс, питание 2,7…12 В, LVDS выход8,2 мА2,7…129LVDS-0,2…100,0025SC70-6, SOT23-6
LMV721917 нс, питание 2,7…5В, rail-to-rail выход1,1 мА2,7…56Push- Pull-0,2…3,80,007SC70-5, SOT23-5
LMV7235(New)145 нс, ultra-low power, rail-to-rail выход652,7…56Откры- тый сток-0,2…5,20,045SC70-5, SOT23-5
LMV7239 (New)145 нс, ultra-low power, rail-to-rail выход652,7…56Push- Pull-0,2…5,20,045SC70-5, SOT23-5
LM1611скорост- ной диф ференци- альный компар.13 мА11…321Диф- ференц.20…230,014TO5-10
LM3611скорост- ной диф ференци- альный компар.13 мА11…321Диф- ференц.20…230,014MDIP-14, SOIC-14, TO5-10
LM1192скорост- ной сдвоен- ный компара- тор4 мА5…364Откры- тый колл.8…330,08CERDIP-14, CERPAK-10, LCC-20, TO5-10
LM2192скорост- ной сдвоен- ный компара- тор4 мА5…364Откры- тый колл.8…330,08CERDIP-14, CERPAK-10, LCC-20, TO5-10
LM3192скорост- ной сдвоен- ный компара- тор4 мА5…361,8Откры- тый колл.7…340,08MDIP-14, SOIC-14, TO5-10
Компараторы с низким потреблением (Low-power Comparators)
LPV7215 (New)1микро- мощный, rai-to-rail вход/ выход0,611,8…53Push- Pull0…5,06,6SOT-23, SC70-5
LMC72151потребле- ние < 1 мкА, rail-to-rail вход0,72…86Push- Pull-0,2…5,212SOIC-8, SOT23-5
LMC72251потребле- ние < 1 мкА, rail-to-rail вход0,72…86Откры- тый сток-0,3…5,312SOT23-5
LMC67622микро- мощный, rai-to-rail вход62,7…155; 15Push- Pull-0,3…5,34SOIC-8
LMC67722микро- мощный, rai-to-rail вход62,7…155; 15Откры- тый сток-0,3…5,34SOIC-8, MSOP-8, MDIP-8
LMC72111микро- мощный, rai-to-rail вход72,7…155; 15Push- Pull-0,3…5,34SOIC-8, SOT23-5
LMC72211микро- мощный, rai-to-rail вход72,7…155; 15Откры- тый сток-0,1…2,84SOIC-8, SOT23-5
LMV7271/ 721/2питание от 1,8 В, rail-to-rail вход101,8…54Push- Pull-0,1…2,80,88micro SMD-5, SOT23-5, SC70-5
LMV72751питание от 1,8 В, rail-to-rail вход101,8…54Откры- тый сток-0,1…2,80,88SC70-5, SOT23-5
LMV72911питание от 1,8 В, rail-to-rail вход101,8…54Push- Pull0…3,50,88SC70-5
LP3394микро- мощный, 4 в одном корпусе152…365Откры- тый колл.-0,1…4,28SOIC-14, MDIP-14
LMV3932микро- мощный, общего примене- ния432,7…57Откры- тый колл.-0,1…4,20,6SOIC-8, MSOP-8
LMV3394низко- вольтный, общего примене- ния502,7…57Откры- тый колл.-0,1…4,20,6SOIC-14, TSSOP-14
LMV3311низко- вольтный, общего примене- ния602,7…57Откры- тый колл.2…34,50,6SC70-5, SOT23-5
LM29032низкое напряже- ние смещения2002…367Откры- тый колл.2…34,50,4MDIP-8, micro SMD-8, SOIC-8
LM2932низкое напряже- ние смещения2002…362; 5Откры- тый колл.2…34,50,4TO5-8
LM3932низкое напряже- ние смещения2002…365Откры- тый колл.2…34,50,4MDIP-8, micro SMD-8, SOIC-8, TO5-8
LM1932низкое напряже- ние смещения2002…362; 5Откры- тый колл.2…34,50,4CERDIP-8, TO5-8
LM1394низкое напряже- ние смещения2002…362; 5Откры- тый колл.2…340,5CERDIP-14, CERPAK, CERPAK-14, LCC-20
LM2394низкое напряже- ние смещения2002…362; 5Откры- тый колл.2…340,5CERDIP-14
LM29014низкое напряже- ние смещения2002…367Откры- тый колл.2…340,5MDIP-14, SOIC-14
LM33024низкое напряже- ние смещения2002…2820Откры- тый колл.2…260,5MDIP-14
LM3394низкое напряже- ние смещения2002…362; 5Откры- тый колл.2…340,5CERDIP-14, MDIP-14, SOIC-14
LMV7611прецизи- онный, низко- вольтный2252,7…51Push- Pull-0,3…3,80,12SOIC-8, SOT23-6
LMV7622прецизи- онный, низко- вольтный2752,7…51Push- Pull-0,3…3,80,12SOIC-8, MSOP-8
LM3971компара- тор общего примене- ния2505…307Откры- тый колл.5…28,50,25SOT23-5
LM3921низкое потреб- ление5003…325Push- Pull3…301,5MDIP-8, SOIC-8
LM65111время установ- ления 180 нс2,7 мА2,7…365Откры- тый колл.3,2…34,750,18SOIC-8
LM1111компара- тор общего примене- ния5,1 мА5…363Откры- тый колл.0,5…340,2CERDIP-8/14, CERPAK, CERPAK-10, LCC-20
LM2111компара- тор общего примене- ния5,1 мА5…363Откры- тый колл.0,5…340,2TO5-8
LM3111компара- тор общего примене- ния5,1 мА5…367,5Откры- тый колл.0,5…350,2MDIP-8

*CMVR — Common-Mode Voltage Range (диапазон допустимого синфазного напряжения на входах) **RSPECL — положительная эмиттерно-связанная логика с малым размахом сигнала

Скоростные компараторы National Semiconductor

Среди последних новинок особого внимания достоин скоростной сдвоенный компаратор LMH7322. Он имеет самое низкое потребление энергии (типовое значение 21 мА). Задержка распространения сигнала составляет менее одной наносекунды (700 пс) при работе на логические микросхемы RSPECL (положительная эмиттерно-связанная логика с малой амплитудой сигнала). Этот компаратор является усовершенствованием компаратора LMH7220 с низковольтным дифференциальным выходом LVDS. В конце 2007 года компания National Semiconductor планирует начать поставку образцов счетверенного компаратора с параметрами, близкими к LMH7322. Раздельное питание входных и выходных цепей LMH7322 позволяет легко согласовать входные и выходные сигналы разных частей устройства, не используя специализированные микросхемы для сдвига уровней. Кроме того, LMH7322 допускает отрицательное напряжение на входе до -6 В при однополярном напряжении питания до 12 В.

Время нарастания и спада сигнала LMH7322 составляет 160 пс.

Рис. 2. Допустимые диапазоны входных напряжений LMH7322 и компараторов этого класса от других производителей

На рисунке 2 показаны допустимые входные диапазоны напряжений для LMH7322 и компараторов этого класса от других производителей.

Рис. 3. LMH7322. Схема преобразования аналогового сигнала в сигнал с уровнями LVDS и стандартное включение этого компаратора

На рисунке 3 приведены рекомендуемые производителем схемы включения скоростного компаратора LMH7322 для преобразования аналогового сигнала в сигнал с уровнями LVDS и стандартное включение этой микросхемы.

К длительности задержки распространения компаратора LMH7322 необходимо относиться очень внимательно, так как этот параметр зависит от окружающей температуры и напряжения питания, и в худших случаях может доходить до 1050 пс. Эти факторы разработчик должен обязательно учитывать, если проектируемая аппаратура предназначена для работы в широком диапазоне температур и напряжений питания. Упомянутые зависимости приведены на рисунке 4. Интересно отметить, что при низкой рабочей температуре задержка распространения минимальна и приближается к значению 650 пс.

Рис. 4. Зависимости длительности задержки компаратора LMH7322 от напряжения питания и температуры

Типовое применение и основные параметры компаратора LMH7220 (предшественника LMH7322) приведены на рисунке 5. Выход LVDS этого компаратора обеспечивает уровень сигнала 325 мВ для передачи по симметричной линии с волновым сопротивлением 100 Ом. Этим обеспечивается малая чувствительность к шумам и электромагнитным помехам. Выходной сигнал с уровнями LVDS минимизирует потребление энергии по сравнению с выходом эмиттерно-связанной логики (ECL). Благодаря характеристикам выходного каскада потребление энергии остается очень малым даже при увеличении скорости передачи данных.

Рис. 5. Типовое применение скоростного компаратора LMH7320 с выходом LVDS и низким потреблением

В этой статье уже отмечалось, что с ростом быстродействия увеличивается и потребляемая мощность. Однако, в линейке скоростных компараторов National Semiconductor есть LMV7235 и LMV7239 с током потребления всего 65 мкА (ultra-low power, по определению производителя) при задержке распространения сигнала 45 нс (см. таблицу 1). Эти компараторы отличаются только типом выходного каскада. LMV7235 имеет выход с открытым стоком, а у LMV7239 выход построен по схеме Push-Pull. Чтобы не быть голословным, проиллюстрируем зависимость тока потребления LMV7235 и LMV7239 рисунком 6, взятым из документации производителя. В худшем случае при напряжении 1,5 В ток потребления не превышает 30 мкА.

Рис. 6. Зависимость тока потребления от напряжения питания и температуры для быстродействующих компараторов LMV7235 и LMV7239 с низким потреблением и задержкой распространения 45 нс

National Semiconductor рекомендует использовать компараторы LMV7239 для схем кварцевых генераторов и приемников импульсов инфракрасного излучения, основываясь на их высоком быстродействии и низком потреблении. Примеры реализации этих схем приведены на рисунке 7.

Рис. 7. Кварцевый генератор и приемник импульсов инфракрасного излучения, выполненные на основе LMV7239

В документации производителя есть еще несколько интересных решений на описанных выше микросхемах. Заинтересованный читатель без труда найдет их на сайте National Semiconductor: www.national.com.

Компараторы National Semiconductor с низким потреблением

Широкое распространение техники с автономным питанием стимулирует производителей к выпуску электронных компонентов с низким потреблением энергии. В перечне выпускаемых микросхем компании National Semiconductor есть компараторы с минимальным напряжением питания (всего 1,8 В). Они имеют Rail-to-Rail вход и выход, а потребляемый ток находится в пределах 600 — 800 нА во всем диапазоне напряжений питания. Речь, конечно, идет о новых компараторах LPV7215. Производитель указывает задержку распространения для этой микросхемы 6,6 мкс. Но ранее в статье уже было отмечено, что, измеряя этот параметр, необходимо учитывать величину перепада напряжения на входах, температурный режим и напряжение питания. Для полной точности нужно еще учитывать и направление перепада напряжения на входе компаратора (с высокого уровня на низкий и наоборот). В своей документации National Semiconductor приводит все эти зависимости. Некоторые из них для компараторов LPV7215 показаны на рисунке 8.

Рис. 8. Зависимости тока потребления от напряжения питания и температуры, задержки переключения от перепада напряжения на входе для микромощного компаратора LPV7215

Популярные компараторы LM311 (LM211, LM111), которые выпускаются уже в течение многих лет, производитель относит к компараторам с низким потреблением, хотя при изучении таблицы 1 это представляется спорным. Но, учитывая огромную популярность этих микросхем, National Semiconductor до сих пор продолжает их выпускать. Больший интерес для разработчика могут представлять сдвоенные компараторы LM393 (LM293, LM193). Они имеют расширенный диапазон напряжений питания от 2 до 36 В, низкое напряжение смещения, низкий ток потребления при более высокой точности по сравнению с LM311. Но задержка распространения у LM393 больше и составляет около 0,4 мкс.

Отдельного внимания заслуживает прецизионные низковольтные компараторы LMV761 (одиночный) и LMV762 (сдвоенный) с диапазоном напряжений питания от 2,7 до 5 В. Они характеризуются высокой точностью при относительно высоком быстродействии. Основные параметры этих микросхем приведены на рисунке 9.

Рис. 9. Основные параметры и зависимости напряжения смещения LMV761 и LMV762 от напряжения смещения и температуры

Вся информация для статьи взята с сайта производителя: https://www.national.com/.

По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ. e-mail: [email protected]

Универсальный контроллер питания для мобильных приложений

LP3910 от National Semiconductor — это гибкое решение для создания универсального модуля питания (PMU — Power Management Unit), которое содержит в себе интегрированный повышающе- понижающий преобразователь и несколько различных регуляторов напряжения. Помимо этого, LP3910 имеет два отдельных входа для питания устройства и зарядки батарей от шины USB или сетевого адаптера.

Интегрированный контроллер заряда поддерживает автоматическое переключение источников энергии. Наличие интерфейса I2C позволяет разработчикам изменять электрические характеристики и режимы системы питания, такие как значения выходных напряжений и варианты переключения источников питания под конкретное приложение.

В портативных устройствах, где используется питание 3,3 В, повышающе- понижающий преобразователь позволит продлить время работы от батарей. Li-Ion аккумулятор, как самый популярный выбор для питания мобильных приложений, как правило, имеет диапазон рабочих напряжений от 2,9 до 4,2 В. Когда аккумулятор заряжен, конвертер понижает напряжение до необходимого значения. Когда аккумулятор разряжен до значения менее 3,3 В, преобразователь повышает напряжение. Технически это позволяет увеличить время работы устройства от батареи на 10%, по сравнению с обычным понижающим преобразователем.

Программируемый контроллер питания LP3910, доступный в 48-выводном корпусе LLP размером 6х6 мм, содержит 4-канальный 8-битный АЦП для контроля аккумулятора и двух внешних источников питания. Для приложений, не использующих Flash-память или жесткий диск, National Semiconductor выпустила модификацию LP3913 с такими же функциями, что и у LP3910, но без повышающе- понижающего преобразователя, который заменен только на понижающий, с максимальным рабочим током до 500 мА.

•••

Наши информационные каналы

Триггер Шмитта

Как сказано выше для устранения ложных срабатываний компаратора, известных, как «дребезг контактов» необходимо использовать схему компаратора с петлёй гистерезиса, которая получила название триггера Шмитта.

В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня (порога) переключения

. Данное различие иллюстрирует изображение ниже


Изменение входного и выходного напряжения компаратора (справа) и триггера Шмитта (слева).
Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем (порогом) срабатывания триггера UВП и нижним уровнем (порогом) срабатывания триггера UНП.

Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью (ПОС), которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже


Триггер Шмитта на операционном усилителе.

Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения.

Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. В исходном входное напряжение не превышает верхнего уровня срабатывания триггера UВП, поэтому на выходе присутствует положительное напряжение насыщения UНАС+ (примерно на 1 – 2 В ниже положительного напряжения питания UПИТ+). Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения UВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения UНАС-(примерно на 1 – 2 В выше отрицательного напряжения питания UПИТ-). Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением

Далее триггер остаётся в устойчивом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не станет меньше нижнего порога срабатывания UНП, а на выходе триггера установится положительное напряжение насыщения UНАС+. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением

Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса UГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания UВП и нижнего порога срабатывания UНП

Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения.

Интегральные компараторы напряжения | Авторская платформа Pandia.ru

РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ-КОНСТРУКТОРАМ

Б. УСПЕНСКИЙ

 

Компараторы осуществляют переключение выходного напряжения, когда изменяющийся входной сигнал ста­новится выше или ниже определенного уровня. 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.

Рис. 1. Компаратор сигналов, выполненный на ОУ: а — включение ОУ; б — выходной сигнал

Если включить операционный усилитель (ОУ) без обратной связи так, как это показано на рис. 1 для распространенной микросхемы К553УД1А, и подать на один вход сигнал UBX, а на другой — постоянный уровень опорного напряжения Uon, то выходное напряжение ивых скачком изменяется от максимального до мини­мального (или наоборот), когда сигнал проходит задан­ный на другой вход уровень сравнения. В приведенной схеме выходное напряжение соответствует уровням ло­гической 1 и логического 0 цифровых ТТЛ-микросхем, для чего использованы вспомогательный источник напря­жения + 3 В и ограничитель на кремниевых диодах VD1, VD2. Если поменять местами UBX и Uon, изменится поря­док переключения выходного напряжения. Благодаря вы­сокому коэффициенту усиления ОУ схема переключается при очень малой разности напряжений входного сигнала и постоянного уровня, т. е. сравнение двух напряжений происходит с высокой точностью.

Более простой компаратор с такими же выходными сигналами можно построить на ОУ К553УД2 по схеме рис. 2. Здесь амплитуда выходного напряжения ограничивается с по­мощью стабилитрона VD1, подклю­чаемого ко второму каскаду уси­ления.

Рис. 2 Компаратор на ОУ К553УД2

Регенеративный компаратор — это устройство с положительной обратной связью, обладающее гисте-резисной характеристикой выход-вход. Если выход компаратора на рис. 1,а соединить с неинвертирующим входом через резистор 10 МОм (107), то при наличии резистора R2=10 кОм (104) получим напряжение гистерезиса (мВ)

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 Ur, т. е. будет запас на помехоустойчивость. Реге­неративный компаратор является аналогом триггера Шмитта, а также служит основой для построения муль-тивибраторных устройств.

При переключении до уровня +4 В время нараста­ния выходного сигнала у компаратора, построенного на типовом ОУ с полосой единичного усиления около 1 МГц, составляет примерно 0,5…! мкс при превышении сигналом опорного напряжения на 10 мВ, а время за­держки достигает 3…5 мкс. 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 особенностей (время задержки, потребляемая мощ­ность и др.).

Таблица 1

с

g

Функция, выполняемая мик­росхемами, особенности

Условное обозначедие

Зарубежный аналог

Тип корпуса

1

Сдвоенный компаратор, 1ЗД= 110 не

52ICA1

мА7П

301.12-1

К554СА1

мA711C

201.14-6

2

Компаратор, t3fl = 120 не

521СА2

мА710

301.8-2

К554СА2

мА710С

201.14-6

3

Компаратор, 1ЗД = 300 не

521САЗ

LM111

301.8-2

К554САЗ

LM311

201.14-1

4

Быстродействующий стробируемый компаратор, 1ЗД = 26 не

521СА4

SE527K

301.12-1

КР521СА4

NE527K

201.14-1

5

Компаратор со стробиро-ванием и запоминанием предыдущего состояния, выход на ЭСЛ, 1ЗД = 6,5 не

597СА1

Аm685

402.16-6

КМ597СА1

»

201.16-5

КР597СА1

»

238.16-2

6

Компаратор со стробиро-

ванием и запоминанием

предыдущего состояния,

выход на ТТЛ, 1ЗД = 12 не

597СА2

Аm686

402.16-6

КР597СА2

»

201.16-5

КР597СА2

»

238.16-2

7

Два маломощных компа-

ратора, 1ЗД = 300 не,

Рпотр = 100 мВт

597САЗ

LM119

402.16-33

КМ597САЗ

ICB8001C

201.16-5

КР597САЗ

LM319

238.16-2

8

Компаратор средней точ­ности, 13д = 60 не, Рпотр = 80 мВт

521СА5

Без аналога

401.14-4

Из приведенных в табл. 1 интегральных компарато­ров наиболее интересны с точки зрения универсальности применения компаратор К554САЗА (Б) и сдвоенный компаратор К554СА1.

Рис. 3. Упрощенная внутренняя схема компаратора К554САЗ

Упрощенное изображение схемы компаратора К554САЗ дано на рис. 3. Из четырех усилительных ка­скадов первый на p-n-р транзисторах VT1 и VT2 рабо­тает как буферный, причем электропрочность транзи­сторов обеспечивает возможность подачи на входы напряжений от — Еп до +ЕП без опасности вывода ком­паратора из строя. Два последующих дифференциаль­ных каскада на транзисторах VT3 — VT6 усиливают сигнал. На оконечный транзистор VT11 сигнал пере­дается усилительным транзистором VT9, a VT10 с дат­чиком тока R10 предотвращают перегрузку транзистора VT11. 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. Максимальная разность напряжений не должна превышать: между вы­водами 11 и 6 — 36 В, 9 и 6 — 50 В, 2 и 6 — 30 В, 3 и 4 — ±30 В. Вывод 2 может присоединяться к любому напряжению, находящемуся между потенциалами + ЕП и — ЕП, или замыкаться с выводом 6 при работе микро­схемы от одного источника питания. Таким образом, компаратор К554САЗА (Б) может работать как от на­пряжений ± 15 В, используемых обычно для ОУ, так и от единственного источника +5 или +9 В, от которого питаются цифровые ТТЛ – или КМОП-микросхемы. Важ­ной особенностью является также сохранение работоспособности при сравнении входных напряжений, не дохо­дящих до — Еп или до нуля при однополярном питании всего лишь на 0,3…0,5 В. В связи с этим применение компаратора может быть разнообразным, и его можно непосредственно расположить на плате любого аналого­вого или цифрового блока. Такой гибкости применения сопутствует также и то обстоятельство, что компаратор К554САЗ является высокоточным, обладающим коэффи­циентом усиления не ме­нее 150000 при напряже­нии питания ±15 В, сме­щением нулевого уровня не более 7,5 мВ при со­противлении генератора 50 кОм. Входной ток компаратора — до 250 нА, при этом разность вход­ных токов для двух его входов — не более 50 нА (для группы А — 100 и 10 нА).

Рис. 4. Схема включения микро­схемы К554САЗА, Б

Основная схема включения этого компаратора (рис. 4) содержит орган регулировки смещения нулевого уровня входного напряжения (R1), а также дает воз­можность осуществить правильное считывание выходно­го сигнала только во время отсутствия положительного строб-импульса, что способствует повышению помехо­устойчивости устройств с компараторами. При наличии логической 1 на входе «Строб» выходной уровень компа­ратора становится высоким независимо от полярности разностного сигнала на входе, так как транзистор VT1 шунтирует одно из плеч дифференциального каскада. 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. 4 тот же результат может быть получен при включении между выводами 7, 8 конденсатора емкостью 0,1 мкФ. При подаче на компаратор К554САЗА (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.

Рис. 5. Характеристики переключения микросхемы К554САЗА, Б с коллекторной нагрузкой на выходе:

а — схема включения; б — нарастание выходного сигнала; в — спад выходного сигнала

На рис. 5 представлены характеристики нарастания и спада выходного сигнала при уровнях превышения входным сигналом опорного напряжения на 2 — 5 — 20 мВ для схемы включения нагрузки в цепь коллектора вы­ходного транзистора микросхемы К554САЗА, Б. На рис. 6 аналогичные характеристики даны для случая, когда нагрузка включена в цепь эмиттера. При этом выходной транзистор не усиливает напряжения, и общий коэффициент усиления компаратора уменьшен, что при­водит к затягиванию фронтов импульсов на выходе. Характеристики на рис. 5, 6 даны для нормальной окру­жающей температуры.

Рис. 6. Характеристики переключения микросхемы K554GA3A, Б с эмиттерной нагрузкой на выходе:

а — схема включения; б — нарастание выходного сигнала; в — г спад выход­ного сигнала

Характеристику переключения компаратора К554САЗА (Б) можно улучшить, применяя схему соеди­нения выводов по рис. 7. Скорость изменения выходного напряжения достигает значения 18 В/мкс вместо 7,0 В/мкс для типовой схемы включения, однако полу­чается это ценой увеличения силы входного тока.

Рис. 7. Схема соединения выводов микросхемы К554САЗА, Б для увеличения скорости переклю­чения

Особенности внутреннего строения сдвоенного компа­ратора К554СА1 поясняет рис. 8. Выходы двух дифференциальных усилителей объединены в один общий, выполненный по схеме ИЛИ. Стробироваиие компарато­ров раздельное. Стабилитроны с номинальным напря­жением 6,2 В необходимы для сдвига уровней напряже­ния на входных и выходных шинах. В отличив ©т ком­паратора К554СА1 компараторы, входящие в состав микросхемы КР597САЗ, каждый имеет отдельный кол­лекторный выход. Оба выхода можно объединить по схеме ИЛИ с общей нагрузкой. Однак© выводов строби-рования последний компаратор не имеет.

Рис. 8. Упрощенная схема ком­паратора К554СА1

Приведем примеры типичного использования компа­раторов.

Рис. 9. Двухпороговый дискри­минатор

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. 9. Пока­занный двухпороговый дискриминатор является упро­щенной разновидностью амплитудного анализатора им­пульсов. На оба компаратора поступает один и тот же сигнал ивх. Компаратор DA1.1, включенный инверсно, сравнивает входной сигнал с опорным напряжением UA таким образом, что на его выходе будет логическая 1, когда UBX<UA. Компаратор DA1.2 сравнивает тот же входной сигнал с большим опорным напряжением, а именно — с (UA+KUZ), где K = R2/(R1 + R2). Компара­тор DA1.2 выдает логическую 1 при входном сигнале большем, чем (UA + KUz). Следовательно, в интервале UA<UBX<(UA+KUZ) оба компаратора дают «нулевой» сигнал. Во всех остальных случаях логическая 1 на общем выходе 10 свидетельствует о том, что входной сигнал вышел за пределы допусковой зоны. Путем мед­ленного изменения Uon при постоянном значении KUZ можно проводить анализ амплитуды входных импульсов. Надо лишь учитывать, что для микросхемы К554СА1 синфазная составляющая входного сигнала не должна превышать ±5 В. Добавив на вход делитель напряже­ния, можно обнаруживать более высокие уровни вход­ного сигнала. Общее для двух компараторов стробиро-вание позволяет выделить интервал времени, когда сле­дует производить амплитудный анализ.

Рис. 10. Амплитудный дискриминатор

Дискриминатор по схеме рис. 9 не позволяет выявить, в какой зоне исследуемых входных напряжений находится случайный сигнал, попавший в заданную двумя порогами область («окно»). Такую возможность предоставляет более сложный дискриминатор по схеме рис. 10, имеющий несколько цифровых выходов.

Компаратор DA1 сравнивает входное напряжение с опорным Uon; при изменении своего состояния он пере­ключает двухполярный источник тока, собранный на ОУ DA3. Его выходной ток 1Х, создавая на резисторе R2 падение напряжения того или иного знака, определяет текущее смещение нулевого уровня компаратора DA2. С номиналами питания ±5 В оно равно + (5*R2/R1) В при UBx>Uon или — (5*R2/R1) В при UBX<UOII; для принятых номиналов сопротивлений смещение состав­ляет ±0,5 В. Таким образом, уровни переключения мик­росхемы DA2 будут равны: Ui=Uon+0,5 В и U2=Uon — 0,5 В. Эти уровни определяют границы «окна», внутри которого напряжение U0п расположено посередине. Ло­гическую обработку выходных сигналов компараторов осуществляет цифровая микросхема DD1. В результате информация о мгновенной амплитуде входного сигнала представлена следующим образом:

U2 <UBX<U1 — логическая 1 на выходе DD1.4, свечение VD3;

U2 <UBX<U0n — логический 0 на выходе DD1.3, свечение VD1;

Uoп<UBX<Ui — логический 0 на выходе DD1.2, свечение VD2;

Uвх>Uоп — логическая 1 на выходе DA1;

Uвх<Uоп — логический 0 на выходе DA1.

Уровни логической 1 и логического 0 соответствуют +5 В и — 5 В.

Рис. 1.1. Под­ключение эле­мента индикации

Рис. 12. Ком­паратор с мощным выходом

Рис. 13. Фото диодный компаратор

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 К574УД1А, 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). Длл уменьшения погрешности переклю­чения источник входного сигнала должен быть низко-омным, способным выдерживать втекающий и вытекаю­щий ток 1Х без заметного изменения напряжения UM.

Рис. 14. Пик-детектор поло­жительных сигналов

Рис. 15. Пик-детектор отри­цательных сигналов

Рис. 11 показывает, как подключить к компаратору светодиод VD1 для индикации состояния выхода или маломощную (до 50 мА) лампу накаливания. Мощный выход компаратора — ток нагрузки до 1 А — обеспечит устройство по схеме рис. 12, в котором диод VD1 необхо­дим для демпфирования индуктивной нагрузки, подклю­чаемой между Н-Еп и эмиттером транзистора VT1.

Схема точного фотодиодного компаратора представ­лена на рис. 13. 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 комларато-ров. На рис. 14 приведена схема пик-детектора для по­ложительных напряжений, запоминаемых на конденса­торе С1, а на рис. 15 — для отрицательных. 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.

Рис. 16. Автоколебательный мультивибратор

Рис. 17. Кварцованный автогенератор

Большую группу устройств с компараторами состав­ляют различные генераторы. На рис. 16, 17 приведены две схемы: автоколебательного мультивибратора на частоту 100 кГц для устройств на ТТЛ-элементах (допу­стимая нагрузка — два таких элемента) и кварцованного генератора прямоугольных импульсов на такую же ча­стоту.

Рис. 18. Удвоитель частоты:

а — принципиальная схема; б — про­цессы в удвоителе

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 100 кГц осуществляют компараторами.

Рие. 19. Делитель частоты импульсов

Рассмотрим схему удвоителя частоты на рис. 18, ко­торый выдает импульсную последовательность со скваж­ностью Q=2. Устройство построено на двух микросхемах. DAI — два компаратора в одном корпусе КР597САЗ, DA2 — два ОУ в одном корпусе К157УД2. Знакопеременный входной сигнал с постоянной или медленноменяющейся в пределах 2…8 скважностью пре­вращается компаратором DA1.1 в последовательность однополярных импульсов с той же входной частотой — сигнал (1) на рис. 18,6, где выбран условно меандр. Интегрирующее звено на усилителе DA2.1 осуществляет задержку сигнала на 1/4 периода; его выходное пило­образное напряжение (2) поступает на усилитель-огра­ничитель DA2. 2.Коэффициент усиления его — около 100, размах выходного напряжения определяет симметрич­ный диодный ограничитель VD1, VD2. Большую часть времени DA2.2 пребывает в состоянии ограничения, по­ка токи от пилообразного напряжения через R5 и сигна­ла (3) с выхода DA2.2 остаются приблизительно рав­ными. По мере приближения пилообразного напряжения к среднему нулевому значению ток в точке подключения инвертирующего входа усилителя DA2.2 стремится к нулю, а затем меняет свое направление на противопо­ложное, что соответствует изменению полярности сигна­ла (3). Усилитель DA2.2 увеличивает примерно в 100 раз скорость нарастания пилообразного напряжения в точке переключения; он предназначен для улучшения динамических показателей работы компаратора DA1.2, который служит нуль-органом. В результате намного быстрее происходит изменение выходных уровней компа­ратора DA1.2, напряжения на входах которого в этот момент почти равны, а состояние неопределенно и чув­ствительно к помехам. Как следствие, существенно уменьшается дрожание фронтов сигнала (4) на выходе ОД 1.2, а также и выходного сигнала (5), который обра­зуется двоичным сумматором на элементе DD1 типа «исключающее ИЛИ».

С помощью резистора R1 осуществляют подстройку скважности выходного сигнала удвоителя до значения Q=2. Параметры элементов Cl, C2 выбирают в зависи­мости от частотного диапазона работы удвоителя. На рис. 18, а номиналы элементов указаны для входных сигналов с частотой 0,5…2,5 кГц. При выборе конденса­тора С1 необходимо экспериментально проверить, не вы­ходит ли сигнал (2) за пределы линейности амплитуды (ориентировочно ±3 В) на низшей частотной границе. Работа удвоителя проверялась до входной частоты 50 кГц.

Представленный удвоитель частоты можно упростить. Если входной сигнал — импульсный с оговоренной выше скважностью, то компаратор DA1.1 исключают. Если небольшое дрожание фронтов выходных импульсов (ори­ентировочно 2…3 мкс при длительности периода 1…2 мс) не имеет значения, усилитель DA2.2 также исключают, изменив на противоположное -подсоединение входов DA1.2. Устройство может работать от одного источника питания +5 В, если применить, например, компараторы К554САЗ и ОУ К140УД14 с таким же питанием. Знако­переменный выходной сигнал удвоителя обеспечивает микросхема DD1 К561ЛП2 или К176ЛП2, выводы пи­тания которой надо подключить к источникам +5 и — 5 В, как и питающие выводы ОУ и компаратора К554САЗ.

Делители частоты импульсных сигналов обычно стро­ят с помощью счетчиков, в простейшем случае — двоичных на триггерах. Чтобы получить большой коэффициент деления, применяют многоразрядные счетчики с боль­шим количеством триггеров. В случае отсутствия их ра­диолюбитель имеет возможность собрать простое устрой­ство лишь с одним синхронным JK-триггером и компа­раторами, которое используют в качестве высокостабиль­ного делителя частоты с коэффициентом деления пмам = 100 и более (рис. 19).

На вход синхронизации триггера поступает последо­вательность импульсов. Пусть в момент времени to f риггep находится в состоянии Q=l, Q — 0. Тогда диод VD1 закрыт, а конденсатор С1 заряжается через элементы R1 и VD2. Когда напряжение на верхней обкладке кон­денсатора достигнет 4-Uon и превысит егб, выходное на­пряжение компаратора DA1 увеличится до уровня ло­гической 1, подготавливая по JK-входам триггер к смене состояния. Это произойдет в момент ti с поступлением очередного входного импульса. Считаем, что, начиная е момента to, таких импульсов поступило несколько, на­пример пь После опрокидывания триггера закроется диод VD2, и конденсатор С.1 начнет перезаряжаться через открывшийся диод VD1, выход триггера, источник питания +Еп и резистор R2. Вслед за этим на выходе микросхемы DA1 опять установится уровень логическо­го 0, следовательно, поступающие на вход С триггера импульсы не изменят состояния его выходов. Такая ситуация продлится до того момента, пока напряжение на нижней обкладке конденсатора С Г не достигнет потенциала +U0o, что приведет к появлению на выходе микросхемы DA2 уровня логической 1. Вслед за этим в момент t2 входной импульс опрокинет триггер. Далее процессы периодически повторяются. Таким образом, за один период смены состояний триггера, длящийся от to до t2, произойдет отсчет импульсов в количестве n = =2ni. Мы предполагаем, что R1 = R2=R. Противофаз­ные выходные сигналы снимаются с выводов 1,2 триг­гера.

Рис. 20. Генератор ступенчато­го напряжения, делитель часто­ты следования импульсов

Для обеспечения устойчивой работы делителя частоты параметры его выбирают так, чтобы момент срабаты­вания компаратора оказался на одинаковом удалении по оси времени от (n1-l)-гo и от n1-го импульсов. Тогда допустимая нестабильность интервала 1К переключения компараторов может составлять половину периода Тс вхвдных импульсов, точнее — не более 0,5 Тс. Это запи­сывается следующим образом:

где 6tK — относительная нестабильность интервалов пе­реключения компараторов. Длительность интервала tH определяется из выражения

Отношение U0n/En легко стабилизировать с помощью резистивного делителя напряжения между +БП и общим проводом питания; со средней точки делителя снимают напряжение – t-Uon. Входные токи компарато­ров должны быть существенно меньше выбранного тока делителя, а также тока, заряжающего конденсатор С1.

Нормальная работа делителя предполагает выполне­ние равенства

tн = tK+0,5T0 = n1Tc,

где 1и=0,5 tq — длительность импульса на выходе триг­гера, равная полуперяоду выходного напряжения.

Максимальный устойчивый коэффициент деления ча­стоты

nмакс = 2n1 макс = 1 + 1/бtK = 1/бtK.

Если требования к величине пмакс не являются высо­кими, компаратор DA2 можно исключить. При этом не­инвертирующий вход DA1 соединяют с обкладками кон­денсатора С1 через диоды, подключая их анодами к конденсатору.

Схема еще одного устройства с компаратором при­ведена на рис. 20 — это генератор ступенчатого напря­жения, являющийся также делителем частоты. Интегра­тор входных импульсов стабильной амплитуды UBX со­бран на ОУ с полевыми транзисторами (DA1). Дискрет­ное приращение заряда на конденсаторе С2 происходит всякий раз, когда через конденсатор С1 и VD2 проходят положительные фронты входных импульсов (1). Не­обходимым условием нормальной работы является со­отношение СКС2, а также малая утечка или натекание заряда на конденсатор С2 под влиянием входного тока ОУ. В результате на выходе интегратора DA1 генерируется ступенчатое напряжение (2), причем амплитуда ступени меньше, чем UM. По мере увеличения числа ступеней выходное напряжение интегратора DA1 при­ближается по величине к опорному напряжению Uon, которое удерживает компаратор DA2 в состоянии высо­кого потенциала на выходе, равного напряжению на стабилитроне VD3. При этом ключ VT1 закрыт. Когда ступенчатое напряжение превысит Uon, компаратор из­менит свое состояние, в результате откроется ключ VT1 и разрядится конденсатор С2. Длительность открытого состояния транзистора VT1 определяет постоянная вре­мени цепочки R1C3, вместе с которой компаратор DA2 образует ждущий мультивибратор. Надежная работа обеспечивается при соотношении

R1 СЗ > Uоп * C2/Ic.Haч,

гдеЛснач — минимальное значение начального тока стока транзистора VT1 (для КПШЗМ — 3-10~3 А).

Импульс ждущего мультивибратора должен быть существенно короче периода Т входных импульсов, а периодичность импульсов (3) на выходе компаратора DA2 зависит от установленного коэффициента деления частоты, который можно оценить по формуле

где Uд падение напряжения в прямом направлении на диодах VD1, VD2; период Т — в секундах.

Рис. 21. Дискриминатор дли­тельности импульсов

Чтобы деление частоты было стабильным, не следует выбирать n более 10. На низких частотах работа устрой­ства ухудшается из-за влияния входного тока микросхемы DA1, что в формуле для определения n отражает слагаемое 3,5 Т, установленное, эмпирически.

Рис. 22. Ключевой усилитель мощности

Небольшое изменение рассмотренного делителя ча­стоты преобразует такое устройство в дискриминатор длительности импульсов, показанный на рис. 21. Здесь входные положительные импульсы поступают на затвор ключевого транзистора VT1, причем во время действия пьедестала импульсов транзистор VT1 открыт, а кон­денсатор С1 разряжен. Если сопротивление открытого канала транзистора VT1 много меньше сопротивления резистора R1, напряжение на выходе усилителя DA1 близко к нулю, благодаря чему отрицательное напряже­ние UQn удерживает компаратор DA2 в состоянии высо­кого потенциала на .выходе. На время импульса V ключ VT1 закрывается, а конденсатор С1 начинает заря­жаться через резистор RJ от источника напряжения UM. В зависимости от величины tH выходное напряжение микросхемы DA1 превзойдет уровень напряжения U0n при соблюдении условия

tИ>R1 С1 Uоп/Uвх.

В этом случае компаратор DA2 изменит состояние своего выхода, выдавая отрицательный импульс. Таким образом, дискриминатор не реагирует на приходящие узкие импульсы, если за время паузы конденсатор С1 успеваег полностью разрядиться через ключ VT1. Изме­нением напряжения UBx устанавливают порог срабаты­вания устройства,

Рис. 23. Аналого-цифровой преобразователь напряжения:

а — блок-схема; б — ироцессы в преобразователе

Компараторы применяют в различных ключевых уст­ройствах. Здесь приведем одну схему ключевого усили­теля мощности, выдающего в нагрузку знакопеременный прямоугольный выходной сигнал (рис. 22). Отличитель­ной особенностью является то, что интегрирующее дей­ствие цепочки R1C1, а также небольшой гистерезис, введенный с выхода на входы обоих компараторов по цепи положительной обратной связи через делитель R3R4, способствуют устойчивому переключению выход­ных транзисторов в условиях импульсных помех при управлении от входного сигнала, отличающегося по форме от прямоугольного. Цепь отрицательной обратной связи через резистор R2 стабилизирует уровни переклю­чения и, как следствие, вольт-секундную площадь полу­волн выходного напряжения в условиях несимметричных питающих напряжений. Чтобы исключить переход клю­чевых транзисторов VT1 и VT2 в линейный режим в отсутствии управляющего входного сигнала, компарато­ры DAI, DA2 разбалансированы по выводам 8. Выход­ной ток усилителя — до 1 А, его можно увеличить с помощью составных выходных транзисторов.

Интегральные компараторы напряжения широко при­меняются в преобразователях аналог-код и код-аналог. Не имея возможности подробно обсуждать здесь этот вопрос, приведем описание блок-схемы преобразователя аналогового напряжения в цифровые имлульсы, коли­чество которых в течение тактового интервала про­порционально напряжению. Схема представлена на рис. 23. .

Компаратор DA1 сравнивает входной сигнал ивх с линейным пилообразным сигналом, представленным в виде напряжения Ub Вначале при UBX>U1 выход ком­паратора будет на уровне логической 1. Через отрезок времени Т1 от начала преобразования оба сигнала на входах компаратора сравняются, и затем уровень на вы­ходе компаратора DA1 упадет до логического 0. Про­должительность единичного состояния зависит, следова­тельно, от напряжения UBX. Компаратор служит для преобразования напряжения UBX в пропорциональный интервал времени Т1.

С того момента, когда пилообразный сигнал Ui на­чинает нарастать, на один из входов вентиля DD1 посту­пает сигнал ua с выхода генератора тактов. Совпадение сигналов ua и UB отпирает вентиль DD1 и разрешает прохождение последовательности ивых счетных импуль­сов. Число пропущенных через DD1 импульсов прямо пропорционально амплитуде напряжения UBX. Далее эти импульсы подсчитываются двоично-десятичным счетчи­ком и через буферный регистр и дешифратор двоичного кода в позиционный подаются на индикатор. Типичный диапазон преобразования — три декады с погрешностью не хуже 1 во­время выборки сигнала UBI зависит от периода так­тового напряжения UA. Период должен быть достаточно длительным, чтобы пилообразное напряжение. Ui могло возрасти от нуля до самого большого предполагаемого напряжения UBX. Быстро изменяющиеся входные сигна­лы требуют большой скорости опроса. Когда время вы­борки становится очень коротким, аналого-цифровой преобразователь может не успеть зарегистрировать до­статочное количество импульсов, с тем чтобы правильно определить входное напряжение.

Сигнал ub с выхода компаратора DA1 часто исполь­зуется в цифровых системах, поскольку его длительность прямо пропорциональна UBX. Если необходим такой .пре­образователь аналогового напряжения в ширину импуль­са, то вентиль DD1 и генератор счетных импульсов мож­но исключить.

Помимо различных устройств с логическими венти-. лями, компараторы используют в усилителях сигналов цифровой магнитной записи, оптронных изоляторах циф­ровых устройств и других формирователях, где необхо­димо представление выходных сигналов в виде дискрет­ных уровней напряжения.

Литература

1. Шило В. А. Линейные интегральные схемы в радио­электронной аппаратуре. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Сов. радио, 1979.

2. Аналоговые интегральные схемы. Под ред. Дж. Кон­нели/Пер. с англ. — М. : Мир, 1977.

3. Титце У., Шенк К – Полупроводниковая схемотехника / Пер. с нем. — М. : Мир, 1983.

4. Якубовский С. В., Барканов Н. А., Кудряшов Б. П. / Под ред. Якубовского С. В. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. — М.: Сов. радио, 1979,

ББК 32.884.19 В80

Составитель Б. Г. Успенский

Рецензенты: кандидат технических паук С. А. Бирюков, кандидат технических наук В. Т. Полякoв, А. Д. Шуб

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 97/ В80 Сост. Б. Г. Успенский. — М. : ДОСААФ, 1987. — 78 с., ил.

30 к.

Приведены описания конструкций, принципиальные схемы в мето­дика расчета некоторых их узлов. Учтены интересы начинающих и ква­лифицированных радиолюбителей.

Для широкого круга радиолюбителей.

2402020000 — 034 ББК 32.884.19

В—————-15-87

072(02) — 87 6Ф2.9

© Издательство ДОСААФ СССР, 1987.

Научно-популярное издание

Составитель БОРИС ГЛЕБОВИЧ УСПЕНСКИЙ

В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ

Выпуск 97

Заведующий редакцией А. В. Куценко

Редактор М. Е. Орехова

Художник В. А. Клочков

Художественный редактор Т. А. Хитрова

Технический редактор Л. А. Ворон

Корректор Н. В. ёлкина

ИБ № 2085

Сдано в набор 30.07.86. Подписано в печать 8.12.86. Г-94134. Формат 84Х1081/32. Бумага книжно-журнальная. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ, л. 4,2. Усл. кр.-отт. 4,51. Уч.-изд. л. 3,96. Тираж 1 200000 экз. Заказ 6 — 2566.

Цена 30 к. Изд. № 2/г — 405 Ордена «Знак Почета» Издательство ДОСААФ СССР. 129110, Москва, Олимпийский просп., 22. Головное предприятие республиканского производственного объединения «По» лиграфкнига», 252057, Киев, ул. Довженко, 3.

OCR Pirat

Микросхема lm339n и ее применение схема

Эта статья содержит основную информацию о работе компараторов напряжения построенных на интегральных микросхемах и может быть использована в качестве справочного материала для построения различных схем.

В электронике, компаратор представляет собой устройство, которое сравнивает между собой два электрических сигнала и выводит цифровой сигнал, указывающий на увеличение одного входного сигнала над другим. Компаратор имеет два аналоговых входа и один цифровой выход.

Компаратор, как правило, построен на дифференциальном усилителе с высоким коэффициентом усиления. Компараторы широко используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, например, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП)

Примеры работы компаратора приведены на основе микросхемы LM339 (счетверенный компаратора напряжений) и LM393 (сдвоенный компаратор напряжения). Эти две микросхемы по своему функционалу идентичны. Компаратор напряжения LM311 так же может быть использован в данных примерах, но он имеет ряд функциональных особенностей.

Структурная схема одного компаратора входящего в микросхему LM339 и LM393

Компаратор напряжения — выход с открытым коллектором

Как правило, выход компаратора напряжения представляет собой выход с открытым коллектором.

Выход открытый коллектор имеет отрицательную полярность. Это означает, что на этом выходе не бывает положительного сигнала и нагрузка должна подключаться между этим выходом и источника питания.

В некоторых схемах к выходу компаратора подключают нагрузочный (подтягивающий) резистор для того, чтобы обеспечить сигнал высокого уровня поступающего на вход следующего элемента схемы.

Операционные усилители (ОУ), такие как LM324, LM358 и LM741 обычно не используются в радиоэлектронных схемах в качестве компаратора напряжения из-за их биполярных выходов. Тем не менее, эти операционные усилители могут быть использованы в качестве компараторов напряжения, если к выходу ОУ подключить диод или транзистор для того чтобы создать выход с открытым коллектором.

Ниже представлена логика работы компаратора имеющий выход с открытым коллектором:

Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет ниже, чем напряжение на входе (-). И соответственно ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет выше, чем напряжение на входе (-).

Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания

Принципиальная схема «компаратор напряжения» эквивалентна работе операционного усилителя, например, LM358 или LM324, имеющим на выходе два транзистора типа NPN (см. выше). Таким образом, можно сделать все 4 выхода ОУ (LM339) с открытым коллектором. Каждый такой выход может выдерживать ток нагрузки 15 мА и напряжение до 50 вольт.

Выход включается или выключается в зависимости от относительных напряжений на плюсовом (+) и минусовом (-) входах компаратора. Входы компаратора крайне чувствительны и разница напряжения между ними всего лишь в несколько милливольт приводит к переключению его выхода.

Схема эквивалента компаратора напряжения с двухполярным источником питания

Компараторы напряжения LM339, LM393 и LM311могут работать с одно- или двухполярным источником питания до 32 вольт максимум.

При работе с двухполярным питанием, режим сравнения напряжения остается таким же, за исключением того, что для большинства схем эмиттер выходного транзистора подключается к отрицательной шине питания, а не к общей цепи. Исключением из этого правила является операционный усилитель LM311, имеющий изолированный эмиттер, который можно подключить как к минусу однополярного источника питания, так или к общему проводу двухполярного.

При работе с двухполярным источником питания, входное напряжение может быть выше или ниже относительно общего провода блока питания. Кроме того, один из входов компаратора может быть подключен к общему проводу, таким образом создается детектор «пересечение нуля».

Описание работы компаратора

Следующий рисунок показывает простейшую конфигурацию для компаратора напряжения, а так же графическое изображение режима его работы. В этой схеме опорное напряжение составляет половину напряжения питания, а входное напряжение может меняться от нуля до напряжения питания. В теории опорное и входное напряжение могут иметь значение от нуля и до напряжения источника питания, но есть реальные ограничения, зависящие от конкретно используемого компаратора.

Сигнал на выходе:

  1. Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс (+) ниже, чем напряжение на входе минус (-).
  2. Ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс выше, чем напряжение на входе минус.

Входное напряжение смещения компаратора

Компараторы не являются совершенными устройствами, и их работа может иметь недостаток от последствий такого параметра, как входное напряжение смещения. Входное напряжение смещения для многих компараторов может составлять всего несколько милливольт и в большинстве схем может быть проигнорировано.

В основном проблема, связанная с входным напряжением смещения возникает, когда входное напряжение изменяется очень медленно. Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью открывается или закрывается, когда входное напряжение находится недалеко от опорного напряжения.

Следующая диаграмма иллюстрирует эффект смещения входного напряжения возникающий в результате медленного изменения входного напряжения. Этот эффект возрастает при увеличении выходного тока транзистора. Поэтому, для уменьшения этого эффекта, необходимо обеспечить максимальное сопротивление резистора R4.

Последствия входного напряжения смещения можно уменьшить, добавив в схему гистерезис. Это приведет к тому, что опорное напряжение будет меняться, когда выход компаратора переходит на высокий или низкий уровень.

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»…

Рассчитываем свою первую схему, или Торжество закона Ома.

Расчет абсолютно бесполезного в большинстве случаев устройства рассмотрим ниже. Это индикатор напряжения на 12В аккумуляторе типа «Светодиодная линейка». Должен сказать, что мне для конкретного применения потребовался индикатор напряжения на аккумуляторе на 4 уровня – 10, 11, 12 и 13вольт. Имеется ввиду, что аккумулятор с напряжением 10вольт считается разряженным, а с 13вольт – заряженным. Да, измерения проводить этим устройством смысла нет, а вывести его на переднюю панель устройства – пусть глаз радует.

С чего начнем расчеты? Прежде всего, с выбора элементной базы. Очевидно, что в схеме должно быть некое устройство, чувствительное к изменению какого-то параметра и выдающее ответ типа «больше-меньше» – это компаратор. Как работает компаратор, мы уже рассматривали в Обучалке, я просто напомню:

Общее правило компаратора: «если напряжение на неинвертирующем (+) входе больше, чем на инвертирующем (-), то выдать ответ ДА». Ответ ДА – это не что иное, как плюс питания компаратора. Ответ НЕТ – это минус питания, логично. Запомнить, нам пригодится.
Повесим компаратору на входы по батарейке, смотрим:
Напряжение на входе «+» равно 6 вольт
Напряжение на входе «-» равно 5 вольт
Значит, компаратор выдаст на своем выходе напряжение, равное своему питанию (12вольт) и у нас загорится светодиод VD2. VD1 будет погашен. Если нам обе батарейки поменять местами, то будет гореть светодиод VD1, а VD2 будет погашен.
Размышляем, приходим к выводу, что для индикации четырех уровней напряжения нам потребуются четыре компаратора.
Пошукав в загашниках, порывшись в коробочках, нахожу удивительно простой счетверенный компаратор LM339. Почитав даташит, рисую цоколевку:

С левой стороны – входы компараторов. Инвертирующие входы обозначены кружочками, неинвертирующие – простые. С правой стороны – выходы (напротив инвертирующих входов) и лапки питания (лапка 3 – плюс питания, лапка 12 – минус питания).
У этой микры есть одна особенность – она не выдает ответ «ДА». То есть НЕТ она выдать может, а ДА – увы. Или НЕТ, или ничего. Почему? Смотрим структурную схему:

Это один (любой) компаратор из LM339. Смотрите на транзистор Q8 – выходной транзистор. Если на входе «+» напряжение меньше, чем на «-«, Q8 открывается и на выходе «Output» формируется минус питания – ответ НЕТ. А такого же транзистора, только с плюса, у нее нет: значит, ДА она нам не выдаст. Видимо, не хватило места в микросхеме. Шутка. Такой выход называется «Выход с открытым коллектором» и довольно часто попадаются микросхемы, построенные именно так – это и логические схемы, и компараторы и дешифраторы и пр.
Но открытый коллектор не помешает нам пользовать микросхему так, как нам хочется. Давайте повесим на нее светодиоды.
Как мы уже поняли, у компараторов из LM339 только один транзистор может зажечь светодиод, и зажечь может, только подав на него минус. Значит, вторые лапки светодиодов должны идти на плюс. Иначе не загорятся.

Поскольку схема будет питаться тем же напряжением, которое измеряет, а светодиоды таких напряжений не любят, включим их через токоограничивающие резисторы R1. R4.
Рассчитаем резисторы. Причем, используя один-единственный закон Ома. И не забывая о том, что ток измеряется в Амперах, напряжение в Вольтах, сопротивление – в Омах.

Светодиод D1 – зеленый, АЛ307Н – с этой буквой он самый яркий (6мкд). По справочнику максимальный ток 22мА при напряжении на диоде 2В. Гонять на максимальном токе мы его не будем, выберем поменьше, к примеру, 17мА. Загораться он будет при напряжении питания 13вольт. Резистор R1 должен погасить на себе лишнее напряжение (напряжение падения), равное
Uпад=13-2=11В
при токе через диод (впрочем, такой же, что и через резистор), равном
Iд=17мА,
значит его сопротивление будет равно
R=Uпад/Iд=11/0,017=647Ом.
Выберем резистор из ряда стандартных сопротивлений – 680Ом. Это, правда, уменьшит ток через диод, ну и ладно – дольше жить будет.

Со светодиодом D2 посложнее – он должен загораться при напряжении 12вольт, но должен гореть и при 13вольтах.
Выбираем желтый светодиод АЛ307Ж – те же 22мА при падении 2В. При напряжении питания 13В и токе 17мА, резистор, очевидно, будет таким же. А какой ток будет через диод на 12вольтах?
I=(12-2)/680=14,7мА
Что, впрочем, не уменьшает его яркость. Или уменьшает, но не намного.
Так же рассчитываем резисторы R3 и R4 для светодиодов D3 (АЛ307Ж) и D4 (АЛ307К):
R3=R2, так как светодиоды D3 и D2 одинаковые – желтые.
А у D4 ток уже не 22мА, а 20, поэтому выберем рабочий ток до 15мА и посчитаем резистор:
Uпад=13-2=11В
Iд=15мА
R=Uпад/Iд=11/0,015=733Ом.
Выберем штатный резистор 750Ом и посчитаем ток через диод при десяти вольтах питания (D4 должен зажечься при питании 10В):
Uпад=10-2=8В
R=750Ом
I=8/750=10,6мА
Здесь нам нужно поставить следственный эксперимент и проверить, как ярко горит красный светодиод на токе 10мА. Берем блок питания, выставляем у него напряжение 10вольт и подключаем к нему светодиод АЛ307К, включенный последовательно с резистором 750Ом.
Нормально?
А теперь увеличим напряжение до 13вольт и снова проверим.
Годится?
Замечательно. Эту часть схемы мы рассчитали, уфф! Она приобрела такой вид:

Следующая часть расчетов – тепловая. Нам нужно проверить, как будут греться резисторы и выбрать их мощность. Формула для расчета мощности так же проста, как сам закон Ома:
P=UI
В нашем случае U это напряжение падения на резисторе, I – ток через него. Вообще просто. Итак, считаем мощность, выделяемую резистором R1 при зажигании светодиода.
Ток берем штатный, напряжение – самое тяжелое для резистора – при питании схемы максимальным напряжением:
P=Uпад*Iд=11*0,017=0,187Вт.
Это больше, чем допустимая мощность для самого мелкого резистора (0,125Вт), поэтому выберем резистор R1 чуток помощнее, типа МЛТ-0,25. Резисторы R2 и R3 будут такими же, ведь токи через них те же и максимальные напряжения такие же.
Резистор R4 посчитаем, давайте уж:
P=Uпад*Iд=11*0,015=0,165Вт.
Ну и его туда же. Все резисторы МЛТ-0,25.

Сделаем паузу, мы устали.

Снова ффперед!
Как компаратор определит, что измеряемое напряжение повысилось до какого-то уровня? Ему же надо его с чем-то сравнить, так ведь? То есть нам требуется какой-то источник напряжения, неизменного в пространстве и времени: Напряжения, которое не менялось бы при изменении питания устройства во всем диапазоне +9:+13В. Напряжение это должно быть стабилизировано: что же это? Правильно, стабилитрон! Про него опять же написано много слов, песен спето различных, блоков питания напаяно: но всё же напомню, что сие есть такое. Стабилитрон – это диод с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Проще говоря, это такой диод, который держит постоянным напряжение на себе при изменении тока через него.
Поставим лабораторный опыт. Приобретем (или спаяем откуда-нибудь, роли не играет абсолютно никакой) стабилитрон КС147Г. Его параметры такие:
Напряжение стабилизации 4,2. 5,2В (номинальное 4,7В)
Ток стабилизации 1. 26мА
Всё это значит, что при изменении тока через него от 1 до 26мА напряжение на стабилитроне будет меняться от 4,2 до 5,2вольт. Как это понять и применить на практике?
Смотрим схему:

Резистор R1 задает стабилитрону необходимый ток. Параллельно стабилитрону подключим вольтметр – он будет измерять напряжение стабилизации Uст. Регулируя напряжение на блоке питания 0. 12В, наблюдаем показания вольтметра:
0. 5В – вольтметр показывает нарастание напряжения до 4В
5. 12В – вольтметр показывает увеличение напряжения 4. 5В
Видали? Мы изменили напряжение на 7вольт, а получилось – всего на 1вольт! Давайте подумаем, в чем он нам может пригодиться и как из него вытащить пользу.
Корыстные мы, да. Напряжение, которое выдает нам стабилитрон, назовем опорным напряжением. Это для него оно – напряжение стабилизации, а для нас – опорное. Вот с этим самым опорным напряжением наши компараторы будут сравнивать измеряемое напряжение и выдавать диагноз – изменилось ли оно или нет, зажигать нам светодиоды или пущай тухнут.
Рассуждаем логически: поскольку светодиоды зажигаются на ответе компаратора «НЕТ», это значит, что сравниваемое напряжение поднялось выше опорного. Следовательно, опорное напряжение нам нужно подать на неинвертирующие входы компараторов. Входы можно соединять меж собой без вреда озоновому слою Земли и численности населения китайцев. Последствий не будет никаких. Так и сделаем:

Неинвертирующие входы компараторов мы соединили и кинули стабилитрон на землю и резистор на плюс питания. Этот «плюс питания» у нас будет одновременно и питанием, и измеряемым напряжением, да и Бог с ним! Опорное напряжение будет стабилизировано.
Резистор R5 требует расчета, займемся им:
Максимальное напряжение схемы 13В
Напряжение стабилитрона 4,7В
Падение напряжения на резисторе R5 равно
Uпад=13-4,7=8,3В
Максимальный ток стабилизации стабилитрона Iд=26мА, но мы выберем поменьше, к примеру, 15мА. Тогда сопротивление резистора R5 посчитаем
R=Uпад/Iд=8,3/0,015=553Ом
Выберем резистор 560Ом из существующих в ряду стандартных сопротивлений.
Проверим, укладываемся ли мы в стабилизацию при минимальном питании:
Минимальное питание 10В
Сопротивление резистора R5 560Ом
Ток через стабилитрон посчитаем, предположив, что напряжение на стабилитроне не изменилось:
Iд=Uпад/R=(10-4,7)/560=9,4мА
Если бы напряжение стабилитрона упало ниже 4,7В (к примеру, до минимального 4,2В), ток стабилитрона все равно находился бы в диапазоне допустимых (выше 1мА), что нам и требуется. Принимаем R5 равным 560Ом.
Смотрим, что у нас получилось:

Светодиоды я подписал, чтобы было нагляднее.
На свободные лапки компараторов нужно завести измеряемое напряжение, но как-то так, чтобы оно соответствовало зажигаемому светодиоду. Ну не напрямую же их соединять, так ведь?
Смотрим на самый нижний компаратор:
На его неивертирующем входе напряжение 4,7В. Чтобы зажечь светодиод D4 (то есть выдать ответ НЕТ), на инвертирующем входе должно быть напряжение больше 4,7В – это порог срабатывания при повышении входного напряжения до 10В. Нам нужно эти самые 10В завести на инвертирующий вход, но чтобы они выглядели на нем как 4,7В. Как-то надо поделить эти 10вольт до 4,7. Как? Очень просто – делителем напряжения.
Простейший делитель напряжения состоит из двух резисторов.

Входное напряжение может быть любым, а выходное напряжение будет ровно в 2 раза меньше входного. Надо сказать, что делитель напряжения не выдает какой-либо мощности, то есть использовать его в блоках питания нельзя. Можно только получать маломощные, слаботочные напряжения в качестве сигналов управления, ослабить звук перед усилителем: много применений у делителя, но все они – ну никак не про мощность.
Значит, нам надо 10вольт поделить до 4.7. Будем думать.
На вход делителя мы подаем 10В, снимаем 4.7В. На нижнем резисторе (он называется «нижнее плечо делителя») мы видим 4,7В, на верхнем резисторе (верхнее плечо делителя) упадет разница между напряжениями, то есть 5,3В. Отношение 5,3/4,7 будет разницей между резисторами. 5,3/4,7=1,13 раза. В эти 1,13 раза будут отличаться сопротивления резисторов. То есть, если нижний резистор будет 10кОм, то верхний надо искать на 11,3кОм – в таком случае мы получим ровно 4,7В на выходе при входном 10В. Номинал 11,3кОм найти сложно, но можно удвоить оба резистора – соотношение между ними останется таким же – 1,13раза, а номиналы 20кОм и 22,6кОм искать легче – 22,6кОм можно заменить на 22, будет небольшая погрешность, ну и ладно. Нам это не страшно.

Конечно, сам делитель будет потреблять какой-то ток от источника входного напряжения, и нужно, чтобы тот источник входного напряжения мог обеспечить такой ток. Мы не будем рассчитывать всё до мелочей, я скажу только, что делитель с килоомными резисторами меньше потребляет ток, чем с омными резисторами, и плясать мы будем именно от килоомных резисторов.
Итак, мы определили 2 резистора для первого компаратора. Верхний резистор мы подключаем к плюсу питания, ведь оно у нас и питание, и измеряемое напряжение одновременно. Выходное напряжение подаем прямо на компаратор, на лапку 10. Точно так же рассчитаем все остальные делители:
Для компаратора, индицирующего порог «+11В»:
Входное напряжение 11В
Опорное напряжение 4,7В
Падение напряжения на верхнем плече делителя Uпад=11-4,7=6,3В
Отношение резисторов равно 6,3/4,7=1,34 раза
Если нижний резистор 10кОм, то верхний будет R=10*1,34=13,4кОм
Резистора 13,4кОм у нас нет, зато удвоенный резистор 13,4*2=26,8кОм можно заменить на 27кОм. В таком случае удвоим и нижний резистор – он будет не 10кОм, а 20.

Для компаратора «+12В»:
Входное напряжение 12В
Опорное напряжение 4,7В
Падение напряжения на верхнем плече делителя Uпад=11-4,7=7,3В
Отношение резисторов равно 7,3/4,7=1,55 раза
Если нижний резистор 10кОм, то верхний будет R=10*1,55=15,5кОм
Резистор 15,5кОм можно заменить на 15кОм. Это некритично. Нижний резистор остается прежним – 10кОм.

Для компаратора «+13В»:
Входное напряжение 13В
Опорное напряжение 4,7В
Падение напряжения на верхнем плече делителя Uпад=13-4,7=8,3В
Отношение резисторов равно 8,3/4,7=1,77 раза
Если нижний резистор 10кОм, то верхний будет R=10*1,77=17,7кОм
Существует номинал 18кОм, нам подойдет. Нижний резистор – 10кОм.
Наша схема снова немного преображается:

Можно считать эту схему законченной – она будет работать, причем вполне сносно. Свои функции выполнять будет. Ее преимущество в том, что можно легко изменить пороги срабатывания каждого компаратора в отдельности, не мешая другим. Дальше мы рассмотрим, как можно немного упростить эту схему, и чуток ее доработаем.

Схема индикатора температуры на счетверённом компараторе LM339N, предназначена для индикации нагрева теплоотводов в мощных усилителях низкой частоты, фазовых регуляторов мощности. Также его можно использовать для световой сигнализации перегрева электродвигателей, трансформаторов сварочных аппаратов, двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением.

Интегральная микросхема LM339N представляет собой счетверённый прецизионный компаратор напряжения. Микросхема выполнена в стандартном корпусе DIP-14, имеет широкий диапазон питающего напряжения — двуполярное от ±1 В до ±18 В, однополярное от 2 до 36 В. Функциональная схема одного компаратора микросхемы показана на рис. 2.

Используя эту микросхему, легко построить, например, различные узлы индикации со светодиодной шкалой.

В недалёком прошлом построение устройств со светодиодными шкалами вызывало определённые трудности, связанные с тем, что несколько одновременно включенных светодиодов потребляли от источника питания значительный ток, иногда достигающий сотен миллиампер.

В настоящее время, с появлением сверхярких светодиодов, которые достаточно ярко светят уже при токе менее 1 мА, можно создавать линейные светодиодные шкалы с простым управлением, потребляющие ток менее 20 мА при 10 и более одновременно включенных светодиодах.

В качестве датчика температуры работает терморезистор R1 с отрицательным ТКС — чем больше температура его корпуса, тем меньше сопротивление. Работает устройство следующим образом. Допустим, напряжение на входе «+», вывод 7 компаратора DA1.1 больше, чем на входе «-«, вывод 6 DA1.1. В этом случае на выходе компаратора, вывод 1 будет высокий уровень напряжения, светодиод HL1 не светится.

При нагреве корпуса терморезистора R1 напряжение на его выводах понижается, также понижается напряжение на выводе 7 DA1. Когда напряжение на входе «+» DA1.1 станет меньше напряжения на входе «-» DA1.1, на выходе этого компаратора высокий уровень напряжения сменится на низкий, светодиод HL1 зелёного цвета свечения засветится.

Если движки подстроенных резисторов R2 -R5 настроены так, что, начиная с R2, на движке каждого следующего подстроечного резистора напряжение меньше, чем у предыдущего, то при нагреве корпуса терморезистора светодиоды HL1-HL4 будут последовательно зажигаться. Сначала загорится светодиод зелёного цвета HL1, затем жёлтого HL2, красного HL3.

Светодиод HL4 красный мигающий, вспышки которого по замыслу должны сигнализировать критический нагрев контролируемого объекта. Стабилитрон VD1 уменьшает напряжение питания мигающего светодиода до безопасного для него уровня. Светодиод HL5 синего цвета свечения светит постоянно, он обозначает начало шкалы.

Конденсаторы С2, С3, С4 и дроссель L1 выполняют функцию фильтра питания микросхемы. Резисторы R10 – R13 осуществляют небольшую отрицательную обратную связь по постоянному напряжению, что позволяет наблюдать относительно плавное зажигание или погасание светодиодов при изменении температуры. Если вы желаете, чтобы светодиоды зажигались на полную яркость и погасали мгновенно, то резисторы R10 – R13 нужно исключить.

Вместо компаратора LM339N можно применить аналогичные LM339AN, LM239AN, LM239A, MC3302N, LM139N. Светодиоды можно взять любые доступные сверхяркие, например, из серий КИПД40, L-1513, L-1503, L-7104, L-7113, L-7143. Стабилитрон КС175А можно заменить на Д814А1, 2С175Ж, 2С483Г, 1N4737A.

При напряжении питания устройства менее 9 В этот стабилитрон можно не устанавливать. Оксидные конденсаторы — аналоги К50-35, К53-19. Неполярные — К10-17, К10-50, КМ-5. Дроссель L1 — любой малогабаритный маломощный.

При отсутствии можно заменить резистором сопротивлением 1,0. 2,2 Ом. Переменные резисторы — малогабаритные импортные в закрытом корпусе. Также подойдут высоконадёжные отечественные СП4-1 или малогабаритные многооборотные СПЗ-39. Терморезистор ММТ-1, ММТ-4 или другой малогабаритный сопротивлением 4,3. 10 кОм при 25 °С.

Чем меньше размер терморезистора, тем быстрее он будет реагировать на резкое изменение температуры контролируемого объекта. При отсутствии подходящего терморезистора его можно заменить сборкой из 8. 12 включенных параллельно германиевых точечных диодов серий Д9, Д18. Сопротивление резистора R1 подбирают так, чтобы при номинальной рабочей температуре напряжение на выводах терморезистора R1 было равным примерно половине от напряжения питания.

Светодиоды располагают в конструкции в виде шкалы, начинающейся со светодиода HL5, после которого последовательно установлены HL1 – HL4. Если последовательно с мигающим светодиодом HL4 вместо резистора R17 установить пьезокерамический или электромагнитный излучатель звука с встроенным генератором, например, НРА24АХ, то устройство, в такт со вспышками светодиода HL4 будет издавать прерывистый сигнал тревоги.

Индикатор температуры желательно питать стабилизированным напряжением. Если, например, в модернизированном усилителе отсутствует стабилизатор напряжения +12. +18 В, то его можно изготовить дополнительно, например, на микросхеме КР142ЕН8В, 7815. При напряжении питания +15 В и погашенных светодиодах HL1 – HL4 устройство потребляет от источника питания ток около 8 мА.

Введение в LM311 — Инженерные проекты

Всем привет! Я надеюсь, что вы все будете в полном порядке и весело проведете время. Сегодня я поделюсь подробным обсуждением Introduction to LM311. LM 311 — это, по сути, высокоскоростной компаратор напряжения. Он может работать в широком диапазоне напряжений, то есть от -15 В до 15 В, в случае операционного усилителя. LM-311 также может работать от 5В для логических систем.

Выходные уровни LM-311 совместимы со схемами уровней транзисторной логики (TTL).При 50 мА и 50 В LM-311 может управлять лампами и реле. LM 311 может работать от 0 до 70 градусов Цельсия. LM-311 имеет несколько различных функций. К этим характеристикам относятся быстрое время отклика, возможность стробирования, широкий диапазон напряжения питания, максимальный входной ток, работа в диапазоне одного источника питания 5 В, низкое энергопотребление, большие входные дифференциальные напряжения и т. Д. С LM 311 IC связано несколько различных приложений. Эти приложения могут включать в себя пиковые детекторы, персональные компьютеры, бытовую технику, автоматизацию зданий, модули контроля тела и т. Д.Более подробная информация о LM-311 будет дана позже в этом руководстве.

[otw_is sidebar = otw-sidebar-7]

Введение в LM311

LM311 — это высокоскоростной компаратор напряжения. Он способен выполнять задачи в большом диапазоне напряжений. Его выходные уровни совместимы со схемами МОП. LM 311 может управлять реле и лампами, когда он работает от 50 В и 50 мА. LM-311 имеет множество функций, таких как низкое энергопотребление, широкий диапазон рабочих напряжений, возможность стробирования, максимальное время отклика на входе.Его можно использовать в автоматизации зданий, персональных компьютерах, бытовой технике, встроенных системах и т. Д. LM-311 показан на рисунке ниже.

1. Контакты LM311
  • LM 311 имеет всего восемь контактов, 4 слева и 4 справа от ИС.
  • Эти штифты представлены в таблице, показанной на рисунке ниже.

2. Описание выводов LM311
  • Каждым выводам назначены разные задачи, которые должна выполнять ИС.
  • Задачи, назначенные каждому контакту, перечислены в таблице, показанной на рисунке ниже.

3. Распиновка LM311
  • Перед тем, как использовать какое-либо устройство, мы должны знать его конфигурацию контактов.
  • Мы можем понять конфигурацию контактов из распиновки этого конкретного устройства.
  • Распиновка
  • LM-311 показана на рисунке ниже.

4. Пакеты LM311
  • Различные модели устройства обычно называются его пакетами, используемыми для дифференциации последних продуктов по сравнению с более ранними.
  • LM 311 имеет пять различных моделей, которые приведены в таблице, показанной на рисунке ниже.

5. LM311 Размеры пакетов
  • Каждой упаковке присваиваются разные размеры, чтобы их можно было легко различать.
  • LM-311 все упаковки приведены в таблице, приведенной на рисунке ниже.

6. Символическое представление LM311
  • Символическое представление любого электронного устройства показывает внутреннюю структуру этого конкретного устройства.
  • Символическое представление
  • LM 311 показано на рисунке ниже.

7. Схема LM311
  • Принципиальная схема помогает нам понять внутренние функции оборудования.
  • Принципиальная схема
  • LM 311 показана на рисунке ниже.

8. Характеристики LM311
  • Потребляемая мощность устройства необходима для оценки его правильной работы.
  • LM-311 все типы номиналов перечислены в таблице, показанной на рисунке ниже.

9. Характеристики LM311
  • Устройство можно считать идеальным на основании его удивительной, а также уникальной особенности среди всех других подобных устройств.
  • Характеристики
  • LM 311 представлены в таблице, приведенной на рисунке ниже.

10. Приложения LM311
  • В промышленном масштабе любое устройство распознается по его приложениям, поэтому приложения играют жизненно важную роль в важности любого устройства.
  • Основные и наиболее распространенные приложения
  • LM-311 представлены в таблице, приведенной ниже.

В этом руководстве Введение в LM311, Я изо всех сил старался охватить всю необходимую информацию об основном использовании LM 311, которая включает его контакты, а также конфигурацию, его символическое представление, рейтинги, характеристики , приложения и многое другое. Надеюсь, вам понравилась эта статья, и вы оцените мои усилия по ее созданию. Это подтолкнет меня к тому, чтобы в будущем добиться большего успеха. Информация о многих других ИС будет предоставлена ​​в моих последующих руководствах.Так что пока береги себя и пока 🙂

Автор: Сайед Зайн Насир
https://www.theengineeringprojects.com/

Меня зовут Сайед Зейн Насир, основатель The Engineering Projects (TEP). Я программист с 2009 года, до этого я просто занимаюсь поиском, делаю небольшие проекты, а теперь я делюсь своими знаниями через эту платформу. Я также работаю фрилансером и выполнил множество проектов, связанных с программированием и электрическими схемами. Мой профиль Google +

Распиновка LM311, приложения, аналог, описание, функции

LM311 — ИС операционного усилителя компаратора напряжения со многими хорошими характеристиками; в этой статье мы обсудим распиновку LM311, применение, эквивалент, описание, особенности и другие подробности об этой ИС.

LM311 IC Характеристики / Технические характеристики:
  • LM311 требует очень низкого входного тока при смещении и смещении.
  • Может работать от двойного и одинарного источника питания
  • Может работать с широким диапазоном питающих напряжений.
  • Он может управлять нагрузкой до 50 В при 50 миллиампер.
  • Вход и выход ИС могут быть изолированы от земли цепи.
  • IC может легко использоваться со схемами TTL и MOS.
  • Конструкция с низким энергопотреблением.
  • Out защищен от короткого замыкания до 10 секунд.
  • ИС может работать с нагрузкой до 50 мА.
  • Возможность смещения баланса
  • Функциональность стробоскопа

LM311 Конфигурация контактов:
Контакт # Название контакта Описание контакта
1 Заземление Заземление / отрицательный вывод питания
2 Неинвертирующий вход Неинвертирующий вход IC.
3 Инвертирующий вход Инвертирующий вход IC
4 VEE Напряжение на общем эмиттере
5 Balance Этот вывод следует использовать для снятия напряжения смещения
6 Баланс / Строб Выходным каскадом можно управлять с помощью этого контакта.
7 Выход Выходной контакт IC.
8 Vcc + Положительный вывод питания ИС.

LM311 Описание:

LM311 — это интегральная схема операционного усилителя компаратора напряжения, доступная во многих корпусах. Внутренняя схема имеет некоторые из очень хороших функций. Он требует очень низкого входного тока при смещении и смещении. ИС имеет возможность балансировать смещение, а также имеет функцию стробоскопа. Одной из основных особенностей ИС является то, что она может работать от одного источника питания.ИС может работать с широким диапазоном питания до 36 В. Микросхема также может работать с двойным питанием, как и большинство микросхем операционных усилителей. Максимальная рабочая температура IC составляет +70 по Цельсию, а диапазон температур хранения от -65 до +150 по Цельсию. Кроме того, схема ИС также состоит из транзистора, что делает эту ИС идеальной для многих приложений.

Заявки:

Компьютерные схемы

Проекты автоматизации

Схемы компаратора

Управляющее реле и другие нагрузки до 50 мА

Источники питания

Бытовые электротехнические товары / электроприборы

Запасные / аналогичные / другие номера деталей:

LM111, LM211, LT111A.Если вы хотите чередовать ИС с другими ИС 8-контактного DIP-компаратора в случае, если он используется в общем приложении, вы также можете использовать другие ИС компаратора, такие как LM393, LM741, LM358 и т. Д.

Цепи приложений:

Ниже показаны две схемы с использованием микросхемы LM741. Эта первая цепь представляет собой датчик света, а вторая — цепь датчика темноты.

Тепловой датчик с использованием LM311 IC

Схема, показанная ниже, представляет собой схему теплового датчика.LM311 IC используется здесь в режиме компаратора. В схеме также используется термистор 10K NTC в качестве теплового датчика и некоторые другие пассивные компоненты. Переменный резистор 20K используется для установки необходимого уровня нагрева. На выходе ИС используется светодиод. Когда количество тепла вокруг термистора увеличится и достигнет предустановленного уровня, установленного переменным резистором 20 кОм, выходной сигнал микросхемы LM311 станет высоким, и загорится светодиод.

Как безопасно работать в цепи в течение длительного времени:

Чтобы обеспечить долгосрочную работу ИС, важно не использовать ИС при напряжении более 30 вольт.Всегда подключайте источник питания к микросхеме с соблюдением полярности. Не используйте нагрузку более 50 мА, поэтому не используйте нагрузку более 50 мА. Всегда используйте ИС при температуре ниже +70 по Цельсию и всегда храните ИС при температуре выше -65 и ниже +150 по Цельсию.

LM311 Компаратор с гистерезисом — электронная схема

Схема компаратора LM311 с номерами контактов показана на схеме ниже. Земля для этого транзистора находится на выводе 1, а выход с открытым коллектором — на выводе 7.Он показан доведенным до логического напряжения +5 с помощью резистора 1 кОм, что типично. Выход LM311 может потреблять 8 мА. Выход компаратора в основном двоичный, высокий или низкий. Контакт 8 — это V +, а контакт 4 — V-. Общее напряжение питания может доходить до 36 В. V- можно просто подключить к земле, как если бы порог компаратора выше земли на вольт или около того.

Напряжение питания LM311 не обязательно должно совпадать с напряжением питания логики. Если не используется для регулировки баланса (например, обнуление операционного усилителя), контакты 5 и 6 должны быть закорочены вместе.Контакт 3 является инвертирующим входом, а контакт 2 — неинвертирующим входом. Обычно опорное напряжение Vr на выводе 2 устанавливается с помощью делителя напряжения, как показано. Опорное напряжение (порог) составляет около 6 В. Положительная обратная связь обеспечивается резистором 100 кОм от выхода к контакту 2. Порог немного уменьшается, когда выход становится низким, и порог немного повышается, когда он становится высоким. Они обеспечивают «мгновенное» действие компаратора, потому что эти изменения противоположны по направлению изменению напряжения на выводе 3, которое их вызвало.Частичное изменение порога — это примерно значение резисторов делителя, включенных параллельно, деленное на резистор обратной связи, здесь 5/100 или 0,05. Это дает разницу в 0,25 В при питании 5 В, называемую гистерезисом. Пороговое значение для перехода от высокого уровня к низкому на 0,25 В выше, чем пороговое значение для перехода от низкого уровня к высокому. Чтобы немного усилить гистерезис, на резисторе обратной связи установлен небольшой конденсатор ускорения емкостью 10 пФ. С этими положениями изменение будет быстрым и определенным.Проверьте схему и обратите внимание, как она работает. При низком уровне на выходе может загореться светодиод, экономя один цифровой мультиметр. Ознакомьтесь с другими коллекциями схем и их объяснениями на http://mysite.du.edu/~etuttle/electron/elecindx.htm.

[PDF] Информация о компараторе напряжения и схемы

Скачать информацию о компараторе напряжения и схемы …

Информация о компараторе напряжения и схемах

Эта страница предоставляет основную информацию об интегральных схемах компаратора напряжения и служит справочным материалом для других схем.Показанные схемы основаны на микросхеме квадратного компаратора напряжения Lm339 или микросхеме двойного компаратора напряжения Lm393. Эти устройства функционально идентичны. Компаратор напряжения Lm311 может также использоваться для этих приложений и также имеет ряд уникальных функций.

Внутренняя схема для 1/4 части Lm339

Компаратор Эквивалент

Схема эквивалента компаратора с однополярным питанием Интегральная схема «Компаратор напряжения» эквивалентна операционному усилителю, такому как Lm358 или Lm324, с двумя транзисторами NPN, добавленными к выход каждого усилителя.(См. Приведенную выше схему.) Эта компоновка дает выход «открытый коллектор» для каждого из четырех компараторов в микросхеме Lm339. Каждый выход может потреблять 15 миллиампер и выдерживать напряжение до 50 вольт. Выход включается или выключается в зависимости от относительных напряжений на входах ПЛЮС и МИНУС компаратора, см. Правила ниже. Входы довольно чувствительны, и разница всего в несколько милливольт между ними приведет к включению или выключению выхода. Микросхемы компараторов Lm339, Lm393 и Lm311 могут работать от одного или двух источников питания с максимальным напряжением до 32 В.При работе от двойных или раздельных источников питания основная работа микросхем компаратора остается неизменной, за исключением того, что для большинства устройств эмиттер выходного транзистора подключен к отрицательной шине питания, а не к общей цепи. Исключением является Lm311, у которого есть отдельный вывод эмиттера, который можно подключить к любому из них.

Эквивалентная схема компаратора с двойным питанием

При работе от двойного или раздельного источника питания входные напряжения могут быть выше или ниже общего или нулевого напряжения источника питания.При необходимости один из входов можно подключить к общему, чтобы создать детектор «перехода через ноль».

Работа компаратора На следующем рисунке показаны две простейшие конфигурации компараторов напряжения. На схемах под схемами представлены выходные результаты в графической форме. Для этих схем ОПОРНОЕ напряжение фиксируется на уровне половины напряжения питания, а ВХОДНОЕ напряжение изменяется от нуля до напряжения питания. Теоретически ОПОРНОЕ и ВХОДНОЕ напряжения могут быть где угодно между нулем и напряжением питания, но существуют практические ограничения на фактический диапазон в зависимости от конкретного используемого устройства.

Базовый входной сигнал для работы компаратора Vs. Результаты вывода 1.

Ток БУДЕТ течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе PLUS ниже, чем напряжение на входе MINUS. 2. Ток НЕ БУДЕТ течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе PLUS выше, чем напряжение на входе MINUS.

Вход Vs. Выходные результаты Компараторы входного смещения напряжения Компараторы напряжения не являются идеальными устройствами и в некоторых случаях могут страдать от воздействия параметра, известного как входное смещение напряжения.Эта проблема обычно возникает, когда входное напряжение изменяется очень медленно. Входное напряжение смещения для многих компараторов составляет всего несколько милливольт, и в большинстве схем им можно пренебречь. Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью включается или выключается, когда входное напряжение близко к опорному напряжению. Следующая диаграмма пытается проиллюстрировать влияние входного напряжения смещения на медленно меняющееся входное напряжение. Этот эффект усиливается по мере увеличения тока выходного транзистора, поэтому поддержание высокого значения RL поможет уменьшить проблему.

Влияние входного смещения напряжения Входное смещенное напряжение и истеризация Влияние входного смещения напряжения можно нейтрализовать, добавив в схему истеризацию. Это вызывает изменение опорного напряжения, когда выход компаратора становится высоким или низким. Эффект заключается в том, что при медленном изменении входного напряжения опорное напряжение будет быстро меняться в противоположном направлении. Это дает компаратору «мгновенное» действие. Для получения дополнительной информации см. Следующие параграфы.

Пояснение к входному напряжению гистериза Гистерезис — это разница между уровнями входного сигнала, при которых компаратор выключается и включается.Небольшой гистерезис может быть полезен в схеме компаратора, поскольку он снижает чувствительность схемы к шуму и помогает уменьшить количество переходов на выходе при изменении состояния.

Иногда в дискретной конструкции необходимо добавить внешний резистор между выходом компаратора и положительным входом, создавая слабый контур положительной обратной связи. Когда выход делает переход, положительная обратная связь немного изменяет положительный вход, чтобы усилить изменение выхода.Механический аналог этого эффекта можно найти во многих электрических переключателях. Когда вы перемещаете ручку сразу за центральную точку, пружина в переключателе будет пытаться полностью потянуть ручку, гарантируя, что переключатель окажется в определенном состоянии ВКЛ или ВЫКЛ.

Входной гистериз. На приведенной выше диаграмме показана «петля» гистерезиса, описывающая принцип работы компаратора. Горизонтальная ось «X» — это вход, который представляет собой разницу двух входных напряжений. Вертикальная ось «Y» представляет состояние выхода компаратора.Если компаратор изначально находится в состоянии «ВЫКЛ», входное напряжение МИНУС должно стать немного выше входного напряжения ПЛЮС, прежде чем выход компаратора перейдет в состояние «ВКЛ». Это представлено движением вправо по нижней части петли. Когда компаратор находится в состоянии «ВКЛ», входное напряжение МИНУС должно упасть немного ниже входного напряжения ПЛЮС, прежде чем он снова отключится (перемещаясь влево вдоль верхней части контура). Ширина контура, обозначенная циклом включения-выключения, является входным напряжением гистерезиса. Напряжение гистерезиса для большинства компараторов находится в диапазоне милливольт и обычно влияет только на цепи, где входное напряжение растет или падает очень медленно или имеет пики напряжения, известные как «шум».Диапазон напряжения гистериза может быть увеличен, если необходимо, чтобы помочь, когда входное напряжение зашумлено, чтобы выход не изменял состояния без необходимости. Схемы FLIP-FLOP

, показанные далее на этой странице, используют преувеличенный истериз для создания эффекта памяти.

Увеличение диапазона входного гистериза диапазона напряжения детектора Компараторы цепи с выходами с открытым коллектором, такие как Lm339 или Lm393, должны быть сконфигурированы так, чтобы оба выхода были ВЫСОКИМИ, когда напряжение находится в желаемых пределах.Компаратор Lm311 может иметь другие устройства вывода, поскольку он имеет как открытый коллектор, так и открытый эмиттер на выходном транзисторе.

Компаратор окна Компаратор Схема осциллятора

Компараторы также могут использоваться в качестве генераторов, но они не очень подходят для этого типа приложений.

Генератор, созданный на основе компаратора с использованием OPAMP в качестве компаратора. Если в цепи остались операционные усилители и необходим компаратор, его можно создать, добавив к выходу усилителя диод или транзистор, в зависимости от требуемой токовой нагрузки.

Компаратор на основе операционного усилителя Основные схемы компаратора На следующих схемах показаны некоторые основные схемы компаратора. Большинство из них имеет вход фотоэлемента из сульфида кадмия, но с таким же успехом можно использовать фототранзистор или сигнал напряжения от другой схемы в качестве входа. Значения сопротивления не являются критическими, но должны использоваться в качестве ориентировочных. В большинстве схем компаратора соотношение сопротивлений более важно, чем их фактические значения.

Схемы фотоэлементов

Схема схем фотоэлементов Если необходимо управлять более высокими токовыми нагрузками, к выходу компаратора можно добавить транзистор PNP, что позволит нагрузкам до 300 мА.быть под контролем.

Схема выходов драйвера реле Цепи временной задержки

Функции короткого времени, такие как импульсные выходы или временные задержки, также могут быть созданы с помощью одной или двух секций компаратора.

Схема временной задержки компаратора 1 Обратите внимание, что вторая секция компаратора в цепи временной задержки использует тот же вход опорного напряжения, что и первая. В большинстве случаев любое количество компараторов может иметь один и тот же источник напряжения на одном входе, это может значительно упростить схемы.Больше схем задержки.

Схема задержки таймера компаратора 2

Основные функции памяти Компараторы могут быть настроены для выполнения основной функции памяти, подключив их как тип «SET / RESET» для FLIP / FLOP. Этот тип цепи может использоваться при обходе дросселей без подключения к электросети, чтобы запомнить направление поезда, когда контроллер отключен. На следующей диаграмме компаратор запомнит, какой переключатель был нажат последним. Если нажать кнопку «SET», загорится светодиод, а при нажатии кнопки «RESET» светодиод погаснет.Также показана более поздняя текущая версия.

Схема компаратора FLIP / FLOP Принцип работы триггера. Очень простое описание.

1.

2. 3.

4.

5.

Когда выход компаратора выключен, напряжение на входе PLUS будет таким же, как напряжение питания. Если входное напряжение ПЛЮС больше входного напряжения МИНУС, выход останется выключенным. При нажатии кнопки SET напряжение на входе PLUS упадет до нуля, и выход включится.Когда кнопка SET отпущена, напряжение на входе PLUS повысится до 1/2 напряжения питания, а выход останется включенным, потому что напряжение на входе PLUS остается ниже напряжения на входе MINUS. При нажатии кнопки СБРОС напряжение на входе МИНУС упадет до нуля с нормального уровня 3/4 напряжения питания. Выход выключится, потому что напряжение на входе MINUS ниже напряжения на входе PLUS. Когда выход выключается, напряжение на входе PLUS повысится до уровня напряжения питания.Когда кнопка RESET будет отпущена, напряжение на входе MINUS повысится до 3/4 напряжения питания. Входное напряжение ПЛЮС будет оставаться выше напряжения на входе МИНУС, а выход останется выключенным.

Выходные транзисторы с открытым коллектором Поскольку выходной транзистор компаратора имеет открытый коллектор, напряжения питания и нагрузки не должны быть одинаковыми. Это означает, что компаратор может использовать источник питания 12 В, а нагрузкой может быть реле на 24 В или цепь светодиода на 5 В.Следующие три диаграммы являются некоторыми примерами цепей с двойным напряжением. В первых двух напряжение на выходе компараторов может быть даже двухполупериодным постоянным током.

Схема выхода двойного напряжения

Схема выхода драйвера реле двойного напряжения

Схема двойного напряжения FLIP / FLOP

Детектор 4 уровня — напряжения Эта схема может последовательно отображать 4 отдельных уровня напряжения. Напряжения определяются номиналами резисторов с R1 по R5, расположенных в простой схеме делителя напряжения.

Схема четырехуровневого детектора

 

Основной список проектов электроники: General Electronics Projects

      

                                                   

Мой канал на YouTube по электронике Raspberry Pi и Linux Проекты микроконтроллера Arduino Микрочип PIC18F2550 на C ++ Микрочип PIC16F628A в сборке Проекты микроконтроллера PICAXE Как я попал в электронику

Использование переключателей на эффекте Холла Как подключить батареи Последовательно / параллельно 12AV6 Vacuum Tube AM Radio Учебное пособие: Схемы транзисторно-стабилитронного стабилизатора Уловки и подсказки для регуляторов напряжения серии LM78XX Биполярные источники питания Создайте усилитель термопары Создайте картофельную батарею Создайте регулируемый источник питания 0-34 В с LM317 Тестирование базовых симисторов и тиристоров Diac Твердотельные реле переменного тока с симисторами Светоактивированный кремниевый управляемый выпрямитель (LASCR) Базовые схемы драйвера транзисторов для микроконтроллеров Оптоизолированный Tra Нсисторные драйверы для микроконтроллеров создают систему управления двигателем с H-мостом с силовыми МОП-транзисторами / параллельными батареями с использованием CdS Фотоэлементы Компаратор напряжения Информация и схемы Резистивные датчики влажности Герконовые переключатели Базовые силовые трансформаторы Выпрямительные диоды и выпрямители источника питания

Таймер с синхронизацией

| Доступна подробная принципиальная схема

С этим простым таймером, управляемым часами, вы никогда больше не пропустите любимую теле- или радиопрограмму.Телевизор или радио автоматически включится в установленное вами время и будет оставаться включенным до тех пор, пока не произойдет сбой или отключение электропитания.

Схема таймера с синхронным управлением

Схема использует сигналы переменного тока, генерируемые на клеммах зуммера будильника. Сигналы переменного тока усиливаются транзисторами T1 и T2, а усиленный выходной сигнал эмиттера T2 подается на инвертирующий вход компаратора отрицательного напряжения IC LM311 (IC1). Неинвертирующий вход IC1 получает предварительно установленное напряжение через предварительно установленное VR1.Инвертирующий и неинвертирующий входы LM311 отличаются от других операционных усилителей и выводят ток стока через контакт 7 или ток источника через контакт 1.

Схема таймера, управляемого часами

Работа схемы

Когда контакт 3 IC1 находится под более высоким напряжением, чем контакт 2, его выход опускается, как показано светодиодом LED1. Это дает короткий отрицательный импульс на моностабильный провод, подключенный к таймеру NE555. Резистор R5 поддерживает высокий уровень на контакте 2 триггера IC2. Кратковременный моностабильный выход на короткий период выдает высокий сигнал на затвор SCR1 (BT169), и реле RL1 срабатывает.Фиксирующее действие SCR1 удерживает реле в нажатом состоянии, даже когда выход моностабильного устройства становится низким. Реле можно обесточить, отключив питание цепи с помощью переключателя S1.

Строительство и испытания

Схема работает от батареи 9В. Соберите его на универсальной печатной плате и поместите в подходящий шкаф. Обеспечьте розетку в шкафу для включения прибора по цепи. Как упоминалось ранее, входной сигнал поступает с клемм зуммера часов.Снимите маленький зуммер с часов и подключите точку «A» к положительной клемме, а точку «B» — к отрицательной клемме зуммера. Подключите сетевую клеммную розетку переменного тока к нормально разомкнутому (нормально разомкнутому) контакту реле RL1. Таким образом, когда реле срабатывает, 230 В переменного тока управляет подключенным устройством.

Установите желаемое время на часах, отрегулировав настройку будильника, и включите контур. По истечении установленного времени прибор автоматически включится. Схема также может быть подключена к цифровым часам.


Статья была впервые опубликована в феврале 2007 г. и недавно была обновлена.

Предыдущая статьяМиниатюрный стробоскопСледующая статьяДорогое зарядное устройство для аккумулятора Одноразрядный вольтметр

с LM311 — delabs Electronic Circuits

Я хотел разработать логический пробник в качестве учебного пособия, но в сети было много хороших примеров, поэтому я попытался разработать одноразрядный вольтметр. Эта схема является разработкой, я не могу ее протестировать сейчас, позже, если я проверю ее и найду ошибки, я обновлю эту страницу.Вы можете помочь мне, указав на ошибки.

Интерфейс данных — порт принтера, виртуальные приборы.

Во-первых, имейте в виду, что это одноразрядный вольтметр, который отсчитывает от 0 до 9 только с положительной стороны, то есть может измерять ошибку от +0 до + 9В постоянного тока +/- 1В. Это может оказаться непрактичным из-за стоимости вышеперечисленных компонентов. Его можно использовать как игрушечный логический пробник. Причина создания схемы не в использовании, а в том, чтобы дать идеи дизайна. Используемая методология — метод Gut Feel — Thumb Rule .

Сначала я объясню простую часть, D1 выбран семисегментный светодиодный дисплей с общим катодом, поскольку CD4511 является драйвером источника. 4511 может быть зафиксирован, поэтому он использовался здесь, он декодирует двоичную 4-битную информацию о декаде в семисегментный выход. Эти четыре бита получены из счетчика тактовых импульсов вверх-вниз CD4029. LM311 — аналоговый компаратор с возможностью однополярного питания, который является интерфейсом A-D.

Чтобы избежать резисторов для каждого из светодиодов, светодиоды включаются-выключаются при рабочем цикле 50% 10 кГц.Триггер Нанда Шмитта CD4093 используется, как и в IC4D, в качестве тактового генератора 10 кГц, который управляет транзистором T1 с резистором R5. При включении IC4D на одном входе высокий уровень, который на контакте 12 подтянут до +5, а на другом контакте 13 низкий уровень, так как C4 находится в разряженном состоянии в логическом элементе И-НЕ, оба входа имеют высокий уровень, дает низкий уровень на выходе, в других комбинациях выход высокий. Таким образом, выход становится высоким, это начинает заряжать крышку C4, которая вскоре делает оба входа высокими, что, в свою очередь, делает выход низким, начиная с разряда C4. Теперь это, очевидно, бесконечный цикл, следовательно, это осциллятор.R * C = T…. 0,01 мкФ * 10 кОм = 100 мкс или 10 кГц, так как F = 1 / T приблизительно или еще лучше умножить на 1,1 Ом. Я плохо разбираюсь в формулах, но умею пользоваться калькулятором.

Контакты питания и заземления КМОП-микросхем не показаны, см. Техническое описание или более ранние схемы.

IC4A также является осциллятором, но более медленным, что достаточно хорошо, он медленный, так что измерение может производиться почти каждую секунду. Медленные часы IC4A считываются блоком 4029, который производит двоичный полубайт обратного отсчета в Q1… .Q4, который преобразуется в грубый аналог с R1… R4.Генерируемое напряжение сравнивается с напряжением, которое вы измеряете, с помощью LM311, который генерирует импульс фиксации на 4511, чтобы зафиксировать показания, когда оба напряжения совпадают.

Метод работы:

IC2 — это счетчик в режиме Decade-Down, а IC3 — это семисегментный декодер BCD, который управляет дисплеем D1. Схема устроена таким образом, чтобы продолжать подсчет импульсов от тактового генератора IC4A. IC4A, который подключен как осциллятор Шмитта Нанда, тактирует счетчик. Теперь, чтобы понять, как работают этот счетчик и дисплей, см. Это интерактивное учебное пособие по простому цифровому счетчику.Для каждого импульса на выводе 15 из 4029 счетчик ведет обратный отсчет от 9-8-7-6…. и так далее. Но дисплей заблокирован IC4C, поэтому дисплей статичен, даже когда счетчик работает. Таким образом, во время тестирования счетчика вы можете удалить IC4C и удерживать контакт 5 LE из 4511 на низком уровне. Для тестирования этой схемы вы можете использовать ручные часы с кнопкой (пошаговый) или медленную тактовую частоту 1 Гц, как в Учебном пособии по простому цифровому счетчику.

Транзистор T1 и осциллятор IC4D предназначены для быстрого отключения мощности для отображения, это позволяет избежать добавления семи резисторов.Это не обязательно, но это экономит электроэнергию и сокращает количество деталей. IC4B похож на индикатор ON, это запасной вентиль.

Значение BCD на выходе 4029 Q1-Q4, четыре бита, полубайт, преобразуется в аналоговое значение мВ через R6. Резисторы R1-R4, подключенные к Q1-Q4, имеют взвешенные значения резисторов для BCD 1-2-4-8. По закону Ома можно понять, что аналоговое значение на R6 приблизительно пропорционально значению BCD. Эта схема представляет собой просто одноразрядный аналого-цифровой преобразователь, даже не такой хороший, как 4-битный преобразователь.Значит, подойдет примерная стоимость аналога на R6.

Наконец, LM311 — это компаратор, он сравнивает аналоговый двоично-десятичный опорный сигнал на контакте 3 и ослабленный входной сигнал на контакте 2. Выходной контакт 7 становится высоким, когда напряжение на контакте 3 становится меньше, чем на контакте 2. C2-R12-IC4C делает это для узкого импульса защелки. Импульс защелки замораживает данные BCD для отображения до следующего импульса защелки. R8-R9 ослабляют входное напряжение 0–9 В постоянного тока до значения 1/100. Стабилитрон Z1 предназначен для защиты.

Я предполагаю, что схема LM311 должна работать от одного источника питания, но может потребоваться двойной источник питания, поскольку уровни напряжения могут быть близкими к нулю.Вы должны видеть кривую лестницы или наклон через R6. Узкие импульсы защелки на выводе 5 4511 при каждом цикле нарастания.

Цепь зарядного устройства батареи

с использованием Scr и Lm311

  • ЦЕПЬ ЗАРЯДКИ БАТАРЕИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ SCR И LM311

    Батарея — это устройство, которое может накапливать энергию в химической форме и преобразовывать эту энергию

    в электрическую при необходимости. Они могут быть вторичными (перезаряжаемыми) или первичными (не перезаряжаемые

    ). Перезаряжаемые батареи имеют преимущество перед первичными батареями с

    тем, что их можно использовать повторно.Это возможно путем зарядки аккумулятора, то есть подачи энергии

    во вторичный элемент, пропуская через него электрический ток.

    Батарея в основном состоит из нескольких ячеек, каждая из которых состоит из двух электродов

    , погруженных в раствор электролита, состоящий из кислоты и дистиллированной воды.

    В заряженном состоянии один из электродов состоит из металла, а другой — из оксида металла

    . Кислота обеспечивает поток ионов между двумя электродами.

    Когда батарея начинает разряжаться, электроны текут от одного электрода (анода) и накапливаются

    на другом электроде (катоде). Это происходит в процессе окисления

    и восстановления и продолжается до тех пор, пока на обоих электродах не останутся реагенты и батарея

    полностью не разрядится. Затем зарядка выполняется извне путем подачи внешнего электрического тока

    , так что анод принимает электроны, а избыточные электроны

    удаляются с катода.Однако проблема возникает, когда аккумулятор

    перезаряжается, это приводит к большему эффекту газообразования. Даже чрезмерная разрядка аккумулятора

    снижает его возраст.

    Решением этой проблемы является обеспечение контролируемого метода зарядки, при котором зарядка и разрядка батареи

    выполняются контролируемым образом. В этой статье описывается простое управляемое зарядное устройство

    с использованием SCR и LM311. Сигнал переменного тока выпрямляется

    с использованием тиристора, а компаратор используется для определения напряжения заряда батареи относительно

    относительно опорного напряжения, чтобы управлять переключением тиристора.

    ПРИНЦИП:

    Принцип, лежащий в основе схемы, заключается в управлении переключением SCR на основе

    зарядки и разрядки аккумулятора. Здесь SCR действует как выпрямитель, а также как переключатель

    , позволяя подавать выпрямленное напряжение постоянного тока для зарядки аккумулятора. В случае, если батарея

    полностью заряжена, эта ситуация обнаруживается с помощью схемы компаратора, и SCR

    отключается.

    Когда заряд аккумулятора падает ниже порогового уровня, на выходе компаратора появляется

    , чтобы включить тиристор, и аккумулятор снова начнет заряжаться.Здесь компаратор сравнивает

    напряжение на батарее с опорным напряжением.

  • СХЕМА ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ:

    Конструкция всей схемы зависит от типа аккумулятора, который используется для подзарядки.

    Предположим, мы используем 6-элементную никель-кадмиевую батарею 9 В с номиналом 20 А · ч в ампер-часах и

    — одноэлементную батарею с напряжением 1,5 В. Это установило бы необходимое оптимальное напряжение батареи

    около 9 В. При напряжении 9 В на делителе потенциала напряжение на потенциометре

    и резисторе должно быть выше 5.2 В (уровень опорного напряжения). Для этой цели мы выбираем схему делителя потенциала

    , состоящую из резистора 22 кОм, резистора 40 кОм и потенциометра 20 кОм.

    Выходной ток от LM311 составляет около 50 мА, и поскольку здесь мы используем транзистор

    BC547 с низким базовым током, нам потребуется резистор около 150 Ом. Используемый трансформатор

    представляет собой трансформатор 230 / 12В. Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока

    230 В, а вторичная обмотка подключена к выпрямителю.

    РАБОТА ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ:

    Первоначально, когда на схему подается питание и уровень заряда аккумулятора ниже порогового значения напряжения

    , схема выполняет задачу зарядки аккумулятора. SCR запускается

    с напряжением на его выводе затвора через резистор R1 и диод D1. Затем он запускает

    выпрямление переменного напряжения, но только на половину цикла. Когда через резистор R2 начинает течь постоянный ток

    к батарее, батарея заряжается.Напряжение на делителе потенциала

    , состоящем из потенциометра RV1 и резистора R4, зависит от напряжения

    на батарее. Это напряжение подается на инвертирующий терминал OPAMP

    LM311.

    Неинвертирующий терминал получает опорное напряжение 5,2 В с помощью стабилитрона. Для нормального режима зарядки

    это опорное напряжение больше, чем напряжение на делителе потенциала

    , а выходной сигнал компаратора меньше порогового напряжения

  • , необходимого для запуска NPN-транзистора в режим проводимости.Таким образом, транзистор и диод D3

    остаются выключенными, а затвор SCR получает напряжение срабатывания через R1 и D1.

    Теперь, когда аккумулятор начинает заряжаться и в определенный момент, когда он полностью заряжен, напряжение

    на делителе потенциала достигает значения выше опорного напряжения. Это

    подразумевает, что напряжение на инвертирующем выводе меньше, чем напряжение на неинвертирующем выводе

    , а на выходе компаратора больше, чем пороговое значение напряжения базового эмиттера

    для транзистора.

    Это заставляет транзистор проводить, и он включается. В то же время, когда диод

    D3 смещен в прямом направлении, он начинает проводить, и это блокирует запуск напряжения затвора SCR

    , поскольку он теперь подключен к низкому потенциалу или земле. Таким образом, SCR отключается

    , и операция зарядки останавливается или приостанавливается. Опять же, когда заряд батареи

    падает ниже порогового уровня, операция зарядки возобновляется способом

    , описанным выше.Резистор R7 и диод D4 должны обеспечивать небольшую постоянную зарядку

    в случае, если тиристор находится в выключенном состоянии.

    ПРИМЕНЕНИЕ:

    1. Может использоваться для зарядки аккумуляторов игрушек.

    2. Это переносная схема, которую можно носить где угодно.

    3. Может использоваться как автоматическое зарядное устройство, особенно во время вождения. ОГРАНИЧЕНИЯ:

    1. Преобразование переменного тока в постоянное здесь использует только выпрямитель и может содержать пульсации переменного тока

    из-за отсутствия фильтра.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *