Использование ОУ в качестве компаратора / Схемотехника / Сообщество разработчиков электроники
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.
Давайте вместе разберемся в её работе.
Наиболее понятно, работа данной схемы представляется в виде работе некоторого постоянно сравнивающего устройства, которое постоянно сравнивает сигнал 1 и сигнал 2 подаваемые на вход компаратора. Выход оно устанавливает исходя из следующего:
Сигнал 1 больше по напряжению, чем сигнал 2?
Если да, то выход устанавливается в 10В (напряжение питание операционного усилителя). Если нет, то в 0В.
Рис.2. Наглядное описание работы компаратора
На первый взгляд в работе данной схемы нет ничего необычного, но существует бесчисленное множество применений работы данной схемы. В основном это устройства, которые переводят аналоговый сигнал в некоторую логическую величину: ДА или НЕТ. Это может быть и индикатор зарядки батареи, и датчик критического уровня жидкости в сосуде или любой другой аналоговый сигнал, который переходи какое-то определённое значение.
Несколько тонкостей работы с компараторами.
Данный материал написан для людей, которые уже попробовали поработать с компараторами и хотят углубиться в данной теме:
Читать также: Бензопила калибр настройка карбюратора
1. Чувствительность компаратора зависит от величины минимального напряжения между входами. Если вы стараетесь сделать очень точные измерения, по типу вытащить 0,001*С из схемы срабатывания охлаждения, то будьте готовы к тому, что у вас это не получиться в виду ограничений микросхемы
2. Во время переключения некоторое время компаратор переключается. Это свойство проявляется в основном при детекции вч сигналов. Если ваши рабочие частоты лежат до 100 кГц, то о данном параметре на всех современных ОУ можете не заморачиваться. В противном случае смотрите на величину скорости роста сигнала. Обычно у современных ОУ эта величина составляет единицы/десятки вольт в микросекунду. В вашем случае она считается по формуле:
Если данная величина получилась больше, чем параметр ОУ, то меняйте оу.
На экране осциллографа при этом у вас будет сильное сваливание от прямоугольного сигнала на выходе ОУ к треугольному сигналу.
3. В некоторых случаях полезно реализовать гистерезис(запаздвание) на положительной обратной связи, но это рассмотрим подробнее в одном из следующих занятий практикума.
В конце концов вот вам приятный подарок, раз уж вы дочитали до конца. Вот видео автора данной статьи о компараторах, из которого можно подчеркнуть много интересного и полезного.
Использование ОУ в качестве компаратора
Компаратор — это устройство, которое подает на свой выход сигнал равный разнице между двумя входными сигналами, умноженной на очень большой коэффициент. Тоже-самое делает и операционный усилитель. Разница лишь в том, что компаратор работает без обратной связи и выдает логический уровень, а ОУ предназначен для работы с обратной связью и выдает аналоговый сигнал. Недавно, думал над проектом в котором уже использовались ОУ и, нужны были компараторы. Естественно, появился соблазн использовать ОУ в качестве компараторов.
Но можно ли так делать?
Если кратко, то лучше — не нужно, если длинно, то вот почему:
Скорость
ОУ рассчитаны для работы с маленькой разницей между входными сигналами. При большой разнице, транзисторы где-то в недрах микросхемы могут насыщаться и от этого скорость может упасть на порядки. Тоесть, если у нас есть 10МГц ОУ, это совсем не значит что из него получится компаратор с временем реакции в 100нс. Получается такая парадоксальная ситуация — разница между напряжениями входов увеличивается, а время реакции компаратора уменьшается.
Конечно, не все ОУ насыщаются и это нужно проверять, если вам нужна скорость.
Входные цепи
Опять-же, из-за того, что ОУ рассчитывают для работы с маленькой разницей входных напряжений, входные цепи могут повести себя совсем не так как вы думаете. К примеру, там могут стоять защитные диоды, которые просто замкнут входы друг на друга.
На такую проблему я нарвался, когда пытался использовать LVDS-приемники spartan3 в качестве компараторов.
Кроме того, у ОУ есть такое явление, как инверсия фазы. Когда внутренние цепи входят в насыщение, выходной сигнал внезапно меняет фазу и получается вот такая картина:
Практически все современные ОУ не страдают такой болезнью, но лучше проверить это на макетке, если вы, все-таки, собираетесь использовать ОУ в качестве компаратора. Производители обычно не пишут о том, что ОУ страдает инверсией фазы, зато, с радостью, сообщают если инверсии фазы нет.
Выходное напряжение
Компараторы часто рассчитываются для работы с определенным логическим стандартом, а вот ОУ — нет. И есть шанс не попасть в логические уровни. Не забывайте, что размах напряжений на выходе ОУ ограничен и неплохо бы проверить — совместим ли он с вашей логикой. Конечно, это не касается rail-to-rail ОУ.
Если напряжение питания ОУ больше чем логические напряжения, придется строить согласователь уровней и вот тут вся экономия на покупке отдельного компаратора, скорее-всего, пропадет.
Вывод
А вывод очень прост — постарайтесь не использовать ОУ в качестве компараторов если это возможно.
В большинстве случаев, это принесет больше проблем, чем выгоды. Но, если вы все-таки решились, тщательно изучите даташит на ваш ОУ и протестируйте его на макете перед тем, как делать окончательное решение.
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 (-).
Что такое компаратор
Прежде чем мы узнаем, как сделать компаратор в «Майнкрафте», разберемся, что это такое. Компаратор представляет собой специальную схему, состоящую из камня, редстоуна и кварца, который можно добыть в аду. Этот механизм нужен для того, чтобы распределять сигналы редстоуна, поступающие на его входящие порты.
С его помощью можно создавать ловушки, тайные проходы и хранилища, а также много других интересных схем с использованием редстоуна.
У него есть два входа. Условно нужно обозначить их А и Б. А – тот, что находится сзади, а Б – тот, что находится сбоку. Если к обоим входам одновременно провести редстоун-сигнал, то именно Б будет считаться самым сильным и нивелировать сигнал А.
У компаратора есть два режима: в режиме «по умолчанию» сравниваются оба сигнала. Сигнал А будет пропущен через компаратор дальше по редстоун-цепи только в том случае, если А больше или равен Б. Если ситуация обратная, то из компаратора сигнал выходить не будет.
В активированном режиме – когда факел компаратора зажжён – сигналы сравниваются между собой, а на выходе в цепь поступает их разница. Например, если сигнал А равен 14, а сигнал Б – 7, то на выходе получится сигнал, соответствующий 7 блокам.
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.
Читать также: Как называется отвертка звездочка
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:
- Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс (+) ниже, чем напряжение на входе минус (-).
- Ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс выше, чем напряжение на входе минус.
История
- 24 ноября 2012 года Йенс Бергенстен анонсировал новый блок — конденсатор
. - 27 декабря 2012 года Натан Адамс выложил картинки[1] компаратора, заявив, что он является заменой конденсатору.
[2] - Был добавлен в предварительной сборке 13w01a.
- Вместе с выходом предварительной сборки 13w01a, был изменен второй режим Компаратора. Вместо «Out = 15», стало «Out = Input-Side» (Вход А — Вход В).[3]
- С предварительной сборки 13w19a рамка портала в Край с вставленным оком Края подает сигнал силы 15 через компаратор.
[2]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»…
Цель работы
– изучить принцип работы, схемотехнику и основные характеристики аналоговых компараторов на операционных усилителях.
Как сделать компаратор?
Узнать, как сделать компаратор в «Майнкрафте», достаточно просто. Нужно обратиться к такой схеме:
Нижнюю часть поля для работы 3 на 3 блока нужно заполнить обожжённым камнем, в центре разместить частичку кварца, а в блоках два,четыре и шесть (нужно представить раскладку старых телефонов) необходимо разместить факелы из редстоуна.
Как видно, крафтинг компаратора – не самое расточительное занятие, а запомнить его схему, чтобы потом не вспоминать, как скрафтить компаратор в «Майнкрафте», очень просто.
Кстати говоря, ответ на вопрос «как сделать компаратор в «Майнкрафте» 1.8?» никак не отличается от того, что будет задан для версии 1.5, например. Разработчики пока не собираются менять рецепт крафтинга и он остаётся стабильным.
1.1. Краткие теоретические сведения
Аналоговый компаратор
(компаратор) – это устройство осуществляющее сравнение измеряемого входного напряжения (uвх) с опорным напряжением (UОП), подаваемых одновременно на его входы.
Опорное напряжение представляет собой неизменное по величине напряжение положительной или отрицательной полярности, входное напряжение изменяется во времени. При достижении входным напряжением уровня опорного напряжения происходит переключение выходного напряжения компаратора с одного уровня на другой. Компаратор часто называют
нуль – органом,
поскольку его переключение происходит при
Компараторы нашли применение в системах автоматического управления, в измерительной технике, а также для построения различных устройств импульсного и цифрового действия (в частности, аналогово-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователей)
Простейшая схема компаратора может быть построена на ОУ (рис. 1.1а).
Импульсный режим работы операционного усилителя.
Интегральные операционные усилители (ОУ) находят широкое применение в импульсной технике. Уровни входного сигнала ОУ в импульсном режиме работы превышают значения, соответствующие линейной области А0В амплитудной характеристики (см.
рис. 1.1б). В связи с этим выходное напряжение ОУ в процессе работы определяется либо напряжением U + выхmax, либо U – выхmax.
Рис. 1.1. Схематическое изображение операционного усилителя (а) и его передаточная характеристика (б).
При рассмотрении линейных устройств на ОУ мы ранее ограничивались рассмотрением линейного участка передаточной характеристики при (
– входное напряжение, при которомUВЫХ достигает максимального значения). При
выходное напряжение ОУ ограничено значениямиU + выхmax, либо U – выхmax так как транзисторы выходных каскадов при больших сигналах работают в ключевом режиме (Uвыхmax несколько меньше UП).
Таким образом, получаем, что при UВХ2 – UВХ1 > 0 (т. е. UВХ2 > UВХ1) Uвых = U + выхmax, а при UВХ2 – UВХ1 – выхmax. Полярность выходного напряжения ОУ при
зависит от того какое из двух входных напряжений больше. Или, иными словами, ОУ является в этом случае схемой сравнения (компаратором). Если положить, чтоUВХ2 = const, то при достижении напряжением UВХ1 уровня напряжения UВХ2 происходит изменение полярности напряжения на выходе ОУ, например с U + выхmax на
Читать также: Кромкооблицовочный станок инструкция по эксплуатации
U – выхmax.
При UВХ2 = 0 схема осуществляет фиксацию момента перехода напряжения UВХ1 через ноль.
Так как коэффициент усиления по напряжению ОУ КU весьма велик, то
весьма мало. Реально у операционных усилителей UВХН не превышает нескольких милливольт, поэтому ОУ можно применять для сравнения двух напряжений с высокой точностью.
Простейшая схема компаратора на ОУ приведена на рис. 1.2 а. Её характеризует симметричное подключение измеряемого и опорного напряжений ко входам ОУ. Разность напряжений uВХ – UОП является входным напряжением u ОУ, что и определяет передаточную характеристику компаратора (рис. 1.2 б). При uВХ + выхmax. При uВХ > UОП напряжение u > 0 и uвых = Uвых max.
Изменение полярности выходного напряжения происходит при переходе входного измеряемого напряжения через значение UОП. Ввиду большого значения коэффициента усиления ОУ это изменение носит ступенчатый характер при u = uВХ – UОП0. Если источники входного и опорного напряжений в схеме рис. 1.2 а поменять местами или изменить полярность их подключения, то произойдёт инверсия передаточной характеристики компаратора.
УсловиюuВХ – выхmax, а условию uВХ > UОП – uвых = U + выхmax.
Схема рис. 1.2 а применима тогда, когда измеряемое и опорное напряжения не превышают допустимых паспортных значений входных напряжений ОУ. В противном случае они подключаются к ОУ с помощью делителей напряжения (рис.1.2 в).
Операционный усилитель не может мгновенно перейти от одного уровня насыщения выходного каскада к другому, поэтому переключение с уровня напряжения U + выхmax на уровень U – выхmax происходит с некоторой задержкой
зад (рис. 1.3).
Рис. 1.2. Схема компаратора на операционном усилителе (а), его передаточная характеристика (б), схема компаратора с входными делителями напряжения (в).
Важнейшим показателем ОУ, работающих в импульсном режиме, является их быстродействие , которое оценивается задержкой срабатывания
и
временем
нарастания выходного напряжения. Задержка срабатывания (время задержки выходного импульса) ОУ общего применения составляет единицы микросекунд, а время нарастания выходного напряжения – доли микросекунды.
Лучшим быстродействием обладают специализированные ОУ, предназначенные для импульсного режима работы и получившие общее название «компараторы».
Рис. 1.3. Временная зависимость напряжения на выходе компаратора при линейно нарастающем входном сигнале.
Регенеративный компаратор (триггер
Шмитта).
Ввиду большого значения коэффициента усиления ОУ и, как следствие, малой величины
, при наличии зашумленности (флюктуации уровня сигнала) сигналов, подаваемых на входы компаратора, в момент равенства входного и опорного сигналов компаратор может многократно изменять своё состояние (переключаться). Это явление называют «дребезгом» компаратора. Для исключения этого явления ОУ компаратора охватывают положительной обратной связью, осуществляемой по неинвертирующему входу с помощью резисторовR1 и R2 (рис. 1.4 а).
Рис. 1.4. Схема компаратора с положительной обратной связью (а) и его идеализированная передаточная характеристика.
(б).
Такой компаратор обладает передаточной характеристикой с гистерезисом (рис. 1.4 б). Переключение схемы в состояние U – выхmax происходит при достижении uвх напряжения (порога
)
срабатывания
UСР, а возвращение в исходное состояние uвых = U + выхmax – при снижении uвх до напряжения (
порога
)
отпускания
UОТП. Значения пороговых напряжений находят положив u = 0; схема, очевидно, обладает передаточной характеристикой с гистерезисом. Переход из одного состояния в другое происходит скачкообразно под действием положительной обратной связи (ПОС). Действительно при превышении напряжением uвх напряжения срабатывания Uср выходное напряжение начнёт уменьшаться, так как uвх подается по инверсному входу ОУ. Отрицательное приращение uвых по цепи ПОС R2, R1 поступит на неинвертирующий вход ОУ, который его усилит, что приведёт к дополнительному уменьшению uвых, т. е. появиться дополнительное отрицательное приращение uвых, которое вновь уменьшит напряжение на неинвертирующем входе ОУ.
Процесс идёт лавинообразно. Значения пороговых напряжений Uср и Uотп находят по схеме, положив u = 0:
(1.1)
, (1.2)
Откуда ширина зоны гистерезиса
. (1.3)
Таким образом, Uср и Uотп различны. Ширина гистерезиса UГ растет с ростом отношения R1/R2. ПОС, как было показано, приводит к регенеративным процессам, тем самым ускоряет процессы переключения.
Возможна работа компаратора с ПОС при UОП = 0 (рис. 1.5 а). Данная схема является частным случаем предыдущей схемы (рис. 1.4 а). Передаточная характеристика такого компаратора становиться симметричной относительно оси ординат, т. е. смещается влево так, что
Рис. 1.5. Схема компаратора с положительной обратной связью и нулевым опорным напряжением (а), его передаточная характеристика (б).
Её пороговые напряжения и зона гистерезиса (рис. 1.5 б) составляют:
UСР =
,
и, где
.
Схема рис. 1.5 а служит основой при построении генератора импульсов на ОУ.
Использование
Сравнение сигналов
Компаратор имеет два входа: один сзади (сигнал А) и один сбоку (сигнал Б). Если к обеим боковым сторонам подведен сигнал, сигналом Б считается более сильный из них. Существует два режима вывода, переключаемые щелчком правой кнопки мыши на компараторе.
- В первом режиме (факел спереди не горит, режим по умолчанию) компаратор сравнивает сигнал А с сигналом Б и пропускает сигнал А только если А ≥ Б. Если Б сильнее А, на выходе будет ноль.
- Во втором режиме (факел спереди горит) компаратор «вычитает» сигнал Б из сигнала А, выдавая на выход сигнал с силой, равной разности входов (А−Б).
Определение заполненности контейнеров
Компаратор, у задней стороны которого находится контейнер, позволяет снимать с него сигнал, зависящий от заполненности хранилища. Доступные контейнеры включают в себя: обычные и двойные сундуки и сундуки-ловушки, печки, варочные стойки, раздатчики, выбрасыватели, загрузочные воронки и нажимные рельсы с вагонеткой с сундуком или воронкой на них.
При этом можно размещать компаратор через 1 полный блок, но только если компаратор находится на одной линии с контейнером. Если контейнер пуст, на выходе будет ноль. Если контейнер содержит что-либо, выходной сигнал рассчитывается по следующей формуле:
| A | = | 1 | + | ( | N1 V1 | + | N2 V2 | + | … | + | Nn Vn | ) | × | 14 n |
| Где: | ||
| A | — | сила сигнала (С округлением в меньшую сторону) |
| N1…n | — | количество предметов в слоте |
| V1…n | — | размер полной стопки для данного предмета |
| n | — | количество слотов в контейнере |
Это означает, что сила сигнала зависит не на прямую от количества предметов в контейнере, а от его заполненности. Так предмет который нельзя сложить в стопку, полная стопка предметов складывающихся по 16 предметов и полная стопка предметов складывающихся по 64 предмета занимают одинаковый объем и на выходе дают одинаковый сигнал (например, раздатчик с 9 вагонетками выдаст максимальный сигнал — 15).
Определение пластинки
Компаратор, подключённый входом к проигрывателю, в котором находится пластинка, дает сигнал с силой, зависящей от порядкового номера используемой пластинки.
| Сигнал | Пластинка |
| 0 | нет |
| 1 | 13 |
| 2 | cat |
| 3 | blocks |
| 4 | chirp |
| 5 | far |
| 6 | mall |
| 7 | mellohi |
| 8 | stal |
| 9 | strad |
| 10 | ward |
| 11 | 11 |
| 12 | wait |
| 13 | не используется |
| 14 | не используется |
| 15 | не используется |
Взаимодействие с командным блоком
Если компаратор подключён входом к командному блоку, в котором введена команда /testfor, при обновлении командного блока будет выдаваться сигнал, соответствующий количеству игроков на сервере, соответствующих аргументу команды.
Другое
- Компаратор пропускает сигнал только в одну сторону, а потому может быть использован как диод. Но в отличие от повторителя, компаратор не усиливает сигнал.
- Если поставить два компаратора в кольцо, потом подать и снять сигнал с этого кольца, то сигнал будет плавно затухать со скоростью длина провода минус 1 за 0,1 секунды (для каждого участка). Это позволяет сделать более компактную линию поддержки сигнала, чем на повторителях.
Компараторы. ОУ в качестве компараторов.Основы работы.
Очень часто бывает нужно установить, какой из двух сигналов больше, или определить, когда сигнал достигнет заданного значения. Например, при генерации треугольных колебаний через конденсатор пропускают положительный или отрицательный ток, полярность тока изменяют в тот момент, когда амплитуда достигает заданного пикового значения. Со многими подобными задачами помогут справиться
компараторы.Простейшим компаратором является дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, построенный на основе транзисторов или операционных усилителей.
В зависимости от знака разности входных напряжений операционный усилитель оказывается в положительном или отрицательном насыщении. Коэффициент усиления по напряжению обычно превышает 100 000, поэтому, для того чтобы выход усилителя не насыщался, напряжение на входах должно быть равно долям милливольта.
Промышленность выпускает специальные интегральные схемы, предназначенные для использования в качестве компараторов. К ним относятся, например, интегральные схемы типа LM306, LM311, LM393, NE527 и TLC372. Эти кристаллы обладают очень высоким быстродействием и даже не принадлежат к семейству операционных усилителей. Например, для схемы типа NE521 скорость нарастания составляет несколько тысяч вольт в 1 мкс. Для компараторов обычно не используют термин «скорость нарастания». Вместо этого говорят о задержке распространения относительно сигнала, заданного на вход.
Попробуем ответить на вопрос: можно ли использовать операционные усилители в качестве компараторов?
Иногда операционный усилитель используют в качестве компаратора, в основном, когда нужен только один простой компаратор.
Фазовая компенсация, необходимая для стабильной работы операционного усилителя, означает, что он будет работать очень медленно в качестве компаратора. Но если требования к скорости не важны, операционного усилителя может быть достаточно. Но возникают ситуации, когда некоторые из них работают хорошо … некоторые работают не так, как ожидалось. Почему?Во многих операционных усилителях присутствуют встроенные диоды между входными клеммами, включенные противоположно друг другу (иногда два или более последовательных диода). Эти диоды защищают входные транзисторы от обратного пробоя их соединений база-эмиттер. При многих процессах в интегральных схемах происходит сбой на дифференциальном входе, приблизительно в 6 В. Это может значительно изменить или повредить транзистор. На входном каскаде NPN, показанном ниже, диоды D1 и D2 обеспечивают защиту.
В большинстве распространенных применений операционного усилителя на входах почти нулевое напряжение, и эти диоды никогда не включаются.
И такая защита может стать проблемой для работы компаратора. У нас будет ограниченный диапазон дифференциального напряжения (0,7 В или около того) для переключения одного входа на другой, неожиданно потянувшего его напряжение. В некоторых цепях это может быть совершенно неприемлемо.Проблема в том, что производители операционных усилителей не всегда сообщали о наличии этих диодов. Производители чаще просто предполагают, что мы собираемся использовать операционный усилитель в качестве операционного усилителя.
Вот несколько рекомендаций, которые могут помочь:
Операционные усилители с биполярными NPN-транзисторами, которые имеют диодную защиту — OP07C , OPA227 , OPA277 и т. д.
Операционные усилители общего назначения с боковыми входными транзисторами PNP обычно не имеют входных защит. Например, LM324 , LM358 , OPA234 , OPA2251 и OPA244 .Эти операционные усилители обычно относятся к типу «с одним источником питания». Т.е. они имеют синфазный диапазон, который простирается до отрицательной клеммы питания или немного ниже.
Их часто можно определить по входному току смещения, указанному как отрицательное число. Это говорит о том, что входной ток смещения вытекает из входных контактов. Однако стоит обратить внимание, что высокоскоростные операционные усилители, использующие входы PNP, обычно имеют входные защиты, поскольку это вертикальные PNP с более низким напряжением пробоя.Суть … если вы планируете использовать операционный усилитель в качестве компаратора, будьте осторожны. Изучите его поведение на макете, проверяя влияние одного входного напряжения на другое.
Выходные каскады компараторов обычно обладают большей гибкостью в применениях, чем выходные каскады операционных усилителей. В обычном ОУ используют двухтактный выходной каскад, который обеспечивает размах напряжения в пределах между значениями напряжения питания. В выходном каскаде компаратора эмиттер, как правило, бывает заземлен и выход снимается с «открытого коллектора». С помощью внешнего резистора «притяжения», подключенного к источнику напряжения, можно сделать так, чтобы сигнал на выходе изменялся в пределах, скажем, от +5 В до потенциала земли.
Описанная схема подошла бы для управления логическими схемами типа ТТЛ, получившими широкое распространение в цифровой электронике. Такая схема изображена на рисунке ниже.Напряжение на выходе переключается с уровня +5 В на уровень потенциала земли, когда напряжение на входе становится отрицательным. Эта схема представляет собой пример использования компаратора для аналого цифрового преобразования.
При желании можно представить, что внешний «притягивающий» резистор дополняет внутреннюю схему компаратора и выступает в качестве коллекторной нагрузки для выходного транзистора n-р-n типа. В связи с тем, что выходной транзистор работает как насыщенный или разомкнутый переключатель, строгих требований к величине сопротивления резистора не предъявляют. Обычно сопротивление выбирают в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч ом. Небольшие величины сопротивления обеспечивают большую скорость переключения и повышают помехоустойчивость. Правда, за счет увеличения рассеиваемой мощности.
(При использовании операционного усилителя в качестве компаратора, «притягивающий» резистор был бы не нужен.)Компаратор сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Стоит заметить, что в качестве опорного и сигнального может использоваться любой из двух входов компараторов.
Если опорный сигнал подается на неинвертирующий вход (+), а сигнальный подается на инвертирующий (-), то такой компаратор будет
инвертирующим. Когда сигнальное входное напряжение больше опорного, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения и остаётся неизменным пока сигнальное входное напряжение не уменьшиться ниже опорного напряжения, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения. Фактически на выходе можно устанавливать логическую «1» или «0».И наоборот, если опорный сигнал подается на инвертирующий вход (-), а сигнальный подается на неинвертирующий (+), то такой компаратор будет
неинвертирующим.
Когда сигнальное входное напряжение больше опорного, то выходное напряжение принимает значение положительного напряжения насыщения и остаётся неизменным пока сигнальное входное напряжение не уменьшиться ниже опорного напряжения, в этом случае на выходе будет напряжение отрицательного насыщения.Между прочим, несмотря на то, что компараторы очень похожи на операционные усилители, в них никогда не используют отрицательную обратную связь, так как она понижает стабильность работы этих устройств. В то же время, положительную обратную связь используют довольно часто.
Некоторые пояснения по компараторам.а) напряжения на входах неодинаковы;
б) отсутствие отрицательной обратной связи приводит к тому, что входной импеданс (импеданс для дифференциального сигнала) не стремится принять высокое значение, характерное для операционного усилителя. В результате при срабатывании переключателя наблюдается изменение нагрузки и изменение (небольшое) входного тока;
в) в некоторых компараторах размах дифференциального входного сигнала ограничен и составляет иногда всего ± 5 В.
Смотрите также
Компаратор на операционном усилителе схема
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. 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.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Аналоговые компараторы
- Простейшие компараторы на операционных усилителях
- Компараторы, как они работают.
- Зачем нужен цифровой и аналоговый компаратор
- Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ
- 3.2.4 Компараторы сигналов
- Операционный усилитель для чайников
- «Операционный» усилитель
- Принцип работы компаратора напряжения
- Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Лекция 20 Схема сложения на операционном усилителе
Аналоговые компараторы
Логин или эл. Запомнить меня. Повторите пароль. Введите цифры и буквы. Сколько ножек stm32fc6? Ваш e-mail. Войти Регистрация Восстановление пароля Логин или эл. Ваш e-mail Получить ссылку на изменение пароля. Компаратор — это устройство, которое подает на свой выход сигнал равный разнице между двумя входными сигналами, умноженной на очень большой коэффициент. Тоже-самое делает и операционный усилитель. Разница лишь в том, что компаратор работает без обратной связи и выдает логический уровень, а ОУ предназначен для работы с обратной связью и выдает аналоговый сигнал.
Недавно, думал над проектом в котором уже использовались ОУ и, нужны были компараторы.
Естественно, появился соблазн использовать ОУ в качестве компараторов. Но можно ли так делать? Если кратко, то лучше — не нужно, если длинно, то вот почему: Скорость ОУ рассчитаны для работы с маленькой разницей между входными сигналами.
При большой разнице, транзисторы где-то в недрах микросхемы могут насыщаться и от этого скорость может упасть на порядки. Тоесть, если у нас есть 10МГц ОУ, это совсем не значит что из него получится компаратор с временем реакции в нс. Получается такая парадоксальная ситуация — разница между напряжениями входов увеличивается, а время реакции компаратора уменьшается.
Конечно, не все ОУ насыщаются и это нужно проверять, если вам нужна скорость. Входные цепи Опять-же, из-за того, что ОУ рассчитывают для работы с маленькой разницей входных напряжений, входные цепи могут повести себя совсем не так как вы думаете. К примеру, там могут стоять защитные диоды, которые просто замкнут входы друг на друга. На такую проблему я нарвался, когда пытался использовать LVDS-приемники spartan3 в качестве компараторов.
Кроме того, у ОУ есть такое явление, как инверсия фазы. Когда внутренние цепи входят в насыщение, выходной сигнал внезапно меняет фазу и получается вот такая картина: Практически все современные ОУ не страдают такой болезнью, но лучше проверить это на макетке, если вы, все-таки, собираетесь использовать ОУ в качестве компаратора.
Производители обычно не пишут о том, что ОУ страдает инверсией фазы, зато, с радостью, сообщают если инверсии фазы нет. Выходное напряжение Компараторы часто рассчитываются для работы с определенным логическим стандартом, а вот ОУ — нет. И есть шанс не попасть в логические уровни.
Не забывайте, что размах напряжений на выходе ОУ ограничен и неплохо бы проверить — совместим ли он с вашей логикой. Конечно, это не касается rail-to-rail ОУ. Если напряжение питания ОУ больше чем логические напряжения, придется строить согласователь уровней и вот тут вся экономия на покупке отдельного компаратора, скорее-всего, пропадет.
Вывод А вывод очень прост — постарайтесь не использовать ОУ в качестве компараторов если это возможно.
В большинстве случаев, это принесет больше проблем, чем выгоды. Но, если вы все-таки решились, тщательно изучите даташит на ваш ОУ и протестируйте его на макете перед тем, как делать окончательное решение. Компараторы часто рассчитываются для работы с определенным логическим стандартом, а вот компараторы ОУ — нет. Правила сайта я прочитал после… :. Комментарий отредактирован пользователем pkot.
А что иллюстрирует первый рисунок? Про него, но что справа, что слева рисунки одинаковы :. Комментарий отредактирован пользователем aitras. Дак ОУ и компараторы обозначаются одинаково : Выбор кто из них кто предоставляю вашей фантазии :.
Авторы не дают советов применять или нет, а просто показывают, что ОУ и компаратор — разные вещи. Что поставил в итоге в схему, компаратор или ОУ??
И какой именно электронный компонент? Естественно, это сильно зависит от задачи и того, что уже есть в схеме. LM хорошо работают в качестве компаратора на низких частотах, проверено не единожды.
Также если ОУ имеет rail-to-rail входы, то в качестве компаратора он уже заведомо может работать, остается лишь выяснить быстродействие.
Простейшие компараторы на операционных усилителях
Логин или эл. Запомнить меня. Повторите пароль. Введите цифры и буквы. Сколько ножек stm32fc6?
Компаратор отличается от линейного ОУ устройством и и токам с конкретным типом входов логических схем (технологий ТТЛ и т. д.).
Компараторы, как они работают.
В описанных выше схемах в зависимости от характера управляющего сигнала осуществлялась коммутация входного сигнала или запоминание последнего. Еще одну разновидность аналоговых коммутаторов представляют компараторы. Они осуществляют переключение уровня выходного напряжения, когда непрерывно изменяющийся во времени входной сигнал становится выше или ниже определенного уровня. Основы электроакустики Путь к качественному звуку. Если включить операционный усилитель без обратной связи, как показано на рис.
Его выходное напряжение составляет:. Передаточная характеристика такого компаратора изображена на рис. Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при очень малой величине разности напряжений U 1 — U 2 , поэтому она пригодна для сравнения двух напряжений с высокой точностью.
Зачем нужен цифровой и аналоговый компаратор
Приветствую вас дорогие друзья! А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель. Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают.
Простая схема триггера Шмитта на операционом усилителе имеет симметричные пороговые напряжения относительно нулевой точки и требует для своей работы двуполярное питание. Симметричные пороги ограничивают возможности применения схемы, а двуполярное питание подразумевает использование соответствующего источника, что неудобно, если схема триггера используется совместно с микроконтроллером, напряжение питания которого обычно 5 или 3,3 Вольта.
Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ
Компараторы и операционные усилители, наряду с аналого-цифровыми преобразователями АЦП , являются обычными устройствами ввода, с помощью которых аналоговые сигналы могут управлять цифровыми схемами. На рис. В первой схеме компаратор управляет ТТЛ непосредственно. Большинство компараторов содержат выходной -транзистор с открытым коллектором и заземленным эмиттером, поэтому остается только добавить нагрузочный резистор, подключенный к. Аналогичную схему можно использовать и для КМОП, подключая резистор к.
3.2.4 Компараторы сигналов
Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Аналоговые компараторы.
Исследование характеристик и параметров операционных усилителей, работающих в импульсном режиме.
Исследование типовых схем компараторов.
Операционный усилитель для чайников
Портал о науке и технике Статьи Новости Видео Обзоры. Забыли пароль? Воспользуйтесь строкой поиска, чтобы найти нужный материал. Главная Схемотехника Как работает компаратор на операционном усилителе ОУ.
«Операционный» усилитель
ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Разбираемся с операционным усилителем
Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Не взлетает квадрокоптер 1 ставка. Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места? А разве понятие «эфир» можно всерьёз рассматривать в электронике?
Вообще говоря, сделать из операционного усилителя хороший компаратор невозможно.
Принцип работы компаратора напряжения
Аналоговый компаратор. Аналоговый компаратор — это устройство, предназначенное для сравнения двух сигналов.
Простейшая схема компаратора может быть построена на операционном усилителе без обратной связи. В инженерных расчетах коэффициент усиления идеального операционного усилителя G обычно принимается равным бесконечности. Мы возьмем реальный операционный усилитель — LM
Как работает компаратор на операционном усилителе(ОУ).
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.
операционный усилитель — вопрос схемы компаратора операционных усилителей тестер разряда батареи arduino
спросил
Изменено 6 лет, 7 месяцев назад
Просмотрено 185 раз
\$\начало группы\$
http://forum.
arduino.cc/index.php?topic=8377.0
У меня есть желание построить разрядник/тестер батареи на возраст. Я видел эту схему много лет назад и подумал, что она великолепна, но тогда она была слишком сложной для меня, чтобы построить. теперь я возвращаюсь к этому, и у меня есть несколько вопросов по этой схеме.
почему между выходом операционного усилителя и базой NPN нет токоограничивающего резистора? и не прибавится ли этот ток от ОУ к общей емкости аккумулятора?
D2 — точка считывания напряжения. В качестве датчика тока используется резистор 0,5 Ом. если ток разряда 500 мА, то напряжение v = IR = 0,5 А * 0,5 Ом = 0,25 В; 1А>0,5В; 100 мА>0,05 В; Для аналогового вывода Arduino с ограниченным разрешением (5-0 В 1024; 5/1024 = 0,0048 В). Насколько точным он будет?
Реле используется для завершения процесса разрядки. Будет ли проще использовать НИЗКИЙ цифровой выход на базе NPN? Или, может быть, также можно использовать НИЗКИЙ цифровой выход на Vref операционного усилителя?
- Arduino
- операционный усилитель
- анализ схем
- проектирование схем
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
почему нет токоограничивающего резистора между выходом ОУ и база НПН? и не будет ли этот ток от ОУ добавляется к общей емкости аккумулятора?
Эмиттер принудительно находится на уровне Vref (из-за обратной связи), так что в действительности схема может рассматриваться как эмиттерный повторитель, и такой базовый резистор не требуется.
Для аналогового вывода Arduino с ограниченным разрешением (5-0v 1024; 5/1024=0,0048v) Насколько это будет точно?
Вы путаете разрешение с точностью. Если вы хотите понять точность, примите во внимание ошибки INL, DNL, смещения нуля и наклона усиления, указанные в техническом описании Arduino.
Реле используется для завершения процесса разрядки. Будет ли проще вместо этого используя НИЗКИЙ цифровой выход на базе NPN? Или, может быть также можно использовать НИЗКИЙ цифровой выход на Vref операционного усилителя?
Я бы остановился на Vref до 0 В, чтобы ограничить ток, но имейте в виду, что входное напряжение смещения LM324 может добавить небольшую ошибку и привести к тому, что несколько десятков микроампер все еще будут течь. Может быть, выбрать гораздо лучший операционный усилитель.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
На ваш первый вопрос. Включение резистора последовательно с операционным усилителем потребует большего напряжения от операционного усилителя, а для LM324, питаемого от 5 вольт, не так много лишнего колебания напряжения. Кроме того, операционный усилитель обычно защищен от короткого замыкания на выходе.
Что касается тока операционного усилителя, то он фактически уменьшает ток батареи, а не увеличивает его. Чувствительный резистор устанавливает ток в резисторе на некотором уровне, но этот ток равен сумме токов базы и коллектора. В вашем случае это не проблема, поскольку коэффициент усиления транзистора обычно составляет от 20 до 40, а это означает, что погрешность, вызванная током базы, будет находиться в диапазоне от 2 1/2 до 5 процентов. Если вам нужна большая точность, используйте либо транзистор с более высоким коэффициентом усиления, либо полевой МОП-транзистор, который не пропускает ток через затвор (для низких частот).
Отвечаю на второй вопрос. Если вы хотите управлять этой схемой с аналогового выхода Arduino, вам не следует использовать схему, как показано на рисунке.
Начните с определения максимального значения тока. Допустим, 1 ампер. Как вы поняли, это означает 0,5 вольта на чувствительном резисторе и около 0,5 вольта на операционном усилителе. Вместо вашей схемы, как показано, попробуйте
смоделировать эту схему. Схема, созданная с помощью CircuitLab
R1 и R2 образуют делитель напряжения 10:1, а входное напряжение от 0 до 5 вольт даст от 0 до 0,5 вольт на выходе. усилитель Поскольку входное напряжение точно соответствует току нагрузки, разрешение тестера будет $$ \Delta i = \frac{1 \text{ amp}}{1023} = .977\text{ мА}$$
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Компаратор омметровот Sigma Instruments Компаратор
омметров от Sigma Instruments
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
..
pdf) 
Это актив для электротехнической и электронной промышленности.
Lab I Basic Resistive Circuit Calculations and Measurement
Table 1 Resistor identification and measurement for activity #1
# | Color Code | Color Code Resistance | Цветовой код Допуск | Измеренное сопротивление | % ошибки | В пределах допуска? (Yes or No) | ||
R 1 | Brown Black Yellow Gold | 100k Ohm | ±5% | 97.8k Ohm | — 2,2% | Да | ||
R 2 | Brown Grey Orange Gold 9116 | 18K OHM | 18K | 2 18K | 2 18K | . 17.76k Ohm | -1.33% | Yes |
R 3 | Violet Green Red Gold | 7.5k Ohm | ±1% | 7,49K OHM | -0,13% | Да |
0112 Заключение
Заключение
Заключение
Заключение
444444
Заключение.
Практическое задание №2. Сборка и измерение схемы серии
Проектирование и Методы
Принципиальная схема трех резисторов, соединенных последовательно, и схема делителя напряжения (последовательная схема)
Максимальное напряжение (ab) = 175,43 В
Входное напряжение = 6,01 ВmA
Measured Current = 0.
049 mA
и измеренный ток в действии № 3 больше, чем измеренный ток в действии № 2, потому что общее сопротивление в действии № 3 (параллельная цепь) ниже, чем общее сопротивление в действии № 2 (последовательная цепь), из V = IR, если сопротивление высокое, ток будет низким, а если сопротивление низкое, ток будет высоким.
