Что такое компаратор: Компараторы. Устройство и работа. Виды и применение. Особенности

Компараторы. Устройство и работа. Виды и применение. Особенности

Компараторы — название произошло от принципа работы – сравнения. Так функционируют приборы, производящие измерения способом сравнивания с эталоном: весы с одинаковыми плечами, электрические потенциометры.

По своей принципиальной работе компараторы делятся на механические, электрические и оптические. Приборы с механической конструкцией применяются для проверки конечных мер длины. Компараторы для таких целей впервые применены во Франции в 1792 году, об этом имеется информация в энциклопедиях. Такой компаратор на механической основе работал для поверки эталонного метра во время появления метрической системы Франции. Точность таких замеров компаратора рычагами доходила до 0,0005 мм. Это большая точность для того периода времени.

Наша задача рассмотреть компараторы, применяющиеся в современное время в электротехнике для напряжения.

Принцип работы и виды интегральных компараторов

Компараторы с двумя входами и одним выходом.

Причем один из входов является прямым, а другой инверсным. На эти входы поступает напряжение, которые устройство сравнивает. В зависимости от этого сравнения на своем выходе устройство устанавливает либо логический ноль, когда напряжение на инверсном входе выше, чем на прямом, либо логическую 1, когда напряжение входа прямого выше, чем на инверсном.

На схеме видно стандартное обозначение компаратора. Компаратор сам по себе достаточно универсален и находит широкое применение в радиолюбительской деятельности. На основе компаратора можно собрать таймер, мультивибратор и даже драйвер для светодиодов.

При выборе компаратора следует обратить внимание на следующие параметры:

• Диапазон напряжения питания.
• Диапазон входных напряжений.
• Максимальный ток на выходе компаратора.
• Тип выхода.

Не все компараторы могут установить плюс питания на выходе.

Данная схема построена на переменном резисторе 20 кОм, двух постоянных резисторов 10 кОм, которые образуют собой делитель напряжения на постоянных резисторах. Они подключены к инвертирующему входу. К нему же подключен делитель напряжения на переменном резисторе.

Выход компаратора представляет собой коллектор внутреннего транзистора, эмиттер которого подключен к земле. Этот транзистор либо подключает выход к земле, либо отключает его, поэтому плюса питания на выходе быть не может. Поэтому мы подтягиваем выход компаратора через резистор номиналом 1 кОм к плюсу питания.

Когда на неинвертирующем входе напряжение выше, чем на инвертирующем, транзистор закрывается. Добавленный нами резистор подтягивает к его к плюсу питания, вследствие чего светодиод загорается. Когда на неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем, то транзистор открывается и притягивает выход компаратора к земле, вследствие чего светодиод перестает светиться.

Если же на двух входах напряжение примерно одинаковое, то выход компаратора логично переключается из одного состояния в другое и обратно под воздействием внутренних и внешних помех. Для борьбы с помехами и четкого переключения компаратора из одного состояния в другое собираются схемы с гистерезисом.

Обозначения выводов выглядят следующим образом:

Первая ножка – это выход первого компаратора, вторая ножка – инвертирующий вход первого компаратора, третья – неинвертирующий вход первого компаратора, четвертая – земля, восьмая ножка – напряжение питания. Второй компаратор не используется. Выход подключен желтым проводом к подтягивающему резистору и к светодиоду, зеленый провод подключен к делителю напряжения на постоянных резисторах, белый провод подключен к средней ножке переменного резистора, который является делителем напряжения.

При измерении напряжения питания на делителе напряжения на постоянных резисторах 10 кОм. При включении схемы загорается красный светодиод. Включаем мультиметр для измерения постоянного напряжения диапазона до 20 В, подключим его ко второй ножке микросхемы. Показания напряжения 2,4 В. Это постоянные резисторы, делитель напряжения не будет изменять само напряжение. Так как переменный резистор установлен на неинвертирующем входе, то переключаемся на него. Показания 0,87 В. На неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем. Следовательно светодиод не горит.

При превышении напряжения выше 2,4 В светодиод начинает светиться. При воздействии внешних помех происходит хаотичное переключение выхода компаратора. Здесь может пригодиться схема гистерезиса.

Компараторы применяются в интегральном исполнении в качестве составных деталей микросхем. Интегральные таймеры имеют в составе два входных компаратора. Этим определяется особенность работы прибора. Микроконтроллеры производят со встроенными компараторами. Независимо от конструкции и схемы принцип действия прибора не отличается.

Новые компараторы похожи на операционные усилители, у них высокий усиливающий коэффициент, не имеют обратной связи, входы такого же типа.

Работа компаратора напряжения

В различных описаниях работы устройства приводятся примеры сравнения с рычажными весами. На одну сторону весов ложится гиря – эталон, на другую товар. Когда вес товара станет равным массе гири, или больше, то гири поднимаются вверх, на этом взвешивание окончено.

С работой компаратора напряжения происходит похожий процесс. Вместо гирь выступает опорное напряжение, вместо товара – сигнал входа. При возникновении логической единицы на выходе устройства происходит сравнение напряжений. Это называют «пороговой чувствительностью» компаратора.

Для тестирования устройства не нужно сложной схемы. Необходимо включить вольтметр на выход устройства, а на входы подключить напряжение, которое регулируется. При изменении входного напряжения на вольтметре будет видна работа компаратора.

Характеристики компараторов

При применении приборов нужно учесть характеристики, делящиеся на динамические и статические. Статические – это параметры установившегося режима. Это пороговая чувствительность. Она является наименьшей разностью сигналов входа. При ней возникает логический сигнал на выходе.

Некоторые компараторы оснащены выводами для смещающего напряжения, осуществляющего смещение характеристики передачи от идеального положения. Важным параметром является гистерезис, то есть разница напряжений входа. Он обусловлен обратной связью положительного значения, предназначенного для устранения «дребезга» сигнала выхода при переключении компаратора.

Устройство

Схема прибора довольно сложная, большая и не слишком понятная. Рассмотрим простую функциональную схему по рисунку.

Показан дифференциальный каскад входа, схема уровневого смещения, логика выхода. Дифференциальный каскад производит основное усиление сигнала разности. Устройством смещения осуществляется оптимальное состояние выхода. Это дает возможность выбрать тип логики для работы. Такая настройка производится подстроченным резистором на выводах «балансировки».

Компаратор с памятью и стробированием

Современные инновационные компараторы оснащены стробирующим входом. Это значит, что сравнение сигналов входа осуществляется только при подаче импульса. Это дает возможность сравнить сигналы входа в необходимый момент.

Простая схема структуры устройства со стробированием:

Устройства по рисунку с парафазным выходом, подобно триггеру – прямой верхний выход, нижний (кружок) – инверсный. С – стробирующий вход. На рисунке а) стробирование сигналов входа осуществляется по высокому уровню входа С. На обозначении входа С изображают знак инверсии маленьким кружком.

Рисунке б) стробирующий вход с чертой /. Это значит, что стробирование проходит по восходящему импульсу. Стробирующий сигнал – разрешение сравнения. Итог сравнения появляется на выходе при действии импульса стробирования. На некоторых устройствах есть память (с триггером). Они сохраняют результат до следующего импульса.

Время импульса стробирования (фронта) должно хватать для того, чтобы сигнал входа успевал проходить через дифференциальный каскад до срабатывания ячейки памяти. Использование стробирования повышает защиту от помех, так как помеха изменяет состояние устройства за время импульса.

Классификация

Компараторы делятся на три группы: общего применения, прецизионные и быстродействующие. В практической деятельности чаще применяются устройства общего применения.

Такие устройства имеют особенности и свойства, привлекающие к себе внимание. Они потребляют небольшую мощность, могут работать при малом напряжении питания. В одном корпусе можно разместить 4 устройства. Эта группа иногда дает возможность производить полезные устройства.

Это простой преобразователь сигнала в унитарный цифровой код, который можно преобразовать в двоичный, цифровым преобразованием. На схеме имеется 4 компаратора. Напряжение опорное подается на инвертирующие входы по делителю резистивного типа. При одинаковых резисторах на инвертирующих входах устройства напряжение будет равно n * Uоп / 4, n – номер устройства. Напряжение входа подается на неинвертирующие входы, которые соединены вместе.

В итоге сравнения напряжения входа с опорным, на компараторных выходах образуется цифровой унитарный код напряжения входа.

Похожие темы:

Что такое компараторы | Определение, основные понятия

В большинстве измерительных приборов, выпускаемых НПФ КонтрАвт (регуляторы, нормирующие преобразователи, модули ввода-вывода, видеографические регистраторы) присутствуют такие функциональные элементы как компараторы. Чаще всего они применяются для выполнения функции сигнализации. Но это далеко не единственное их функциональное назначение.

К сожалению, наша практика показывает, что пользователи часто не применяют компараторы в своих задачах, а, значит, не используют весь потенциал, содержащийся в измерительном приборе.

На наш вопрос “Почему не применяете?”, отвечают “Не совсем понимаем, что это такое, как работает”, “Не знаем зачем они нужны”, “Нет задачи для них”, “Зачем усложнять”.

В связи с этим мы начинаем серию небольших статей, посвященных компараторам, в которых расскажем что такое компараторы, как они работают, а главное, на конкретных примерах покажем какие задачи призваны решать компараторы.

Мы уверены, что измерительные приборы НПФ КонтрАвт должны работать на все 100%.

 

Понятия компаратора

В общем смысле компаратор – (от лат. to compare – “сравнивать”) – это пороговое логическое устройство, предназначенное для сравнения каких-либо величин.

В измерительных приборах НПФ КонтрАвт компараторы реализованы программно как функциональные блоки.

На выходе компаратора возникает дискретный сигнал, который может находиться в одном из двух состояний: включено (1) или выключено (0).

Каким именно будет состояние сигнала на выходе у компаратора зависит от соотношения измеренного сигнала на входе компаратора и задаваемых пользователем порогов (уставок).

Конкретная зависимость состояния выходного сигнала компаратора от измеренного сигнала в его сравнении с порогами описывается 

функцией компаратора, которую удобно представлять в графическом виде.

                                                                                 Пример функции компаратора

 

Пример функции компаратора показан на рисунке. Он наглядно иллюстрирует принцип работы компаратора. Пороги задаются величинами H и h.

Так если входной сигнал находится в области 1 и увеличивается, то при достижении порога H компаратор переходит в из состояния «ВЫКЛЮЧЕНО» в состояние «ВКЛЮЧЕНО».

Если же входной сигнал находится в области 2 и уменьшается, то при достижении порога h компаратор переходит из состояния «ВКЛЮЧЕНО» в состояние «ВЫКЛЮЧЕНО».

Обратим внимание на то, что в области порогов h и H в поведении компаратора наблюдается гистерезис и состояние выхода компаратора 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.

Более подробно о том для чего в компараторах вводят гистерезис мы опишем в отдельной статье.

 

Основные функции компараторов

Обычно рассматривают основные четыре функции компаратора. Для удобства в название функции компаратора мы включили указание на ту область значений входного сигнала, где компаратор находится в состоянии “ВКЛЮЧЕНО”.

1. Функция “БОЛЬШЕ” – компаратор ВКЛЮЧЕН, если входной сигнал больше значения порога.

 

2.  Функция “МЕНЬШЕ” – компаратор ВКЛЮЧЕН, если входной сигнал меньше значения порога.

 

3. Функция “В ИНТЕРВАЛЕ”

 – компаратор ВКЛЮЧЕН, если входной сигнал находится в интервале между порогами.

 

4. Функция “ВНЕ ИНТЕРВАЛА” – компаратор ВКЛЮЧЕН, если входной сигнал находится вне интервала между порогами.

 

ПРИМЕЧАНИЕ. Здесь показаны функции с одним или двумя порогами. Если возникает необходимость в функциях с большим числом порогов, то их на практике получают путем логического соединения нескольких таких простейших функций компараторов.

Указанные функции описывают работу компаратора в зависимости только лишь от соотношения входного сигнала и порога. Однако можно ввести дополнительные условия, при которых компаратор будет срабатывать, например, задержка срабатывания, пропуск первого срабатывания и т. д. Об этих дополнительных возможностях компараторов, которые расширяют спектр решаемых задач, будет идти речь далее.

Часть 2 – статья “Гистерезис в компараторах”

Часть 3 – статья “Уставки в компараторах”

Часть 4 – статья “Задержка переключения компаратора”

Что такое компаратор и триггер Шмидта

Компаратор нулевого уровня. Инвертирующая и неинвертирующая схемы

Компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения двух входных сигналов, также это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам. В данной схеме (рис. 1) на неинвертирующий вход подается ноль, а на инвертирующий напряжение Uвх (обычно с амплитудой не более 15В). Входной сигнал имеет синусоидальную форму, а на выходе компаратора сигнал имеет прямоугольную форму (меандр). В компараторе напряжение Uвх сравнивается с нулем и в моменты, когда напряжение Uвх = 0 происходит переключение компаратора.

Рис.

1. Схема компаратора нулевого уровня

Из графиков видно, что сдвиг по фазе между входным сигналом и первой гармоникой выходного сигнала составляет 180 градусов (Δφ = 180º). Если подавать напряжение Uвх на неинвертирующий вход, а Uвх = 0 на инвертирующий, то такой сдвиг по фазе составляет ноль градусов (Δφ = 0º).

Компаратор ненулевого уровня

В данной схеме входное напряжение сравнивается с ненулевым опорным напряжением (Uоп ≠ 0). Опорное напряжение подается с резистивного делителя напряжения, выполненного на резисторах R1 и R2. Необходимую величину опорного напряжения легко получить с помощью подбора резисторов R1 и R2. В моменты, когда входное напряжение сравнивается с опорным напряжением, происходит переключение компаратора.

Относительная продолжительность включения – это отношение продолжительности t1 состояния выхода компаратора с положительным напряжением Uвых >0 к периоду T выходного напряжения

Рис. 2. Схема компаратора ненулевого уровня

Компараторы, представленные на схемах (рис. 1 – 2), имеют ряд недостатков, одним из основных является дребезг выходного напряжения при повышенном уровне шумов во входном сигнале.

---

---

Схема операционного усилителя с положительной обратной связью
(Триггер Шмитта)

Триггер Шмитта или схема компаратора с положительной обратной связью позволяет устранить недостатки простых схем компаратора (рис. 3), избежать дребезга выходного напряжения, возникающего вследствие неизбежного наличия шумов во входном сигнале

В триггере Шмитта на инвертирующий вход подаѐтся входной сигнал, а на неинвертирующий поступает сигнал положительной
обратной связи – опорное напряжение Uоп. Величину опорного напряжения можно регулировать с помощью резисторов R1 и R2. В цепи отрицательной обратной связи два стабилитрона VD1 и VD2 включены встречно — последовательно. Данные стабилитроны предназначены для ограничения амплитуды выходного прямоугольного сигнала на некотором заданном уровне.

Регулировочная характеристика триггера Шмитта представляет собой прямоугольную петлю гистерезиса. Это позволяет использовать схему в качестве формирователя прямоугольных импульсов из некоторого входного напряжения, в частности, из синусоидального.

Рассмотрение работы схемы начнѐм с момента t = 0. В данной схеме входное напряжение Uвх сравнивается с положительным опорным напряжением Uоп, и как только входное напряжение превысит опорное напряжение, схема переключится и на выходе появится отрицательное напряжение.

После момента переключения входное напряжение, достигнув некоторого максимального значения, снова уменьшится до величины, равной входному напряжению в момент переключения, однако компаратор не переключится. Это связано с тем, что

опорное напряжение снимается с резистивного делителя, подключенного к выходу компаратора, и изменение знака выходного напряжения при переключении приводит к изменению знака опорного напряжения. В дальнейшем входное гармоническое напряжение не только спадает до нуля, но меняет свой знак и увеличивается до величины равной отрицательному опорному напряжению. Именно в этот момент будет происходить переключение схемы и на выходе установится положительное выходное напряжение.

Рис. 3. Триггер Шмидта

Схема триггера Шмитта не реагирует на шумы, т.е. переключение происходит только в те моменты, когда входное напряжение превышает модуль опорного напряжения

Операционный усилитель с положительной обратной связью и односторонней петлѐй гистерезиса

Как можно видеть из рисунка 4, отличие данной схемы от схемы триггера Шмитта состоит в наличии в цепи положительной обратной связи диода VD1.

Рис. 4. Схема операционного усилителя с положительной обратной связью и односторонней петлей гистерезиса

Данный диод, находящийся в цепи положительной обратной связи, необходим для подачи на неинвертирующий вход отрицательного опорного напряжения, что приводит к уменьшению ширины петли гистерезиса в два раза.

См. также: Использование встроенного модуля компаратора в контроллерах Microchip PIC. Приемы, трюки, лайфхаки…

---

Компаратор – это… Что такое Компаратор?

Проходная характеристика неинвертирующего компаратора

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство^[1]) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного и выходного каскадов:

• Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения.
• Выходной каскад компаратора выполняется совместимым по логическим уровням и токам с конкретным типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны выходные каскады на одиночном транзисторе с открытым коллектором (совместимость с ТТЛ и КМОП логикой).
• Для формирования гистерезисной передаточной характеристики, компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.

При подаче эталонного напряжения сравнения на инвертирующий вход, входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).

При подаче эталонного напряжения сравнения на неинвертирующий вход, входной сигнал подаётся на инвертирующий вход и компаратор является инвертирующим (инвертором).

Несколько реже применяются компараторы на основе логических элементов, охваченных обратной связью (см., например, триггер Шмитта — не компаратор по своей природе, но устройство с очень схожей областью применения).

При математическом моделировании компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при одинаковых напряжениях на обоих входах компаратора. В этой точке компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. Проблему можно решить, если принять доопределение, что, в точке неустойчивого равновесия выходное напряжение компаратора остаётся в предыдущем состоянии.

Реализации

В аналоговой схемотехнике компаратор обычно реализуется на базе операционного усилителя, охваченного резистивной положительной обратной связью.

Компараторы с двумя и более напряжениями сравнения

Строятся на двух и более дифференциальных усилителях.

Компараторы, построенные на двух дифференциальных усилителях, можно условно разделить на двухвходовые и трёхвходовые. Двухвходовые компараторы применяются в тех случаях, когда сигнал изменяется достаточно быстро (не вызывает быстрых переключений состояния выхода, и на выходе генерируют один из потенциалов, которыми запитаны опреационные усилители (как правило — +5В или 0В).

Троичный компаратор

Трёхвходовой (троичный) компаратор имеет два напряжения сравнения. Два напряжения сравнения делят весь диапазон входных напряжений на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения в чёткой троичной логике. Двухбитный троичный (2B BCT) логический сигнал (трит) на выходе троичного компаратора указывает в каком из трёх поддиапазонов находится входное напряжение. Логическая часть троичного компаратора выполняет унарную троичную логическую функцию – “повторитель” (F107₃ = F8₁₀). Двухбитный троичный трит (2B BCT) может быть преобразован в трёхбитный трит (3B BCT) или в трёхуровневый трит (3LCT).
Троичный компаратор является простейшим одноразрядным троичным АЦП.
Троичный компаратор является переходником из нечёткой (fuzzy) троичной логики в чёткую троичную логику для решения задач нечёткой троичной логики средствами чёткой троичной логики.
Применяется в прецизионном триггере Шмитта с RS-триггером.
Троичный компаратор низкого качества с двоичными компараторами на цифровых логических элементах применён в троичном индикаторе напряжения источника питания с преобразованием двухбитного трита (2B BCT) в трёхбитный одноединичный трит (3B BCT)^[2].

Многовходовые компараторы

Входной каскад параллельных АЦП прямого преобразования является многоуровневым компаратором. В нём применяются напряжений сравнения, где n — количество битов выходного кода.

Промышленные компараторы

Пример широко известных компараторов: LM311 (российский аналог — КР554СА3), LM339 (российский аналог — К1401СА1). Эта микросхема часто встречается, в частности, на системных платах ЭВМ, а также в системах управления ШИМ контроллеров в блоках преобразования напряжения (например в компьютерных блоках питания с системой питания ATX). Подробнее о них можно узнать из книги «Электроника», О. В. Миловзоров, И. Г. Панков — 2004; «Электронные приборы и усилители», Ф. И. Вайсбурд, Г. А. Панаев, Б. Н. Савельев — 2005

Примечания

Ссылки

Микросхемы, производившиеся в СССР
Технологии	РТЛ • ДТЛ • ТТЛ • ЭСЛ • N-МОП • КМОП • И3Л
Система обозначения по ГОСТ 18682-73	Конструктивно- технологическое исполнение 1; 5; 7 — полупроводниковая • 2; 4; 6; 8 — гибридная • 3 — прочие Серия 100 • 101 • 104 • 106 • 108 • 109 • 110 • 113 • 114 • 115 • 118 • 119 • 120 • 121 • 122 • 123 • 124 • 128 • 129 • 130 • 131 • 133 • 134 • 136 • 137 • 138 • 140 • 141 • 142 • 144 • 146 • 149 • 153 • 155 • 157 • 158 • 159 • 162 • 166 • 167 • 172 • 173 • 174 • 176 • 177 • 178 • 187 • 190 • 198 • 201 • 204 • 210 • 217 • 218 • 223 • 224 • 226 • 228 • 229 • 230 • 237 • 243 • 264 • 265 • 284 • 504 • 511 • 580 • 1801 • 1810 • 1839 Выполняемая функция Вторичные источники питания — Е Выпрямители ЕВ • Преобразователи ЕМ • Стабилизаторы: напряжения ЕН • тока ЕТ • Прочие ЕП Генераторы сигналов — Г Гармонических ГС • Прямоугольных (мультивибраторы) ГГ • Линейно-изменяющихся ГЛ • Специальной формы ГФ • Шума ГМ • Прочие ГП Детекторы — Д Амплитудные ДА • Импульсные ДИ • Частотные ДС • Фазовые ДФ • Прочие ДП Коммутаторы и ключи — К Тока КТ • Напряжения КН • Прочие КП Логические элементы — Л И ЛИ • ИЛИ ЛЛ • НЕ ЛН • И-ИЛИ ЛС • И-НЕ/ИЛИ-НЕ ЛБ • И-ИЛИ-НЕ ЛР • И-ИЛИ-НЕ/И-НЕ ЛК • ИЛИ-НЕ/ИЛИ ЛМ • Расширители ЛД • Прочие ЛП Микросборки, наборы элементов — Н Диодов НД • Транзисторов НТ • Резисторов НР • Конденсаторов НЕ • Комбинированные НК • Прочие НП Многофункциональные микросхемы — Х Аналоговые ХА • Цифровые ХЛ • Комбинированные ХК • Прочие ХП Модуляторы — М Амплитудные МА • Частотные МС • Фазовые МФ • Импульсные МИ • Прочие МП Преобразователи — П Частоты ПС • Фазы ПФ • Длительности ПД • Напряжения ПН • Мощности ПМ • Уровня (согласователи) ПУ • Код-аналог ПА • Аналог-код ПВ • Код-код ПР • Прочие ПП Схемы задержки — Б Пассивные БМ • Активные БР • Прочие БП Схемы селекции и сравнения — С Амплитудные (уровня сигнала) СА • Временные СВ • Частотные СС • Фазовые СВ • Прочие СП Триггеры — Т JK-типа ТВ • RS-типа (с раздельным запуском) ТР • D-типа ТМ • T-типа ТТ • Динамические ТД • Шмитта ТЛ • Комбинированные ТК • Прочие ТП Усилители — У Высокой частоты УВ • Промежуточной частоты УР • Низкой частоты УН • Импульсных сигналов УИ • Повторители УЕ • Считывания и воспроизведения УЛ • Индикации УМ • Постоянного тока УТ • Операционные и дифференциальные УД • Прочие УП Фильтры — Ф Верхних частот ФВ • Нижних частот ФН • Полосовые ФЕ • Режекторные ФР • Прочие ФП Формирователи — А Импульсов прямоугольной формы АГ • Адресных токов (формирователи напряжений и токов) АА • Импульсов специальной формы АФ • Разрядных токов (формирователи напряжений и токов) АР • Прочие АП Элементы арифметических устройств — И Регистры ИР • Сумматоры ИМ • Полусумматоры ИЛ • Счётчики ИЕ • Шифраторы ИВ • Дешифраторы ИД • Комбинированные ИК  • Прочие ИП Элементы запоминающих устройств — Р Матрицы-накопители ОЗУ РМ • Матрицы-накопители ПЗУ РВ • Матрицы-накопители ОЗУ со схемами управления РУ • Матрицы-накопители ПЗУ со схемами управления РЕ • ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием РФ  • Матрицы различного назначения РП
Тип корпуса (ГОСТ 17467-72)	Тип 1  • Тип 2 • Тип 3 • Тип 4 •
Производители	Ангстрем • Алмаз • ВНИИС • ЕРЗ • ИРЗ • Интеграл • Полёт • МНИИПА • НИИЭТ • МЦСТ

Ардуино и микросхемы | Что такое компаратор

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство^[1]) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает, в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

• Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения.
• Выходной каскад компаратора выполняется совместимым по логическим уровням и токам с конкретным типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны выходные каскады на одиночном транзисторе с открытым коллектором (совместимость с ТТЛ и КМОП логикой).
• Для формирования гистерезисной передаточной характеристики компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.

При подаче эталонного напряжения сравнения на инвертирующий вход входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход, и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).

При подаче эталонного напряжения сравнения на неинвертирующий вход входной сигнал подаётся на инвертирующий вход, и компаратор является инвертирующим (инвертором).

Несколько реже применяются компараторы на основе логических элементов, охваченных обратной связью (см., например, триггер Шмитта — не компаратор по своей природе, но устройство с очень схожей областью применения).

Что такое подвесной компаратор массы?

Подвесной компаратор массы представляет собой прибор для измерения массы с высокой точностью. Принцип работы устройства основан на сравнении массы груза с эталонной. Компаратор массы отличается от обычных весов высоким показателем точности. Подвесные компараторы массы применяются в метрологических лабораториях, для проверки гирь и калибровки весов, в лабораториях и производствах, где требуется минимальная погрешность. Рассмотрим принцип работы, особенности использования и преимущества использования подвесного компаратора массы.

Принцип действия

Принцип работы подвесного компаратора массы основан на электромагнитной компенсации веса взвешиваемого груза и цифровой обработки компенсационного сигнала. Для максимальной точности измерения в некоторых моделях компараторов массы груз взвешивается в вакууме.
Современные подвесные компараторы массы поставляются вместе со специально разработанным программным обеспечением, которая позволяет проводить дифференцированное взвешивание и проводить все расчеты автоматически. Большинство компараторов массы являются полностью автоматизированными приборами. Некоторые модели обладают дополнительной защитой от пыли, влаги и агрессивных сред. К преимуществам использования подвесного компаратора массы относится сверхточное взвешивание и функциональность.

Сфера применения

Подвесные компараторы массы обладают широкой сферой применения, которой относится:

• Калибровка гирь. Именно компаратор массы удобнее всего использовать для калибровки гирь, проверки их соответствия указанному весу для максимально точного измерения. Данные гири в последствии могут использоваться для определения веса с максимальной точностью.
• Авиастроение. Максимально точные измерения могут потребоваться при производстве двигателей и приборов в космическом и авиационном строительстве.
• Определение потери массы газов из тяжелых сосудов. В лабораторных условиях только сверхточный компаратор может определить массы потери газов, поэтому использование других методов взвешивания окажется неэффективным.
• Для определения степени механического повреждения изделия по тому, какой объем от общей массы оно потеряло. В данном случае потеря массы может быть насколько небольшой, что другие способы взвешивания не выявят повреждения.

Подвесные компараторы массы используются в различных процессах от калибровки гиль до работы в авиастроении. К преимуществам использования такого весового оборудования относится и возможность использовать компаратор для точной дозировки сыпучих и жидких материалов в тару, которая имеет различный объем и вес.

Преимущества и особенности использования

Подвесные компараторы массы относятся к высокотехнологическому и точному весовому оборудованию. К основным преимуществам использования компараторов массы относится:

• Автоматический режим калибровки и проверки гирь. Позволяет упросить работу оператора и минимизировать человеческий фактор.
• Возможность подключения оборудования к компьютеру, чтобы все данные сохранялись, выводились на печать, формировались отчеты.
• Стабильность работы даже при интенсивной эксплуатации.
• Если требуется провести взвешивание с максимальным уровнем точности и без погрешности, можно использовать подвесные компараторы, в которых взвешивание происходит в вакууме.
• Отличные метрологические свойства оборудования, что позволяет использования его для оборудования станций.
• Широкая функциональность и использования инновационных разработок.

Подвесные компараторы массы обладают надежной влаго- и пылезащитой, что гарантирует высокоточные результаты измерения вне зависимости от условий, в которых они проводятся.

Что такое компаратор напряжения – Морской флот

Общие сведения

Компаратор – это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть U_вх – анализируемый сигнал и U_оп – опорный сигнал сравнения, а выходной U_вых – дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации:

(1)

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. 1).

Рис. 1. Характеристики компараторов

Рис. 2. Процессы переключения компараторов

Чтобы выходной сигнал компаратора изменился на конечную величину |U 1 _вых – U 0 _вых| при бесконечно малом изменении входного сигнала, компаратор должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления (эпюра 1 на рис. 2) 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 U_вх близком к нулю характеристика будет иметь вид рис. 1а. Это приведет к двум неприятным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении U_вх выходной сигнал также будет изменяться замедленно, что плохо отразится на работе последующих логических схем (эпюра 2 на рис. 2). 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. 1б). Наличие гистерезиса хотя и вызывает некоторую задержку в переключении компаратора (эпюра 4 на рис. 2), но существенно уменьшает или даже устраняет дребезг U_вых.

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. 3. Схема компаратора на ОУ

Пусть R₁ = R₂. Если U_вх – U_оп > 0, то диод VD₂ открыт и выходное напряжение схемы небольшое отрицательное, равное падению напряжения на открытом диоде. При U_вх – U_оп m А710 (отечественный аналог – 521СА2), разработанного Р. Видларом (R.J.Widlar) в США в 1965 г., приведена на рис. 4.

Рис. 4. Схема компаратора m А710

Она представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT₁, VT₂, нагруженный на каскады ОЭ на VT₅ и VT₆. Каскад на VT₅ через транзистор VТ₄ управляет коллекторным режимом входного каскада и через транзистор в диодном включении VТ₇ 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, а 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 VТ₅. При обратном знаке входного напряжения VT₆ насыщается, потенциал его коллектора оказывается близок к напряжению стабилизации стабилитронов VD₁ 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, 521СА3 или LM311 имеют открытые, т.е. неподключенные, и коллектор и эмиттер. Две основные схемы включения компараторов такого типа приведены на рис. 5.

Рис. 5. Схемы включения выходного каскада компаратора 521СА3

На рис. 5а выходной транзистор компаратора включен по схеме с общим эмиттером. При потенциале на верхнем выводе резистора равном +5 В к выходу можно подключать входы ТТL, nМОП- и КМОП-логику с питанием от источника 5 В. Для управления КМОП-логикой с более высоким напряжением питания следует верхний вывод резистора подключить к источнику питания данной цифровой микросхемы.

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

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. 1б). Пороговые напряжения этой схемы определяются по формулам

,

Из-за несимметрии выхода компаратора петля гистерезиса оказывается несимметричной относительно опорного напряжения.

Рис. 6. Компаратор с положительной обратной связью

В заключение, перечислим некоторые особенности компараторов по сравнению с ОУ.

1. 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 (а при наличии внутреннего гистерезиса – гарантировано) самовозбуждение компараторов.
2. В связи с тем, что в схеме нет отрицательной обратной связи, напряжения на входах компаратора неодинаковы.
3. Из-за отсутствия отрицательной обратной связи входное сопротивление компаратора относительно низко и может меняться при изменении входных сигналов.
4. Выходное сопротивление компараторов значительно и различно для разной полярности выходного напряжения.

Двухпороговый компаратор

Двухпороговый компаратор (или компаратор “с окном”) фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона. Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть операции логического умножения (рис. 7а). Как показано на рис. 7б, на выходе логического элемента единичный уровень сигнала будет иметь место тогда, когда выполняется условие U₁ m А711 (отечественный аналог – 521СА1).

Рис. 7. Схема двухпорогового компаратора (а) и диаграмма его работы (б)

Параметры компараторов

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

Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.

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

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

Компара́тор аналоговых сигналов (от лат. comparare «сравнивать») — сравнивающее устройство [1] : электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая сигнал высокого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе («+») больше, чем на инвертирующем (инверсном) входе («−»), и сигнал низкого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе меньше, чем на инверсном входе. Значение выходного сигнала компаратора при равенстве входных напряжений, в общем случае не определено. Обычно в логических схемах сигналу высокого уровня приписывается значение логической 1, а низкому — логического 0.

Через компараторы осуществляется связь между непрерывными сигналами, например, напряжения и логическими переменными цифровых устройств.

Применяются в различных электронных устройствах, АЦП и ЦАП, устройствах сигнализации, допускового контроля и др.

Одно из напряжений (сигналов), подаваемое на один из входов компаратора обычно называют опорным или пороговым напряжением. Пороговое напряжение делит весь диапазон входных напряжений, подаваемых на другой вход компаратора на два поддиапазона. Состояние выхода компаратора, высокое или низкое, указывает, в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение. Компаратор с одним входным пороговым напряжением принято называть однопороговым компаратором, существуют компараторы с двумя или несколькими пороговыми напряжениями, которые, соответственно делят диапазон входного напряжения на число поддиапазонов на 1 большее числа порогов.

Сравниваемый сигнал может подаваться как на инвертирующий, так и на неинвертирующий вход компаратора. Соответственно, в зависимости от этого компаратор называют инвертирующим или неинвертирующим.

Содержание

Математическое описание компаратора [ править | править код ]

В аналитическом виде идеальный однопороговый неинвертирующий компаратор задаётся следующей системой неравенств:

U_end>>”> U o u t = < U 0 , if U i n U r e f не определено , if U i n = U r e f U 1 , if U i n >U r e f <displaystyle U_=<eginU_<0>,&<mbox>U_ U_end>> U_end>>”/> где U r e f <displaystyle U_> — напряжение порога сравнения, U o u t <displaystyle U_> — выходное напряжение компаратора, U i n <displaystyle U_> — входное напряжение на сигнальном входе компараторе.

Третьему, неопределённому значению, в случае бинарного состояния выхода можно:

1. присвоить U 0 <displaystyle U_<0>>или U 1 <displaystyle U_<1>>,
2. присвоить U 0 <displaystyle U_<0>>или U 1 <displaystyle U_<1>>случайным образом динамически,
3. учитывать предыдущее состояние выхода и считать равенство недостаточным для переключения,
4. учитывать первую производную по времени выходного сигнала и её равенство нулю считать недостаточным для переключения.

В случае использования многозначной логики, например, троичной для учёта третьего состояния (равенство) применить соответствующую троичную функцию из чёткой троичной логики с чётким третьим значением.

Схемотехника компараторов [ править | править код ]

Схемотехнически простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель с высоким коэффициентом усиления (в идеале — бесконечным). Обычно в качестве компараторов напряжения в современной электронике применяют микросхемы операционных усилителей (ОУ). Но существуют и выпускаются специализированные для применения в качестве компараторов микросхемы.

Микросхема компаратора отличается от обычного линейного (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

• Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон дифференциальных входных напряжений (между инвертирующим и неинвертирующим входами), вплоть до значений питающих напряжений, а также полный диапазон синфазных напряжений.
• Выходной каскад компаратора обычно конструируют совместимым по логическим уровням и токам с распространённым типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны исполнения выходного каскада компаратора на одиночном транзисторе с открытым коллектором, что обеспечивает одновременную совместимость с ТТЛ и КМОП логическими микросхемами.
• Микросхемы компараторов не рассчитаны для работы с отрицательной обратной связью как ОУ и при их применении отрицательная обратная связь не используется. И наоборот, для формирования гистерезисной передаточной характеристики компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.
• При проектировании микросхем компараторов уделяется особое внимание быстрому восстановлению входного каскада после перегрузки и смены знака разности входных напряжений. В быстродействующих компараторах для повышения быстродействия схемотехнически не допускают захода биполярных транзисторов в выходном каскаде в режим насыщения.

Компараторы охваченные положительной обратной связью имеют гистерезис и по сути являются двухпороговыми компараторами, часто такой компаратор называют триггером Шмитта.

При равенстве входных напряжений реальные компараторы и ОУ, включенные по схеме компараторов дают хаотически изменяющийся выходной сигнал из-за собственных шумов и шумов входных сигналов. Обычная мера подавления такого хаотического переключения — введение положительной обратной связи для получения гистерезисной передаточной характеристики.

При программном моделировании компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при одинаковых напряжениях на обоих входах компаратора. В этой точке компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. Проблему можно решить множеством разных способов, описанных в подразделе «программный компаратор».

Программное моделирование компаратора [ править | править код ]

В программах в качестве первого приближения можно использовать простейшую модель асимметричного компаратора, в котором третье значение с равными величинами сравниваемых входных переменных постоянно приписывается к «0» или к «1», в примере, приведенном ниже, третье значение постоянно приписывается к «0»:

В более сложных моделях симметричных компараторов третье значение можно, в рамках двоичной логики:

1. приписать к «0» или к «1» постоянно,
2. приписывать к «0» или к «1» случайным образом динамически,
3. учитывать предыдущее значение и считать равенство недостаточным для переключения,
4. учитывать первую производную и её равенство нулю считать недостаточным для переключения,

или выйти за рамки двоичной логики и:

1. для учёта третьего значения (равенство) применить соответствующую троичную функцию из чёткой троичной логики с чётким третьим значением.

Существующая проблема третьего состояния при программном моделировании, когда два числа, представленные кодовыми словами, могут быть в точности равны, на практике не имеет места: два напряжения не могут в точности совпадать, так как, во-первых, аналоговое напряжение величина неквантуемая, а во-вторых, существует шум, напряжение смещения входов компаратора, и иные возмущения, разрешающие неоднозначность даже в случае равенства входных напряжений аналогового компаратора.

Компараторы с двумя и более напряжениями сравнения [ править | править код ]

Строятся на двух и более обычных компараторах.

Двухпороговый (троичный) компаратор [ править | править код ]

Двухпороговый (троичный) компаратор имеет два напряжения сравнения и состоит из двух обычных компараторов. Два напряжения сравнения делят весь диапазон входных напряжений на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения в чёткой троичной логике. Двухбитный троичный (2B BCT) логический сигнал (трит) на выходе троичного компаратора указывает, в каком из трёх поддиапазонов находится входное напряжение. Логическая часть троичного компаратора выполняет унарную троичную логическую функцию — «повторитель» (F107₃ = F8₁₀). Двухбитный троичный трит (2B BCT) может быть преобразован в трёхбитный трит (3B BCT) или в трёхуровневый трит (3LCT). [ источник не указан 562 дня ]

В аналитическом виде двухпороговый (троичный) компаратор задаётся следующими системами неравенств:

U_\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>end>>”> < U r e f 2 >U r e f 1 U o u t 1 = < 0 , if U i n U r e f 1 u n d e f i n e d , if U i n = U r e f 1 1 , if U i n >U r e f 1 U o u t 2 = < 0 , if U i n U r e f 2 u n d e f i n e d , if U i n = U r e f 2 1 , if U i n >U r e f 2 <displaystyle <eginU_>U_\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>end>> U_\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>\U_=<egin0,&<mbox>U_ U_end>end>>”/>

где:
U_ref1 и U_ref2 — напряжения нижнего и верхнего порогов сравнения,
U_out1 и U_out2 — выходные напряжения компараторов, а
U_in — входное напряжение на компараторах.

Двухпороговый (троичный) компаратор является простейшим одноразрядным троичным АЦП.

Троичный компаратор является переходником из нечёткой (fuzzy) троичной логики в чёткую троичную логику для решения задач нечёткой троичной логики средствами чёткой троичной логики.

Тумблеры и переключатели на 3 положения без фиксации (ON)-OFF-(ON) [2] [3] являются механоэлектрическими троичными (двухпороговыми) компараторами, в которых входной величиной является механическое отклонение рычага от среднего положения.

Двухпороговый (троичный) компаратор выпускается в виде отдельной микросхемы MA711H (К521СА1).

Троичный компаратор низкого качества с двоичными компараторами на цифровых логических элементах 2И-НЕ применён в троичном индикаторе напряжения источника питания с преобразованием трёх диапазонов входного напряжения в один трёхбитный одноединичный трит (3B BCT) [4] . Для построения прецизионного триггера Шмитта в этой схеме не хватает двоичного RS-триггера, который можно выполнить на двух дополнительных логических элементах 2И-НЕ (например, использовать два из четырёх логических элементов 2И-НЕ микросхемы К155ЛА3).-1> напряжений сравнения, где n — количество битов выходного кода. Разность соседних уровней сравнения в таких многовходовых компараторах обычно постоянна.

Примеры интегральных микросхем компараторов [ править | править код ]

Пример широко известных компараторов: LM311 (российский аналог — КР554СА3), LM339 (российский аналог — К1401СА1). Эта микросхема часто встречается, в частности, на системных платах ЭВМ, а также в системах управления ШИМ контроллеров в блоках преобразования напряжения (например, в компьютерных блоках питания с системой питания ATX) [5] [6] .

Параметры компараторов [ править | править код ]

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные. Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ. Основным динамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения Uд при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

КОМПАРАТОР — (фр. comparateur, от лат. comparere сравнивать). Аппарат для сравнения длины почти равных масштабов. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОМПАРАТОР франц. comparateur, от лат. comparare, сравнивать.… … Словарь иностранных слов русского языка

компаратор — Средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин. Примеры 1. Рыжачные весы. 2. Компаратор для сличения нормальных элементов. [РМГ 29 99] компаратор Устройство, среда, объект, используемый для сравнения хранимых или… … Справочник технического переводчика

компаратор — а, м. comparateur. нем. Komparator &LT;лат. comparator сравнивающий. 1. Компаратор. Comparateur. Аппарат для сравнения длины почти равных масштабом. Михельсон 1877. Прибор, с помощью которого производится сравнение и проверка линейных мер. СИС… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Компаратор — от лат. comparator сравнивающий прием, используемый в рекламе, основанный на подчеркивании преимуществ рекламируемого товара в сравнении с аналогичными, производимыми и продаваемыми другими фирмами. К. запрещен законодательствами ряда государств … Словарь бизнес-терминов

КОМПАРАТОР — (от лат. comparo сравниваю) измерительный прибор для сравнения измеряемой величины с эталоном (равноплечные весы, электроизмерительные потенциометры и др. приборы сравнения). Различают компараторы оптические, электрические, пневматические и др.… … Большой Энциклопедический словарь

КОМПАРАТОР — КОМПАРАТОР, измерительный прибор, используемый для осмотра изготовленного изделия с целью проверки его соответствия заданным параметрам, обычно путем прямого сопоставления, а иногда путем сравнения с эталонным образцом, с учетом принятых допусков … Научно-технический энциклопедический словарь

КОМПАРАТОР — (от лат. comparo сравниваю), прибор для сравнения измеряемых величин с мерами или шкалами (см. СРАВНЕНИЕ С МЕРОЙ). К. измеряют разность двух близких по величине одноимённых физ. величин, чем достигается высокая точность. Пример К. для измерений… … Физическая энциклопедия

КОМПАРАТОР — прибор для точного сравнения линейных мер. Во всех типах К. для точного измерения длин применяются микроскопы, передвигаемые микрометрическими винтами. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное… … Технический железнодорожный словарь

компаратор — сущ., кол во синонимов: 5 • блинккомпаратор (1) • миниметр (2) • радиокомпаратор … Словарь синонимов

компаратор — comparator Komparator вимірювальний прилад, що реалізує порівняння однорідних фізичних величин. Діє за принципом порівняння вимірюваної величини або характеристики (довжини, напруги, кольору тощо) з еталонною. К. є, напр., важільні терези,… … Гірничий енциклопедичний словник

Компаратор Redstone

– официальная Minecraft Wiki

Компаратор красного камня – это блок, используемый в схемах красного камня для поддержания, сравнения или вычитания уровня сигнала или для измерения определенных состояний блока (в первую очередь, заполненности контейнеров).

Получение [править]

Breaking [править]

Компаратор красного камня можно мгновенно сломать любым инструментом, включая кулак игрока, и он выпадает как предмет.

Блок	Редстоун Компаратор
Твердость	0
Время отключения
По умолчанию	0.05

Компаратор красного камня удаляется и падает как предмет, если:

• его крепежный блок перемещен, удален или уничтожен;
• вода течет в его пространство; ‌ ^{[ Java Edition только ]}
• : поршень пытается толкнуть его или перемещает блок в его пространство.

Если лава течет в пространство компаратора красного камня, компаратор красного камня уничтожается, но не падает как предмет.

Ремесло [править]

Компаратор из красного камня может быть размещен на вершине любого непрозрачного блока с твердой верхней поверхностью во всю высоту (включая перевернутые плиты и перевернутые лестницы).В Bedrock Edition компаратор также можно разместить на стенах и заборах. Для получения дополнительной информации о размещении на прозрачных блоках см. Непрозрачность / Размещение.

Компаратор из красного камня имеет переднюю и заднюю части – стрелка в верхней части компаратора указывает вперед. При размещении компаратор смотрит в сторону от игрока. Компаратор имеет два миниатюрных факела из красного камня сзади и один спереди. Задние фонари включаются, когда выход компаратора больше нуля (стрелка вверху также становится красной).Передний фонарь имеет два состояния, которые можно переключать с помощью компаратора:

• Выключен и отключен (указывает на то, что компаратор находится в «режиме сравнения»)
• Включен и включен (это означает, что компаратор находится в «режиме вычитания»)

Компаратор красного камня может принимать входной сигнал мощности с задней стороны, а также с обеих сторон. Боковые входы принимаются только от пыли красного камня, блоков красного камня, повторителей красного камня и других компараторов. Передняя часть компаратора красного камня – это его выход.

Для прохождения сигналов через компаратор красного камня, сзади или сбоку, требуется 1 тик красного камня (2 игровых тика или 0,1 секунды без задержки). Это касается изменения силы сигнала, а также простого включения и выключения. Компараторы Redstone обычно не реагируют на 1-тактовые колебания мощности или мощности сигнала – например, 1-тактовый вход рассматривается как всегда сбоку и всегда включен сзади.

Компаратор красного камня имеет четыре функции: поддерживать уровень сигнала, сравнивать уровень сигнала, вычитать уровень сигнала и измерять определенные состояния блоков (в первую очередь, заполненность контейнеров).

Поддерживать уровень сигнала [править]

Компаратор из красного камня без запитанных сторон выводит сигнал той же мощности, что и его задний вход.

Сравнить мощность сигнала [редактировать]

Компараторы в режиме сравнения.

Компаратор красного камня в режиме сравнения (передний фонарь выключен и отключен) сравнивает свой задний вход с двумя боковыми входами. Если любой боковой вход больше, чем задний вход, выход компаратора отключается. Если ни один из боковых входов не превышает задний вход, компаратор выводит сигнал той же мощности, что и его задний вход.

Формула: Выход = Задний × ( Левый <= Задний И Правый <= Задний )

Вычесть уровень сигнала [править]

Компаратор красного камня в режиме вычитания (передний фонарь включен и включен) вычитает мощность сигнала верхнего бокового входа из уровня заднего входа.

Формула: Выход = макс ( сзади – макс ( слева , справа ), 0)

Например: если уровень сигнала равен 6 на левом входе, 7 на правом входе и 4 сзади, выходной сигнал имеет мощность макс (4 – макс (6, 7), 0) = макс. (4-7, 0) = макс (-3, 0) = 0 .

Если уровень сигнала равен 9 сзади, 2 на правом входе и 5 на левом входе, выходной сигнал имеет мощность макс (9 – макс (2, 5), 0) = макс (9- 5, 0) = 4 .

Измерение состояния блока [редактировать]

Компаратор красного камня может измерять заполненность сундука, а также другие состояния блока, даже через блок.

Компаратор красного камня обрабатывает определенные блоки позади него как источники питания и выдает мощность сигнала, пропорциональную состоянию блока. Компаратор может быть отделен от измеряемого блока сплошным блоком.Однако в Java Edition , если сплошной блок запитан до уровня сигнала 15, то компаратор выдает 15 независимо от заполнения контейнера. ^[1]

Контейнеры [править]

Минимальные позиции для мощности сигнала контейнера

Контейнеры
Общее количество слотов	3	5	9	27	54	1
Уровень мощности	Количество позиций					Музыкальный диск
0	0	0	0	0	0	Музыкальный диск не вставлен
1	1	1	1	1	1	“13”
2	14	23	42	1с 60	3с 55	«кот»
3	28	46	1с 19	3с 55	7с 46	«блоков»
4	42	1с 5	1с 60	5с 51	11с 37	“чирикать”
5	55	1с 28	2с 37	7с 46	15 с 28	“далеко”
6	1с 5	1с 51	3с 14	9с 42	19 с 19	«ТЦ»
7	1с 19	2с 10	3с 55	11с 37	23с 10	“меллохи”
8	1с 32	2с 32	4с 32	13с 32	27с	“сталь”
9	1с 46	2с 55	5с 10	15 с 28	30 с 55	“страд”
10	1с 60	3с 14	5с 51	17с 23	34с 46	“палата”
11	2с 10	3с 37	6с 28	19 с 19	38с 37	“11”
12	2с 23	3с 60	7с 5	21с 14	42с 28	“подождите”
13	2с 37	4с 19	7с 46	23с 10	46с 19	«Свинка»
14	2с 51	4с 42	8с 23	25с 5	50-е годы 10	–
15	3с	5s	9с	27с	54с	–

Использование компаратора красного камня для измерения состояния контейнера выдаст мощность сигнала, пропорциональную степени заполнения контейнера (0 для пустого, 15 для полного и т. Д.).

Контейнеры, которые можно измерить с помощью компаратора, включают:

Вообще говоря, мощность выходного сигнала компаратора представляет собой среднюю заполненность слотов в зависимости от того, сколько из этих элементов образуют полный стек (64, 16 или 1 для элементов, не складываемых в стек).

Минимальная мощность элементов для уровня сигнала контейнера Таблица (справа) показывает минимальное количество из 64 элементов, складываемых в стек, необходимое для создания сигналов разной мощности от каждого типа контейнера. Цифры, за которыми следует «s», указывают количество обычных эквивалентов с 64 стеками («s») и дополнительных элементов, меньших, чем требуется стопка.Для предметов, которые складываются максимум в 16 (снежки, знаки, жемчужины края и т. Д.), Нормальное значение должно быть разделено на 4, каждая единица равна 4. Пример: 3 жемчужины края * 4 = 12 обычных штабелируемых элементов. Каждый элемент, не складываемый в стек, считается одним полным стеком (64).

Например, для получения сигнала мощностью 10 от бункера требуется эквивалент 3 полных стеков плюс еще 14 элементов, или всего 206 элементов, если все они складываются в 64.

Когда компаратор измеряет большой сундук или большой сундук с ловушкой, он измеряет весь большой сундук (54 ячейки), а не только половину непосредственно за компаратором.Сундук или сундук-ловушка, который нельзя открыть (либо потому, что над ним есть непрозрачный блок, оцелот или кошка) всегда дает результат 0 независимо от того, сколько предметов в контейнере – коробки шалкера всегда можно измерить, даже если они не могут открыться.

Расчет мощности сигнала по элементам

Когда контейнер пуст, вывод отключен.

Когда он не пустой, мощность выходного сигнала рассчитывается следующим образом:

мощность сигнала = этаж (1 + ((сумма заполнений всех слотов) / (количество слотов в контейнере)) * 14)

заполнение слота = (количество предметов в слоте) / (максимальный размер стопки для этого типа предметов)

Пример: 300 блоков в дозаторе (который имеет 9 слотов) ), где каждый блок складывается максимум до 64, выдает выходной сигнал с силой сигнала 8:

1 + ((300 элементов / 64 элемента в слоте) / 9 ячеек) * 14 = 8.292, эт 8

Обратите внимание, что не штабелируемый элемент считается полным слотом (1 элемент в слоте с максимальным размером стопки 1: 1/1 = 1.0), а предметы, которые складываются до 16 (например, жемчуг Края, снежки и яйца) аналогично считается полным слотом на 16.

Расчет элементов по силе сигнала

В схемах красного камня может быть полезно использовать контейнеры с компараторами для создания сигналов определенной силы. Количество элементов, необходимых в контейнере для создания сигнала желаемой силы, рассчитывается следующим образом:

требуемых элементов = макс (желаемая мощность сигнала, округление ((общее количество слотов в контейнере * 64/14) * (желаемый сигнал сила - 1)))

Пример: Чтобы использовать печь (которая имеет 3 слота) для создания сигнала силы 9, игрокам нужно 110 предметов:

макс (9, (3 * 64/14) * (9-1)) = 109.714, округляем вверх 110

Разное [править]

Компараторы, используемые для измерения контейнеров.

Некоторые неконтейнерные блоки можно также измерить с помощью компаратора красного камня:

Улей и пчелиное гнездо

Улей или гнездо выдает мощность сигнала, равную количеству меда в улье / гнезде.

Торт

Торт выводит мощность сигнала относительно количества оставшегося торта. Каждый срез соответствует уровню сигнала 2, всего 7 срезов, на выходе 14 для полного торта.

Котел

Котел выдает сигнал разной силы в зависимости от количества воды внутри. От полностью пустого до полностью заполненного, выходные значения равны 0, 1, 2 и 3. Если лава находится внутри, сила всегда будет 1‌ ^{[ожидается : JE 1.17 ]} или 3‌ ^{[ Bedrock Edition только ]}

Уровень сигнала композитора

Компостер

Компостер выдает сигнал разной мощности в зависимости от внутреннего уровня.От полностью пустого до полностью заполненного, выходные значения: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.

Командный блок

Командный блок хранит «счетчик успешных» последняя выполненная команда, которая представляет, сколько раз успешно выполнялась последняя использованная команда этого командного блока. «Успех» определяется условиями успеха команды: если в чате возвращается красное сообщение об ошибке, команда не была успешной.

Большинство команд могут быть успешными один раз за выполнение, но некоторые команды (например, те, которые принимают игроков в качестве аргументов) могут быть успешными несколько раз, и компаратор выводит количество успешных попыток (максимум 15 при отправке в пыль красного камня, но в коде может достигать 32-битного целочисленного предела и может использоваться в хитростях без пыли красного камня с этими значениями).

Командный блок продолжает хранить счетчик успехов последней выполненной команды до тех пор, пока он не выполнит свою команду снова, таким образом, компаратор продолжает выводить сигнал той же мощности даже после того, как командный блок больше не активируется (он не выключаются при отключении сигнала на командный блок).

Датчик дневного света

Датчик дневного света выдает уровень сигнала, который изменяется в зависимости от времени суток (или времени ночи, если он инвертирован).

Конечный фрейм портала

Конечный фрейм портала выводит полный сигнал 15, если он содержит окошко конца, и ноль в противном случае.

Компаратор может измерять наличие и вращение содержимого фрейма элемента.

Фрейм элемента

Компаратор может измерять состояние содержимого фрейма элемента. Компаратор фрейма элемента выводит 0, если фрейм элемента пуст, или от 1 до 8 для любого элемента в зависимости от его поворота: 1 при первоначальном размещении плюс 1 для каждого поворота на 45 °, максимум 8.

Для фрейма элемента, который содержит карту, единица вращения составляет 90 ° вместо 45 °, но компаратор по-прежнему выводит уровни мощности от 1 до 8. Требуется два полных оборота, чтобы перебрать все выходы компаратора, и каждый ориентация карты соответствует двум выходным уровням, которые различаются на 4.

Компаратор должен быть размещен за блоком, к которому прикреплена рамка предмета, лицом от рамки предмета. Блок должен быть целым, а раму предмета нельзя погружать в воду.Наличие знака в том же блоке, что и фрейм элемента, также не позволит фрейму посылать сигнал. диск в данный момент воспроизводится. См. Таблицу «Минимум для уровня сигнала контейнера » выше.

Кафедра

Кафедра выводит мощность сигнала, которая зависит от того, на какой странице в данный момент находится игрок (например.грамм. книга с 15 страницами обеспечивает 1 уровень красного камня на страницу, или книга с 5 страницами излучает 3 уровня сигнала на страницу).

Якорь возрождения

Якорь возрождения выводит уровень сигнала 0, 3, 7, 11 или 15, в зависимости от «заряженного» значения.

Датчик Sculk ‌ ^{[ в ближайшее время: JE 1.17 и BE 1.17 ]}

Датчик Sculk выдает мощность сигнала в зависимости от типа обнаруженной вибрации.

Цель

Цель выводит мощность сигнала в зависимости от точности стрелки по направлению к центру цели.

Generic [править]

Java Edition :

Bedrock Edition:

Звук	Источник	Описание	ID пространства имен	Громкость	Шаг
?	Блоки	После того, как блок сломался	выкопать.дерево	1,0	0,8
?	Блоки	Падение на блок с повреждениями при падении	Пад. Дерево	0,4	1,0
?	Блоки	Пока блок ломается	hit.wood	0,23	0,5
?	Блоки	Прыжки с блока	Прыжок.дерево	0,12	1,0
?	Блоки	Падение на блок без повреждений при падении	земля. Дерево	0,18	1,0
?	Блоки	Ходьба по блоку	ступенька. Дерево	0,3	1,0
?	Блоки	При установке блока	используйте дерево	1.0	0,8

Уникальный [править]

Java Edition :

Значения данных [редактировать]

ID [редактировать]

Java Edition :

Имя	ID пространства имен	Форма	Ключ трансляции
Redstone Comparator	компаратор	Block & Item	block.minecraft.comparator

Bedrock Edition:

Redstone Comparator	ID с пространством имен	Числовой идентификатор	Форма	Ключ трансляции
Блок без питания	unpowered_comparator	149	Плитка блока	.unpowered_comparator.name
Активный блок	powered_comparator	150	Блок	tile.powered_comparator.name
Элемент	компаратор25 905	item.comparator.name

Имя	ID сохранения игры
Блок сущности	Компаратор

Метаданные [править]

В Bedrock Edition компараторы красного камня используют следующие значения данных: Данные блока компаратора красного камня определяют его ориентацию, режим и состояние питания.

Биты	Значения
0x1 0x2	Двухбитовое поле, хранящее значение от 0 до 3, определяющее ориентацию компаратора красного камня: 0: Лицом на север. 1: Лицом на восток. 2: Лицом на юг. 3: Лицом на запад.
0x4	Установите, если в режиме вычитания (передний резак включен и включен).
0x8	Установить, если запитано (на любом уровне мощности).

Состояния блока [править]

Java Edition :

Имя	Значение по умолчанию	Допустимые значения	Описание
лицом	север	восток север юг запад	Направление со стороны выхода на вход стороны или компаратора, противоположно направлению, в котором смотрит игрок при установке компаратора.
режим	сравнить	сравнить вычесть	Задает текущий режим компаратора красного камня.
с питанием	ложь	ложь правда	Истина, если питание компаратора Redstone подается.

Bedrock Edition:

Имя	Значение по умолчанию	Допустимые значения	Описание
направление	0	0 1 2 3	Направление от выхода со стороны к входу со стороны 40 или компаратора, противоположно направлению, в котором смотрит игрок при установке компаратора.
output_lit_bit	0	0 1	Истинно, если питание компаратора Redstone подается.
output_subtract_bit	0	0 1	Задает текущий режим компаратора Redstone.

Данные блока [редактировать]

Компаратор красного камня имеет связанный с ним объект блока, который содержит дополнительные данные о блоке.

• Блок данных объекта
  • OutputSignal: Представляет силу аналогового выходного сигнала этого компаратора красного камня.

История [править]

В этом разделе отсутствует информация о влиянии ли MC-50242 на компараторы ?. Пожалуйста, разверните раздел, чтобы включить эту информацию. Более подробная информация может быть на странице обсуждения.

Для более подробной информации об изменениях в текстурах и моделях повторителя, включая набор визуализаций для каждой комбинации состояний, см. / История активов

Java Edition
24 ноября 2012 г.					Джеб заявил, что в Minecraft может быть «конденсатор».
27 декабря 2012 г.					Dinnerbone опубликовал фотографии первой версии «компаратора», заявив, что это замена идеи «конденсатора» с переменными альтернативными входами.
2 января 2013 г.					Dinnerbone опубликовал еще одну фотографию компаратора. Сама картинка показывает цифро-аналоговый преобразователь, использующий компаратор в качестве основного блока.
1.5		13w01a			Добавлены компараторы красного камня.
					Компараторы Redstone имеют нулевую задержку.
		13w01b			Задержка в 1 игровой тик ( 1 ⁄ 2 тик красного камня) теперь добавлена ​​в компараторы красного камня для исправления ошибок.
					Добавлена ​​возможность измерения контейнеров в компараторах красного камня.
		13w02a			Внешний вид компараторов красного камня был изменен - ​​верхняя текстура изменилась, чтобы показать кварц в середине, а по бокам теперь используется текстура гладкого камня, а не текстура стороны гладкой каменной плиты.
					Алгоритм измерения контейнеров теперь изменен, так что компараторы красного камня выдают сигнал, когда в контейнере находится всего один элемент.
		13w02b			Компараторы Redstone теперь обрабатывают большие сундуки как единый контейнер.
		13w03a			Компараторы Redstone теперь выводят количество успешных командных блоков.
					Компараторы Redstone теперь измеряют контейнерные вагонетки на направляющих детектора.
		13w04a			Компараторы Redstone теперь измеряют музыкальные автоматы.
		13w05a			Компараторы Redstone больше не вызывают постоянные обновления блоков. Теперь задержка согласована, и боковой вход больше не вызывает импульсный выход.
					Блок 150 ( powered_comparator ) больше не используется; Состояние питания теперь представлено битом 8s в блоке 149 ( unpowered_comparator ).
		13w05b			Задержка компаратора редстоуна теперь изменена с 1 игрового тика (1/2 тика красного камня) на 2 игровых тика (1 тик красного камня).
		13w09c			Сила сигнала красного камня от компаратора красного камня рядом с пивоваренным стендом с 3 бутылками с водой в нем теперь такая же, как у одного с 3 бутылками с водой и 1 ингредиентом в нем.
1.6.1		13w18a			Компараторы Redstone теперь измеряют котлы и концевые портальные рамы.
1,8		14w04a			Компараторы Redstone теперь измеряют рамки элементов.
		14w10a			Резаки под компараторами из красного камня были укорочены, что изменило внешний вид нижней части с на.
		14w25a			Горелки на компараторах теперь подвержены влиянию окружающей среды.
					Компараторы, установленные в режим вычитания, по-видимому, также получают питание независимо от входящей мощности. Модель только вычитания все еще существует и может быть реализована с помощью / setblock .
		14w25b			Теперь передний резак с приводом в режиме вычитания опускается ниже.
					Компараторы, настроенные на ручное вычитание, теперь снова отображаются нормально.
		14w28a			Компараторы Redstone теперь измеряют лепешки.
1,9		15w42a			С добавлением слота для горючего порошка, варочные стойки теперь имеют 5 слотов вместо 4. Их исходные сравнительные значения мощности компараторов Redstone перечислены ниже: Исходные значения 0: 0 1: 1 2: 19 3: 37 4: 55 5: 1 с 10 6: 1 с 28 7: 1с 46 8: 2с 9: 2с 19 10: 2с 37 11: 2с 55 12: 3с 10 13: 3с 28 14: 3с 46 15: 4s
		15w47a			Боковые входы компараторов Redstone теперь получают питание от блоков Redstone.
1,13		17w47a			Все 3 идентификатора для компаратора Redstone теперь объединены в один идентификатор: компаратор .
					Компараторы Redstone теперь отображают нижнюю сторону, а нижняя сторона изменена с на.
					До The Flattening числовые идентификаторы этих блоков были 149 и 150, а также 404 элемента.
1.14		18w43a			Текстуры компараторов Redstone были изменены.
		19w02a			Компараторы Redstone теперь измеряют кафедры.
		19w03a			Компараторы Redstone теперь измеряют компостеры.
		19w12b			Компараторы Redstone теперь можно размещать на стекле, льду, светящемся камне и морских фонариках.
1,15		19w34a			Компараторы Redstone теперь измеряют количество меда внутри пчелиных ульев и пчелиных гнезд.
1,16		20w06a			Способ вычисления входных сигналов компараторов красного камня теперь изменен.
		20w11a			Изменения в способе вычисления входных сигналов компараторов красного камня из 20w06a теперь отменены.
		20w16a			Компараторы Redstone теперь измеряют музыкальные диски Pigstep в музыкальных автоматах.
Предстоящая версия Java Edition
1.17		20w45a			Компараторы Redstone теперь измеряют котлы лавы.
		20w46a			Компараторы Redstone теперь измеряют котлы для порошкового снега.
Pocket Edition Alpha
v0.14.0		build 1			[ verify ] Добавлены компараторы красного камня.
Pocket Edition
1.0.0		alpha 0.17.0.1			Компараторы Redstone теперь измеряют концевые портальные рамы.
1.0.5		alpha 1.0.5.0			Компараторы Redstone теперь выводят количество успешных командных блоков.
1.1.0		alpha 1.1.0.0			Компараторы Redstone теперь измеряют коробки шалкера.
Bedrock Edition
1.2.0		beta 1.2.0.2			Компараторы Redstone теперь измеряют музыкальные автоматы.
					Компараторы Redstone теперь отображают свою нижнюю сторону, которая изменила их нижнюю сторону с на
1.10.0		beta 1.10.0.3			Текстуры компараторов Redstone были изменены.
1.11.0		beta 1.11.0.1			Компараторы Redstone теперь измеряют коптильни, доменные печи, кафедры и компостеры.
Legacy Console Edition
TU19	CU7	1.12	Патч 1	1.0.1	[ verify ] Добавлены компараторы Redstone.
TU31	CU19	1.22	Patch 3		Компараторы Redstone теперь могут измерять рамки предметов.
		1,90			[ проверить ] Текстуры компараторов красного камня были изменены.
New Nintendo 3DS Edition
0.1.0					[ проверить ] Добавлены компараторы красного камня.

Редстоун компаратор "предметы" [править]

В этом разделе отсутствует информация о

• История Bedrock Edition (добавление, внесены изменения)
• Функциональность Pick Block.

Пожалуйста, разверните раздел, чтобы включить эту информацию. Более подробная информация может быть на странице обсуждения.

Java Edition
1.5		13w01a			Компараторы Redstone имеют дополнительные, недоступные формы элементов, соответствующие их идентификаторам блоков, которые используют текстуру стороны гладкой каменной плиты. Их можно получить с помощью команды / give или редакторов инвентаря с числовыми идентификаторами элементов 149 и 150.
		13w02a			После реформ хранения текстур элементы компаратора теперь используют соответствующие верхние текстуры компаратора, что делает элементы различимыми.
?					Оба элемента называются tile.comparator.name.
1.7.2		13w37a			Прямые формы предметов компараторов красного камня были удалены из игры. Они больше не могут существовать как предметы, только как размещенные блоки.

Проблемы, связанные с "Redstone Comparator", поддерживаются в системе отслеживания ошибок. Сообщайте о проблемах здесь.

• Компараторы специально разработаны Mojang так, чтобы они не выделяли частицы красного камня при включении, в отличие от фонарей и повторителей красного камня. ^[2]

Ссылки [править]

Определение компаратора Merriam-Webster

com · par · a · tor | \ kəm-ˈper-ə-tər , -ˈPa-rə- \ : Устройство для сравнения чего-либо с чем-то подобным или со стандартной мерой. Компаратор операционных усилителей

| Основы электроники

Что такое операционные усилители?

Операционные усилители

(операционные усилители) - это дифференциальные усилители, которые усиливают дифференциальное напряжение между положительным (+) / отрицательным (-) входными выводами и характеризуются высоким входным сопротивлением, низким выходным сопротивлением и высоким коэффициентом усиления при разомкнутом контуре.

Каждая цепь состоит из 5 клемм: положительный источник питания, отрицательный источник питания, + вход, - вход и выход.

* Как правило, названия контактов источника питания, входа и выхода не стандартизированы

Операционные усилители требуют высокого входного сопротивления (импеданса) и низкого выходного сопротивления. На рисунке ниже (модель усилителя с источником напряжения с регулируемым напряжением) соотношение между входным и выходным напряжением выражается следующей формулой:

Чтобы лучше понять диаграмму и формулу выше:

В _с ： Источник входного сигнала
R _с ： Выходное сопротивление источника сигнала
R _i ： Входное сопротивление
R ： Выходное сопротивление
R _L ： Сопротивление нагрузки
A _v ：

Напряжение сигнала V _s делится делителем напряжения на основе сопротивления источника сигнала R _s и входного сопротивления операционного усилителя R _i , при этом ослабленный сигнал поступает в операционный усилитель.

Однако, когда R _i достаточно велико по сравнению с R _s (R _i = ∞), первый член уравнения может быть приближен к 1 и рассматриваться как Vs = Vi.

Что касается второго члена, усиленное входное напряжение A _v V _i делится и выводится на основе выходного сопротивления операционного усилителя R _o и сопротивления нагрузки R _L .
В это время, когда R _o достаточно меньше, чем R _L (R _o = 0), второй член может быть приближен к 1, и вы увидите, что сигнал может выводиться без ослабления.

Операционные усилители этого типа считаются идеальными операционными усилителями. Обычные операционные усилители сконфигурированы так, чтобы быть максимально приближенными к идеальным операционным усилителям, с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.

Следовательно, для операционного усилителя выгодно иметь высокий коэффициент усиления.
Причина может быть объяснена «Цепью повторителя напряжения».
Цепь повторителя напряжения - это цепь, в которой входное и выходное напряжения равны. Он в основном используется в качестве буфера напряжения с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением, а V _s = V _OUT .

Операционные усилители

усиливают дифференциальное напряжение на основе коэффициента усиления операционного усилителя, при этом выходное напряжение выражается следующим образом.

Следовательно,

Когда открытое усиление A _v операционного усилителя достаточно велико, левая часть может быть приблизительно равна 0, и V _s = V _OUT .
Если коэффициент усиления низкий, левая часть уравнения не может быть приближена к 0, и при выходном напряжении возникнет ошибка.
Для достижения высокого коэффициента усиления при открытии ошибка выходного напряжения должна быть как можно меньше на основе этого коэффициента усиления.
Другой способ взглянуть на это состоит в том, что минимизация разности потенциалов между инвертирующим (-) и неинвертирующим (+) входами увеличит усиление открытия. Это означает, что чем больше увеличивается коэффициент усиления при открытии, существует соотношение V _{IN +} = V _IN-. Это соотношение, при котором контакты + Input и -Input практически равны, называется виртуальным коротким или воображаемым замыканием (или воображаемым / виртуальным заземлением).

Обратите внимание, что эта взаимосвязь существует при настройке и использовании цепей отрицательной обратной связи и проектировании цепей приложений с использованием характеристик виртуального заземления.

Что такое компараторы?

Компараторы

имеют ту же конфигурацию контактов, что и операционные усилители: контакты + вход, - вход, положительное питание, отрицательное питание и выходные контакты. Однако с компараторами один из входных контактов используется в качестве опорного вывода (с фиксированным напряжением), и разница в напряжении между этим опорным значением и напряжением, подаваемым на другой входной вывод, усиливается, что приводит к высокому или низкому уровню выход.

+ Потенциал входного контакта> -Потенциал входного контакта = Высокий выход
-Потенциал входного контакта> + Потенциал входного контакта = Низкий уровень выхода

Основным отличием операционных усилителей от компараторов является наличие / отсутствие емкости компенсации фазы.Операционные усилители требуют емкости с фазовой компенсацией для предотвращения внутренних колебаний, особенно при настройке цепей отрицательной обратной связи.

Напротив, компараторы (которые не используются для конфигурирования цепей отрицательной обратной связи) не имеют внутренней емкости фазовой компенсации. В результате, поскольку время отклика между входом и выходом будет ограничено (из-за емкости фазовой компенсации), компараторы обычно обеспечивают лучший отклик по сравнению с операционными усилителями.

Другими словами, при использовании операционных усилителей в качестве компараторов чувствительность будет намного хуже из-за емкости фазовой компенсации, включенной в операционные усилители.Поэтому рекомендуется соблюдать осторожность при замене компараторов на операционные усилители.

ROHM предлагает операционные усилители и компараторы всех типов, такие как биполярные, CMOS, с датчиком заземления, двойным питанием, низким уровнем шума и полным ходом ввода / вывода, для удовлетворения различных потребностей.

Схемы компаратора | 2 важных типа | инвертирование

Первоначально загрузчик изображения на обложке был - Zephyris в английской Википедии., Microchips, CC BY-SA 3.0

Содержание

Что такое схема компаратора?

Компаратор или компаратор напряжения - это устройство, используемое для сравнения двух уровней напряжения.Мы можем определить, какой уровень напряжения выше, по выходу компаратора. Это применение типичных операционных усилителей, и, кроме того, у него есть приложения.

Что делает схема компаратора?

Компаратор сравнивает два заданных входных напряжения и выдает выходной сигнал, указывающий, какое напряжение имеет более высокое значение. Схема принимает вход с помощью инвертирующих и неинвертирующих клемм и обеспечивает выход с выходной клеммы. Выходной диапазон лежит между положительным напряжением насыщения и отрицательным напряжением насыщения.

Схема компаратора | Схема компаратора на ОУ

На рисунке ниже представлена ​​принципиальная схема схемы компаратора. Как мы можем заметить, схема содержит только операционный усилитель, и входное напряжение подается в нее через инвертирующие и неинвертирующие клеммы.

Схема компаратора

Схема компаратора разработана с использованием операционного усилителя. Для его готовности к работе предусмотрены входные напряжения. В нем нет встроенной системы обратной связи.Опорное напряжение и сигнал напряжения подаются через операционный усилитель. Также предусмотрены входы положительного и отрицательного напряжения насыщения. Ориентировочный выходной сигнал собирается с выхода операционного усилителя.

Как работает схема компаратора?

Принцип работы компаратора довольно прост. Как правило, он сравнивает два источника напряжения и обеспечивает большую мощность. Ниже упомянутые два пункта констатируют работу.

• Если напряжение на неинвертирующей клемме выше, чем напряжение на инвертирующей клемме, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
• Если напряжение инвертирующей клеммы выше, чем напряжение на неинвертирующей клемме, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.

Схема компаратора напряжения с ОУ 741

ОУ 741 - это интегральная схема, содержащая ОУ. Компаратор напряжения может быть создан с использованием ОУ 741. На изображении ниже представлена ​​принципиальная схема неинвертирующего компаратора напряжения с ОУ 741.

Компаратор с ОУ 741

Блок-схема компаратора

Работа компаратора может быть представлена с помощью блок-схем.На следующем изображении представлена ​​блок-схема компаратора

Блок-схема компаратора

реле цепи компаратора

Реле - это переключатели, которые могут управлять цепью. Он может включать или выключать цепь, а также подключать и отключать цепь от другой цепи. Компаратор широко используется в качестве реле.

схема компаратора использует

Компаратор - ценное и важное устройство. Есть несколько применений компараторов.Некоторые применения компараторов перечислены ниже.

• Детектор нуля: Если значение равно нулю, детектор нуля обнаруживает его. Компаратор обычно представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления, а для управляемых входов компаратор подходит для обнаружения нуля.
• Сдвигатель уровня: Сдвигатель уровня может быть сконструирован с использованием одного операционного усилителя. Используя подходящее подтягивающее напряжение, схема обеспечивает большую гибкость при выборе интерпретируемых напряжений.
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП): Компараторы используются для создания аналого-цифровых преобразователей. В преобразователе выход показывает, какое напряжение выше. Эта операция аналогична 1-битному квантованию. Именно поэтому компараторы используются практически в каждом аналого-цифровом преобразователе.
• Помимо упомянутых приложений, существует множество других компараторов, таких как - Осциллятор релаксации, в детекторах абсолютных значений, в детекторах перехода через ноль, в оконных детекторах и т. Д.

Цепи фаззинга компаратора

Цепи фаззинга могут быть разработаны с использованием компараторов. Микросхема LM311 является таким примером нечеткого компаратора. Мы обсудим это позже, когда речь идет о LM311.

Как сделать компаратор?

Компаратор - это особенное и простое в изготовлении электрическое устройство. Чтобы построить компаратор, нам понадобится операционный усилитель и напряжения питания. Сначала на операционный усилитель подается положительное и отрицательное напряжение насыщения.Выходной сигнал будет изменяться в этом диапазоне напряжений. Затем вводятся их инвертирующие и неинвертирующие клеммы. Опорное напряжение подается на неинвертирующую клемму, а входное напряжение - на инвертирующую клемму. С этой схемой не связана система обратной связи.

Схема компаратора напряжения

Схема компаратора может обнаруживать высокие напряжения между двумя напряжениями. Компараторы, которые обычно сравнивают по напряжениям, известны как схема компаратора напряжения.

Принципиальная схема фазового компаратора

Фазовый компаратор - это аналоговая логическая схема, способная к смешиванию и умножению. Он обнаруживает разность фаз между двумя заданными сигналами, генерируя сигнал напряжения. На изображении ниже представлена ​​принципиальная схема фазового компаратора.

IC-схемы компаратора

Как упоминалось ранее, компаратор сравнивает два сигнала напряжения и выдает ориентировочный выходной сигнал. Компараторы встроены в интегральную схему для удобства использования.На изображении ниже представлены схемы для компаратора ic.

Типичная микросхема компаратора

Схема компаратора lM358

lm358 - это микросхема компаратора, состоящая из двух компараторов внутри нее. Он имеет восемь контактов. Эта микросхема не требует какого-либо независимого внешнего источника питания для работы каждого компаратора. Принципиальная схема микросхемы приведена ниже.

LM358 IC компаратора

внутренняя схема компаратора

Компаратор разработан с использованием операционного усилителя - операционного усилителя в качестве дополнительной схемы.Внутренняя схема внутри микросхемы приведена ниже на схеме. Наблюдая за схемой, мы видим, что она состоит в основном из транзисторов, диодов и резисторов. Внутреннюю схему можно разделить на три части в зависимости от их работы. Это входной каскад, каскад усиления и выходной каскад.

Схема компаратора | Схема транзисторного компаратора

Принципиальная схема компаратора приведена ниже. Внутренняя принципиальная схема такая же, как и схема внутреннего компаратора.В нем есть диоды, транзисторы и резисторы. Компоненты с внутренним подключением работают как компаратор.

Схема компаратора триггера Шмитта

Триггер Шмитта - это вирусная схема, используемая для повышения помехоустойчивости и снижения вероятности множественного переключения.

Триггер Шмитта - это схема компаратора с отдельными уровнями переключения входов для изменения выходов. Схема компаратора триггера Шмитта изображена на диаграмме ниже.

555 схема компаратора таймера

555 таймер представляет собой схему генератора.Он известен как таймер 555, поскольку в нем есть три резистора по 5 кОм, которые внутренне соединены для обеспечения опорных напряжений для обоих компараторов схем таймера. Микросхема таймера A555 используется в таймерах задержки, светодиодных индикаторах, генерации импульсов и т. Д. Базовая блок-схема микросхемы таймера 555 приведена ниже. Есть два компаратора, транзистор NPN, триггер, три резистора 5 кОм и драйвер вывода.

Схема компаратора с использованием lm324

lm324 - это микросхема операционного усилителя общего назначения, внутри которой расположены четыре операционных усилителя.Его также можно использовать в качестве компаратора. Операционные усилители обладают более высокой стабильностью и более широкой полосой пропускания. LM324 имеет 14 контактов. Схема выводов lm324 приведена ниже.

Выход

№ контакта	Описание
1	Выход первого компаратора
2	Инвертирующий вход первого компаратора
3	Неинвертирующий вход первого компаратора
Напряжение питания 5 В
5	Неинвертирующий вход второго компаратора
6	Инвертирующий вход второго компаратора
7	Выход второго компаратора
8	Третий компаратор 900
9	Инвертирующий вход третьего компаратора
10	Неинвертирующий вход третьего компаратора
11	Контакт заземления (GND)
12	Неинвертирующий вход четвертого компаратора
13	Четверть h Инвертирующий вход компаратора
14	Выход четвертого компаратора

Принципиальная схема компаратора LM324 изображена на диаграмме ниже.

Схема компаратора lm139

lm139 - еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и комплементарной МОП-логикой. IC имеет задержку распространения 0,7 микросекунды.

На изображении ниже показана внутренняя принципиальная схема компаратора lm139.

Схема компаратора lm319

lm319 - еще одна микросхема компаратора, имеющая 14 контактов.Он имеет два отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы в широком диапазоне напряжений питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и комплементарной МОП-логикой, RTL, DTL. IC имеет задержку распространения 0,025 микросекунды.

Схема компаратора напряжения lm311

lm311 - еще одна микросхема компаратора, имеющая восемь контактов. Имеет единственный компаратор. Микросхема имеет минимальное время отклика 0.200 наносекунд и типичное усиление по напряжению 200.

На рисунке ниже изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm311.

LM 311 Компараторы

lm339 схема компаратора

lm339 - еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания и для широкого диапазона напряжений. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой, дополнительной МОП-логикой и DTL, ECL, MOS-логикой.IC имеет задержку распространения 0,7 микросекунды.

Пример схемы компаратора ОУ

Схемы компаратора ОУ используются в различных приложениях. Например, чтобы убедиться, что входное значение достигло пика или определенного значения или нет, или для квантования в АЦП, также в оконных детекторах, детекторах перехода через нуль и т. Д.

Схема компаратора окна напряжения

A оконный компаратор относится к схеме, которая работает только в определенном кадре, окне или напряжении.Компаратор напряжения сравнивает два сигнала и выдает выходной сигнал. Для схемы оконного компаратора существует так называемый сэндвич-эффект: если входное напряжение становится выше, чем опорное напряжение низкого уровня. Цепь включена, и если входное напряжение становится выше, чем опорное напряжение высокого уровня, тогда цепь ВЫКЛЮЧЕНА.

Компоненты, необходимые для компаратора окна напряжения:

• Операционные усилители LM741 (2)
• 4049 Чип инвертора (1)
• Резистор 470 Ом (1)
• 1N4006 Диоды (2)
• Светодиод

Схема компаратора окна напряжения показана на рисунке ниже.

Схема компаратора с защелкой

Компаратор с защелкой разработан с использованием защелки StrongArm. Защелка StrongArm считается первичным каскадом усиления решения. На следующем этапе используется фиксирующий элемент, несущий выходную нагрузку.

Схема компаратора операционного усилителя с гистерезисом

Разница между верхней точкой срабатывания и нижней точкой срабатывания является гистерезисом. Гистерезис основан на концепции триггера Шмитта.Если типичный компаратор разработан с положительной обратной связью, эта схема вызывает гистерезис. На изображении ниже изображена принципиальная схема.

Схема рекуперативного компаратора

Схема триггера Шмитта также называется схемами рекуперативного компаратора. Они используются для повышения помехоустойчивости и снижения вероятности многократного переключения схем регенеративного компаратора для разработки других сложных схем. Они используются в АЦП, схемах слайсеров, считывании памяти и т. Д. Принципиальная схема триггера Шмитта упоминается как принципиальная схема схемы рекуперативного компаратора.

Схема температурного компаратора

Температурная схема - это цифровая электронная схема, которая измеряет, ниже ли температура на входе заданной эталонной температуры. Это один из основных примеров схемы компаратора. Датчики температуры включают компаратор.

Часто задаваемые вопросы

1. Как работает схема компаратора?

Ответ: Принцип работы компаратора довольно прост.Как правило, он сравнивает два источника напряжения и обеспечивает большую мощность. Ниже упомянутые два пункта констатируют работу.

• Если напряжение на неинвертирующем выводе выше, чем напряжение на инвертирующем выводе, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
• Если напряжение инвертирующей клеммы выше, чем напряжение на неинвертирующей клемме, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.

2. Типы схем компаратора

Ответ: Есть несколько типов компараторов. Некоторые из широко используемых усилителей перечислены ниже.

• Механические компараторы
• Механические, оптические компараторы
• Электронные компараторы
• Пневматические компараторы

3.Почему выходное напряжение в схеме компаратора операционного усилителя равно напряжению насыщения?

Ответ: Цепи компаратора не имеют связанной с ними обратной связи. Таким образом, операционный усилитель имеет коэффициент усиления без обратной связи. Для идеального операционного усилителя коэффициент усиления без обратной связи бесконечен, а для практичного операционного усилителя коэффициент усиления очень высокий. Теперь напряжение насыщения типичных операционных усилителей составляет + - 15 В. Операционный усилитель насыщается при +13 или -13 В. Теперь операционный усилитель быстро насыщается при небольшом входном напряжении.Именно поэтому выходное напряжение в схеме компаратора равно напряжению насыщения.

4. Почему в схеме компаратора операционного усилителя используется опорное напряжение

Ответ: Сравнение выполняется между двумя или более величинами. Чтобы указать, что более важно, нам нужна ссылка, чтобы решить. Нам нужно определить, какое напряжение более важно для компаратора. Вот почему для принятия решения используется опорное напряжение.

5.Как схема цифрового компаратора различает меньшее и большее значащее число?

Ответ: Цифровой компаратор сравнивает два двоичных числа. Компаратор сначала определяет эквивалентное напряжение двоичных чисел, а затем определяет, какое число меньше, какое число является значимым.

Для получения дополнительных статей по электронике щелкните здесь

Что такое компаратор в электронике?

Введение

В электронике компаратор - это электронная схема, которая сравнивает два напряжения (или тока) и выводит цифровой сигнал, указывающий, какое из них больше.Сравнение двух или более данных для определения размера числа и порядка расположения между ними. Кроме того, это схема, которая сравнивает аналоговый сигнал напряжения с опорным напряжением. Два входа компаратора представляют собой аналоговые сигналы, а выход - двоичный сигнал 0 или 1, а выход - в идеале. Когда разница входного напряжения изменяется, а положительный и отрицательный знак остается постоянным, выходное напряжение остается неизменным. Компараторы играют важную роль в разработке электрических и электронных проектов.

Что такое компаратор?

Каталог

---

Ⅰ Принцип работы

Обычно в электронике компаратор используется для сравнения двух напряжений или токов, подаваемых на два входа компаратора. Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне; VDD на иллюстрации), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше. Теоретически операционный усилитель можно использовать в качестве компаратора без отрицательной обратной связи.Однако коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя очень высок, поэтому он может обрабатывать сигналы только с очень малым входным дифференциальным напряжением. Более того, как правило, время задержки операционного усилителя велико, что не может соответствовать реальным требованиям. Компаратор можно настроить для обеспечения очень малой задержки по времени, но его частотные характеристики будут ограничены. Чтобы избежать колебаний на выходе, многие компараторы также имеют внутренние цепи гистерезиса. Порог компаратора фиксированный, у некоторых есть только один порог, а у некоторых два порога.

Символ компаратора

Ⅱ Основные параметры

2.1 Напряжение гистерезиса

Напряжение между двумя входными клеммами компаратора изменит выходное состояние, когда оно пересечет нулевое значение. Поскольку на входной вывод часто накладывается небольшое колебание напряжения, генерируемое им напряжение дифференциального режима будет вызывать частые изменения на выходе компаратора. Чтобы избежать колебаний на выходе, новый компаратор обычно имеет гистерезисное напряжение в несколько мВ.Для его существования требуются две точки переключения компаратора: одна используется для определения повышения напряжения, другая - для обнаружения падения напряжения. Разница порога напряжения (VTRIP) равна напряжению гистерезиса (VHYST). Напряжение смещения гистерезисного компаратора является средним значением TRIP и VTRIP-. Точка переключения входного напряжения компаратора без гистерезиса - это входное напряжение смещения, а не ноль идеального компаратора. Кроме того, напряжение смещения обычно зависит от температуры и напряжения источника питания.Коэффициент отклонения источника питания обычно используется для выражения влияния изменений напряжения источника питания на напряжение смещения.

2.2 Ток смещения

Входное сопротивление идеального компаратора бесконечно. Следовательно, теоретически это не влияет на входной сигнал. Однако фактическое входное сопротивление компаратора не может быть бесконечным. На входном конце есть ток, который проходит через внутреннее сопротивление источника сигнала и течет в компаратор, тем самым создавая дополнительную разницу напряжений.Ток смещения (Ibias) определяется как среднее значение входных токов двух компараторов и используется для измерения влияния входного импеданса.

2.3 Super Power Swing

Для дальнейшей оптимизации диапазона рабочего напряжения компаратора Maxim использует параллельную структуру трубки NPN и трубки PNP в качестве входного каскада компаратора. Таким образом, входное напряжение компаратора может быть увеличено. В этом случае нижний предел может быть ниже самого низкого уровня, а верхний предел на 250 мВ выше, чем напряжение источника питания, чтобы достичь стандарта Beyond-the-Rail.Вход этого компаратора допускает большее синфазное напряжение.

2.4 Напряжение сток-исток

Компаратор имеет только два различных состояния выхода (нулевой уровень или напряжение источника питания). Его выходной каскад компаратора с характеристиками полного размаха мощности представляет собой эмиттерный повторитель, который уменьшает разницу напряжений между входными и выходными сигналами. Разность напряжений зависит от напряжения эмиттерного перехода в состоянии насыщения внутреннего транзистора компаратора, которое равно напряжению сток-исток МОП-транзистора.

2.5 Время задержки выхода

Включает в себя задержку передачи сигнала через компоненты, а также время нарастания и время спада сигнала. Для высокоскоростных компараторов, таких как MAX961, типичное значение времени задержки может достигать 4,5 нс, а время нарастания - 2,3 нс. Обратите внимание на влияние различных факторов на время задержки при проектировании, включая влияние температуры, емкостной нагрузки, перегрузки по входу и т. Д.
Хотя компаратор бывает разных типов.Конструкция и конструкция каждого из них должны соответствовать обычным условиям использования, не влияя на точность измерения. Инструмент должен быть очень чувствительным и выдерживать разумное неправильное использование без непоправимого вреда.

Ⅲ Классификация компараторов

Компараторы подразделяются на различные типы, такие как электронные, электрические, механические, оптические, сигма, цифровые и пневматические компараторы. Они используются в различных приложениях. Речь идет об электронном компараторе.

3.1 Компаратор напряжения

Компаратор напряжения - это схема, которая распознает и сравнивает входные сигналы, и является основным блоком, который формирует схему генерации несинусоидальных волн. Обычно используются компараторы напряжения, включая компараторы с одним пределом, гистерезисные компараторы, оконные компараторы и компараторы напряжения с тремя состояниями. Компаратор напряжения может использоваться в качестве интерфейса между аналоговыми и цифровыми схемами, а также схемами генерации и преобразования сигналов.

3.2 Оконный компаратор

Объедините два компаратора, чтобы сформировать «оконный компаратор», который широко используется. Оконный компаратор может установить верхнее предельное напряжение и нижнее предельное напряжение входа одновременно, в пределах ограниченного диапазона напряжения или вне диапазона, который нам нужен. Когда потенциальный уровень сигнала высокого уровня выше определенного заданного значения VH, это эквивалентно выходу положительного насыщения схемы компаратора. Когда потенциальный уровень сигнала низкого уровня ниже определенного заданного значения VL, это эквивалентно выходному сигналу отрицательного насыщения схемы компаратора.Компаратор имеет два порога, а характеристика передачи имеет форму окна, поэтому он называется оконным компаратором.

3.3 Компаратор гистерезиса

Это компаратор с характеристиками передачи петли гистерезиса, который можно понимать как однопредельный компаратор с положительной обратной связью. Когда входное напряжение vI постепенно увеличивается от нуля и VI меньше VT, выход компаратора представляет собой положительное напряжение насыщения, а VT называется верхним пороговым (триггером) уровнем.Когда входное напряжение VI> VT, выход компаратора представляет собой отрицательное напряжение насыщения, а VT называется нижним пороговым (триггерным) уровнем.

Ⅳ ИС компаратора

Распространенными микросхемами являются LM324, LM358, uA741, TL081 \ 2 \ 3 \ 4, OP07, OP27, которые все могут быть преобразованы в компараторы напряжения (без отрицательной обратной связи). LM339 и LM393 - профессиональные компараторы напряжения с высокой скоростью переключения и малым временем задержки, которые можно использовать в особых случаях сравнения напряжений.

Ⅴ Как выбрать компаратор?

Принцип работы компаратора прост и понятен.Он имеет положительный вывод и отрицательный вывод. Когда напряжение на положительном выводе высокое, на выходе подается сигнал. При использовании выхода с открытым коллектором выходной вывод компаратора является коллектором транзистора или стоком полевого транзистора. При использовании двухтактного выхода компаратор имеет дополнительный каскад NPN / PNP, как в операционном усилителе. Выход с открытым коллектором используется, когда нагрузка и компаратор используют разные источники питания. По такой схеме можно реализовать соленоид на 12В, хотя компаратор может работать только на 3.3В. Другая функция выхода с открытым коллектором - минимизировать ток покоя, когда выход выключен. Среди них ток базы не протекает в выходном транзисторе N-типа, а некоторый ток базы всегда протекает через один из двух выходных транзисторов.
Однако выход с открытым коллектором также имеет некоторые недостатки. Например, им требуются внешние подтягивающие резисторы. Эти резисторы должны выполнять задачу подтягивания в течение периода высокого импеданса, чтобы, когда выходное значение ниже, чем отключение, компаратор мог переключаться быстрее, а подтягивающий резистор повышал выходной уровень.Поэтому, когда вам нужен симметричный сигнал, не рекомендуется использовать выход с открытым коллектором, например схему восстановления тактовой частоты. Если ваша схема не требует преобразования уровня, вы должны выбрать двухтактный выход, такой как ALD2321APC, он может обеспечить выходную мощность привода 24 мА, ток покоя составляет 90 мкА.

Высокоскоростной компаратор может также иметь выход с фиксацией, так что выход может поддерживаться в известном состоянии, чтобы соответствовать требованиям настройки и времени удержания цифрового входа, находящегося за ним.Как только цифровая часть считывает выход компаратора, штифт защелки может быть отпущен, и выход может отслеживать вход.
Высокоскоростные компараторы могут также использовать уровни ECL (эмиттерно-связанной логики) от -5 В до 0 В. Выходы PECL (положительная эмиттерная логика) имеют одинаковые колебания напряжения от 0 В до 5 В. Также имеется выход RSPECL (PECL с уменьшенной амплитудой). Два выходных контакта некоторых высокоскоростных компараторов используют выход LVDS (низковольтная дифференциальная сигнализация), который преобразует 300 мВ примерно в 1.Синфазное напряжение 2 В дополнительным образом. Вы можете отправлять эти выходы непосредственно на входные контакты LVDS ПЛИС (программируемая вентильная матрица) и других цифровых схем.
В производстве технология CMOS обычно используется для создания маломощных устройств, а биполярные устройства используются для создания высокоскоростных устройств. Это представляет собой базовый компромисс: мощные высокоскоростные точные устройства и маломощные низкоскоростные устройства. Еще один компромисс - усиление и высокая скорость. Компаратор с низким энергопотреблением может занять время преобразования 70 мкс и потреблять меньше энергии.Время отклика высокоскоростного компаратора составляет 150 пс. Некоторые устройства могут преодолеть компромисс между скоростью и потребляемой мощностью. При преобразовании с максимальной скоростью потребляемая компаратором мощность намного превышает его статическое энергопотребление. В статическом состоянии ток низкий. Когда компаратор работает на более высокой скорости, он должен заряжать конденсатор. В динамическом режиме ток увеличивается с увеличением рабочей скорости. Еще одним фактором энергопотребления является нагрузка на микросхему.Для коммутируемого тока емкость также станет нагрузкой, и необходимо учитывать емкостные и резистивные составляющие нагрузки. Многие устройства имеют сломанные контакты, что может снизить потребляемую мощность до менее 1 мкА.
Как и все моделирование, заявленная задержка распространения имеет смысл только при строго определенных условиях, поскольку степень, с которой работает входной вывод, напрямую влияет на задержку распространения. Чем больше перегрузка, тем быстрее устройство. Дисперсия - это диапазон значений задержки распространения устройства при различных уровнях перегрузки.Связь между перегрузкой и скоростью - одна из причин, по которой некоторые инженеры не хотят рассматривать скорость компаратора как функцию скорости нарастания. Необходимо определить выходной уровень, который квантован как допустимый переход, обычно максимальный выходной уровень составляет от 10% до 90%. Скорость нарастания также представляет собой требование к перегрузке, то есть, чтобы задержка распространения была как можно короче.

Еще один параметр, который следует учитывать при выборе компаратора, - это шум. Однако производители часто опускают характеристики шума компараторов и вместо этого используют случайный джиттер для измерения шума.В дополнение к шумовому сигналу, проходящему через усиление устройства, ошибка входной апертуры и время нарастания и спада на выходе также могут влиять на джиттер. Устройство с тактовым управлением - это не что иное, как компаратор с более низким коэффициентом усиления, оптимизированный для шумов. Разработчики могут использовать входные транзисторы большего размера в КМОП-устройстве для уменьшения фликкер-шума, но этот метод увеличивает входную емкость.
Следующим фактором должно быть номинальное напряжение компаратора. Одним из факторов, связанных с интервалом подачи питания, является допустимое синфазное напряжение на входных контактах компаратора.Некоторые устройства позволяют подтянуть выход к диапазону напряжений выше или ниже, чем напряжение источника питания. Для других устройств, когда вы вытягиваете входной контакт ниже отрицательной шины питания, выход будет инвертирован. Компаратор с входным каскадом Rail-to-Rail расширяет диапазон входного синфазного режима. Эти устройства имеют каскад с двумя входами, в котором используются транзисторы N-типа или полевые транзисторы, подключенные параллельно входному каскаду P-типа. Входное напряжение входного каскада P-типа работает вблизи земли или шины отрицательного напряжения, а входной каскад N-типа работает, когда вход переключается на шину положительного напряжения.Разработчики интегральных схем обычно переключают устройство с уровня на 1 или 2 В ниже положительного напряжения. При перемещении по устройствам Rail-to-Rail некоторые конструкции могут минимизировать напряжение смещения.

Другой важной характеристикой компаратора является входной ток смещения, то есть величина тока, протекающего на входной контакт или из него, когда устройство работает. КМОП-продукты имеют низкий ток смещения, что свидетельствует о несоответствии утечки в структуре ESD (электростатический разряд) входного вывода.При повышении температуры на каждые 10 ° C входной ток смещения удваивается. Ток смещения высокоскоростных компараторов может быть очевиден, но это не проблема, потому что для управления этими высокоскоростными компараторами обычно используются схемы с низким импедансом. Входной ток смещения биполярного устройства зависит от соотношения между двумя входами. В компараторе разница в 60 мВ в базовом напряжении дифференциальной входной пары дает в 10 раз большую разницу между током коллектора пары и входным током смещения.Следовательно, один вывод может потреблять или пропускать удвоенный номинальный входной ток смещения, в то время как другие контакты почти не имеют входного тока смещения, в зависимости от того, какой вывод имеет более высокое напряжение.

Ⅵ Приложения компаратора

6.1 Компаратор перехода через ноль

Компаратор перехода через ноль используется для определения, является ли входное значение нулем. Принцип заключается в использовании компаратора для сравнения двух входных напряжений. Одно из двух входных напряжений - это опорное напряжение Vr, а другое - измеряемое напряжение Vu.Обычно Vr подключается к неинвертирующей входной клемме, а Vu подключается к инвертирующей входной клемме. В зависимости от результата сравнения входного напряжения выводится прямое или обратное напряжение насыщения. Когда опорное напряжение известно, можно получить результат измерения напряжения. Когда опорное напряжение равно нулю, это компаратор перехода через ноль.
Компаратор перехода через ноль имеет небольшую ошибку измерения. Когда произведение разности напряжений между двумя входными клеммами и увеличения разомкнутого контура меньше выходного порога, детектор выдаст нулевое значение.Например, когда увеличение разомкнутого контура составляет 106, а порог выхода составляет 6 В, если разница напряжений между двумя входными каскадами меньше 6 микровольт, детектор выдает ноль. Это также можно считать неопределенностью измерения.

6.2 Осциллятор релаксации (ROSC)

Компараторы могут создавать осцилляторы релаксации, используя положительную и отрицательную обратную связь. Положительная обратная связь - это триггер Шмитта, который образует мультивибратор. RC-цепь добавляет к ней отрицательную обратную связь, которая вызывает самопроизвольные колебания схемы, превращая всю схему от защелки к релаксационному генератору.
Сдвиг уровня использует компараторы с открытым стоком (такие как LM393, TLV3011 и MAX9028) для создания устройства сдвига уровня для изменения напряжения сигнала. Выбор подходящего подтягивающего напряжения позволяет гибко получать преобразованное значение напряжения. Например, используйте компаратор MAX972 для преобразования сигналов ± 5 В в сигналы 3 В.

6.3 АЦП

Функция компаратора заключается в том, чтобы сравнить, превышает ли входной сигнал заданное значение. Таким образом, он может преобразовывать входной аналоговый сигнал в двоичный цифровой сигнал.Почти все цифро-аналоговые преобразователи (включая дельта-сигма модуляцию) содержат схемы компараторов для квантования входного аналогового сигнала.

6.4 Компаратор напряжения

Компаратор напряжения можно рассматривать как операционный усилитель с бесконечным коэффициентом усиления. Функция компаратора напряжения: сравните величину двух напряжений (используя высокий или низкий уровень выходного напряжения, чтобы указать соотношение величин между двумя входными напряжениями): Когда напряжение на входной клемме «+» выше, чем «-» входной терминал, выход компаратора напряжения высокий уровень; когда напряжение на входной клемме «+» ниже, чем на входной клемме «-», выход компаратора напряжения имеет низкий уровень.
Его можно использовать в качестве интерфейса между аналоговыми и цифровыми схемами, а также в качестве схемы генерации и преобразования сигналов. Простой компаратор напряжения может преобразовать синусоидальную волну в прямоугольную или прямоугольную волну с той же частотой. Простой компаратор напряжения имеет простую конструкцию и высокую чувствительность, но его способность к помехам оставляет желать лучшего, поэтому людям приходится его улучшать. Усовершенствованные компараторы напряжения включают в себя: гистерезисный компаратор и оконный компаратор.Операционные усилители используются для определения «рабочих параметров» с помощью контуров обратной связи и входных контуров, таких как увеличение. Величина обратной связи может быть частью или всем выходным током или напряжением. Компаратор не требует обратной связи и напрямую сравнивает количество двух входных клемм. Если неинвертирующий вход больше, чем инвертированная фаза, выход высокий, в противном случае - низкий. Вход компаратора напряжения - это линейная величина, а выход - переключатель (высокий и низкий уровень).В типичных приложениях линейный операционный усилитель иногда может использоваться для создания компаратора напряжения без отрицательной обратной связи.

Ⅶ Компаратор операционного усилителя

В принципе, операционный усилитель может использоваться в качестве компаратора без отрицательной обратной связи. Однако из-за высокого коэффициента усиления без обратной связи он может обрабатывать сигналы только с очень малым входным дифференциальным напряжением. Более того, в этом случае время отклика операционного усилителя намного меньше, чем у компаратора, и ему также не хватает некоторых специальных функций, таких как гистерезис, внутренний опорный сигнал и так далее.Компаратор обычно нельзя использовать в качестве операционного усилителя. Компаратор может обеспечить минимальную временную задержку после настройки, но его частотные характеристики в некоторой степени ограничены. Операционный усилитель использует преимущество коррекции частотной характеристики, чтобы стать гибким и универсальным устройством. Кроме того, многие компараторы также имеют внутреннюю цепь гистерезиса, которая позволяет избежать колебаний на выходе, но ее нельзя использовать в качестве операционного усилителя.

Часто задаваемые вопросы по электронике компаратора

1.Что такое компаратор и его применение?
Компаратор - это электронный компонент, который сравнивает два входных напряжения. Компараторы тесно связаны с операционными усилителями, но компаратор предназначен для работы с положительной обратной связью и с насыщением его выхода на одной или другой шине питания.

2. Как работает схема компаратора?
Схема компаратора работает, просто принимая два аналоговых входных сигнала, сравнивая их и затем вырабатывая логический выход с высоким «1» или низким «0».... Когда аналоговый вход на неинвертирующем входе меньше аналогового входа на инвертирующем входе, тогда на выходе компаратора будет низкий логический уровень.

3. Для чего нужен компаратор в операционном усилителе? Оконные компараторы
ОУ - это тип схемы компаратора напряжения, в которой используются два компаратора ОУ для создания выходного сигнала с двумя состояниями, который указывает, находится ли входное напряжение в пределах определенного диапазона или окна значений с использованием двух опорных напряжений. Верхнее опорное напряжение и нижнее опорное напряжение.

4. Как использовать компараторную электронику?
Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне; VDD на иллюстрации), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше. Компараторы часто используются, например, для проверки того, достиг ли вход некоторого заранее определенного значения.

5. Что такое компаратор и его типы? Компараторы
подразделяются на различные типы, такие как электронные, электрические, механические, оптические, сигма-компараторы, цифровые и пневматические компараторы, они используются в различных приложениях.Компараторы играют важную роль в разработке электрических и электронных проектов.

Компаратор напряжения на операционном усилителе. Инвертирующий компаратор напряжения, неинвертирующий компаратор операционных усилителей, практическая схема компаратора

Схема компаратора напряжения.

Компаратор напряжения - это схема, которая сравнивает два напряжения и переключает выход в высокое или низкое состояние в зависимости от того, какое напряжение выше.Здесь показан компаратор напряжения на базе операционного усилителя. На фиг.1 показан компаратор напряжения в инвертирующем режиме, а на фигуре показан компаратор напряжения в неинвертирующем режиме.

Компаратор напряжения

Неинвертирующий компаратор.

В неинвертирующем компараторе опорное напряжение подается на инвертирующий вход, а сравниваемое напряжение - на неинвертирующий вход. Когда сравниваемое напряжение (Vin) превышает опорное напряжение, выход операционного усилителя переключается на положительное насыщение (V +) и наоборот.На самом деле происходит следующее: разница между Vin и Vref (Vin - Vref) будет положительной и будет увеличиваться до бесконечности операционным усилителем. Поскольку резистор обратной связи Rf отсутствует, операционный усилитель находится в режиме разомкнутого контура, поэтому коэффициент усиления по напряжению (Av) будет близок к бесконечности. Таким образом, выходное напряжение достигает максимально возможного значения, т.е. V +. Вспомните уравнение Av = 1 + (Rf / R1). Когда Vin опускается ниже Vref, происходит обратное.

Инвертирующий компаратор.

В случае инвертирующего компаратора опорное напряжение подается на неинвертирующий вход, а сравниваемое напряжение подается на инвертирующий вход.Когда входное напряжение (Vin) превышает Vref, выход операционного усилителя переключается на отрицательное насыщение. Здесь разница между двумя напряжениями (Vin-Vref) инвертируется и усиливается до бесконечности операционным усилителем. Помните уравнение Av = -Rf / R1. Уравнение для усиления напряжения в режиме инвертирования: Av = -Rf / R1. Поскольку резистора обратной связи нет, коэффициент усиления будет близок к бесконечности, а выходное напряжение будет как можно более отрицательным, т. Е. V-.

Практическая схема компаратора напряжения.

Практический неинвертирующий компаратор на базе операционного усилителя uA741 показан ниже. Здесь опорное напряжение устанавливается с помощью цепи делителя напряжения, состоящей из R1 и R2. Уравнение Vref = (V + / (R1 + R2)) x R2. Подстановка значений, приведенных на принципиальной схеме, в это уравнение дает Vref = 6V. Когда Vin превышает 6 В, выход переключается на ~ + 12 В постоянного тока и наоборот. Схема питается от двойного источника питания +/- 12 В постоянного тока.

Компаратор напряжения с использованием 741

Несколько других схем, связанных с операционными усилителями, которые могут вас заинтересовать.

Интегратор, использующий операционный усилитель : для интегрирующей схемы выходной сигнал будет интегралом входного сигнала. Например, синусоидальная волна при интегрировании дает косинусоидальную волну, прямоугольная волна при интегрировании дает треугольную волну и т. Д.

Инвертирующий усилитель : В инвертирующем усилителе выходной сигнал будет инвертированной версией входного сигнала и усилен в определенном размере.

Инструментальный усилитель : это тип дифференциального усилителя с дополнительными буферными каскадами на входе.Это приводит к высокому входному сопротивлению и простому согласованию. Инструментальный усилитель имеет лучшую стабильность, высокий CMRR, низкое напряжение смещения и высокое усиление.

Схемы компаратора

- обзор

Что такое операционный усилитель на самом деле?

Вы понимаете, как работает операционный усилитель? Вы бы поверили, что операционные усилители были разработаны, чтобы упростить создание схемы ? Вы, наверное, не думали, что в прошлый раз ломали голову над плохо работающим макетом в лаборатории.

В современном цифровом мире, похоже, обычной практикой является обсуждение темы операционных усилителей, давая учащимся возможность ознакомиться с часто используемыми формулами, не объясняя при этом их цель или теорию. Затем, когда новый инженер впервые разрабатывает схему операционного усилителя, возникает полная путаница, когда схема работает не так, как ожидалось. Это обсуждение призвано дать некоторое представление о внутренностях операционного усилителя и дать читателю интуитивное понимание операционных усилителей.

И последнее: обязательно сначала прочтите этот раздел! Я считаю, что одна из причин op-fusion (путаницы с операционными усилителями), как я люблю это называть, заключается в том, что теория преподается не по порядку. Изучение теории имеет очень конкретный порядок, поэтому, пожалуйста, разберитесь с каждым разделом, прежде чем двигаться дальше. Во-первых, давайте взглянем на символ операционного усилителя (см. Рисунок 3.8 на следующей странице).

Рисунок 3.8. Ваш базовый операционный усилитель.

Имеется два входа, положительный и отрицательный, обозначенные знаками + и -.Есть один выход.

Входы имеют высокий импеданс. Я повторяю. Входы имеют высокий импеданс. Позвольте мне сказать это еще раз. Входы имеют высокий импеданс! Это означает, что они (практически) не влияют на цепь, к которой они подключены. Запишите это, потому что это очень важно. Подробнее об этом мы поговорим позже. Об этом важном факте обычно забывают, и он способствует путанице, о которой я упоминал ранее.

Выход с низким сопротивлением.Для большинства анализов лучше всего рассматривать его как источник напряжения. Теперь давайте представим операционный усилитель, как на рисунке 3.9, двумя отдельными символами.

Рисунок 3.9. Что на самом деле внутри операционного усилителя?

Здесь вы видите суммирующий блок и блок усиления. Вы можете вспомнить похожие символы из своего урока теории управления. На самом деле они не просто похожи - они абсолютно одинаковы. Теория управления работает для операционных усилителей. (Больше по этой теме будет позже.)

Во-первых, давайте обсудим суммирующий блок.Вы заметите, что на суммирующем блоке есть положительный вход и отрицательный вход, как и на операционном усилителе. Помните, что отрицательный вход - это как если бы напряжение в этой точке умножалось на -1. Таким образом, если у вас есть 1 В на положительном входе и 2 В на отрицательном входе, выход этого блока будет -1. Выход этого блока - это сумма двух входов, где один из входов умножается на -1. Его также можно представить как разность двух входных данных и представить это уравнение:

Eq.3.1Vs = (V +) - (V-)

Теперь мы подошли к блоку усиления. Переменная G внутри этого блока представляет величину усиления, которую операционный усилитель применяет к сумме входных напряжений. Это также известно как коэффициент усиления без обратной связи операционного усилителя. В этом случае мы будем использовать значение 50 000. Я слышал, вы говорите: «Как такое может быть? Схема усиления, которую я только что построил с операционным усилителем, не достигает таких высот! " Просто поверь мне на мгновение. Вскоре мы перейдем к приложениям для усиления.Просто найдите коэффициент усиления в разомкнутом контуре в таблице данных производителя. Вы увидите, что этот уровень усиления или даже выше типичен для большинства операционных усилителей.

А теперь проведем небольшой анализ. Что произойдет на выходе, если подать 2 В на положительный вход и 3 В на отрицательный? Я рекомендую вам попробовать это на макетной плате. Я хочу, чтобы вы увидели, что операционный усилитель может и будет работать с разными напряжениями на входах. Однако немного математики и немного здравого смысла также покажут нам, что произойдет.Например:

Ур. 3.2Vout = 50,000 * (2-3) или -50,000V

Теперь, если у вас нет операционного усилителя 50,000 В, подключенного к биполярному источнику питания 50,000 В, вы не увидите -50,000 В на выходе. Что ты увидишь? Подумайте об этом за минуту, прежде чем читать дальше. Выход пойдет на минимальную рейку. Другими словами, он будет стараться быть как можно более негативным. Это имеет большой смысл, если вы подумаете об этом так. Выход хочет достичь -50 000 В и подчиняться предыдущей математике. Он не может попасть туда, поэтому он подойдет как можно ближе.Рельсы операционного усилителя подобны рельсам железнодорожного полотна; поезд будет оставаться в пределах своих рельсов, если это вообще возможно. Точно так же, если операционный усилитель выйдет за пределы рельсов, произойдет катастрофа, и из микросхемы выйдет пресловутый волшебный дым. Шина - это максимальное и минимальное напряжение, которое может выдавать операционный усилитель. Как вы понимаете, это зависит от источника питания и выходных характеристик операционного усилителя. Хорошо, поменяйте местами входы. Теперь верно следующее:

Ур. 3.3Vout = 50,000 * (3-2) или + 50,000V

Что теперь будет? Выход пойдет на максимальную рейку.Как узнать, где находятся выходные шины операционного усилителя? Как отмечалось ранее, это зависит от используемого источника питания и конкретного операционного усилителя. Для получения этой информации вам нужно будет свериться с таблицей данных производителя. Предположим, что мы используем LM324 с односторонним питанием +5 В. В этом случае выход будет очень близок к 0 В при попытке перейти в отрицательное значение и около 4 В при попытке перейти в положительное значение.

На этот раз я хотел бы отметить кое-что. Входы операционного усилителя не равны друг другу.Много раз я видел, как инженеры ожидали, что эти входные данные будут иметь одинаковую ценность. На этапе анализа разработчик придумывает токи, поступающие на входы устройства, чтобы это произошло (помните, входы с высоким импедансом, практически нулевой ток). Затем, когда он пробует это, его сбивает с толку тот факт, что он может измерять разные напряжения на входах.

В особом случае, который мы обсудим в следующем разделе, вы можете сделать предположение, что эти входы равны. Это , а не общий случай! Это распространенное заблуждение.Вы не должны попадаться в эту ловушку, иначе вы вообще не поймете операционные усилители.

Предыдущие примеры показывают очень изящное применение операционных усилителей: схему компаратора. Это отличная маленькая схема для преобразования аналогового мира в цифровой. Используя эту схему, вы можете определить, выше или ниже один входной сигнал, чем другой. Фактически, многие микроконтроллеры используют схему компаратора в процессах аналого-цифрового преобразования. Цепи компаратора используются повсюду.Как вы думаете, как уличный фонарь знает, когда достаточно темно, чтобы включиться? Он использует схему компаратора, подключенную к датчику освещенности. Как светофор узнает, что над датчиками есть автомобиль, чтобы переключиться на зеленый? Вы можете поспорить, что там есть схема компаратора.

Thumb Rules

•

Входы имеют высокий импеданс; они оказывают незначительное влияние на цепь, к которой они подключены.

•

Входы могут иметь различное напряжение; они вообще должны быть равны , а не .

•

Коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя очень высокий .

•

Из-за высокого усиления разомкнутого контура и ограничений по выходу операционного усилителя, если один вход выше, чем другой, выход будет «направляться» к своему максимальному или минимальному значению. (Это приложение часто называют схемой компаратора .