Компаратор как работает: Компараторы, как они работают? – Начинающим – Теория

Компаратор 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. Рассмотрим работу компаратора на простой схеме.

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.

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.

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.

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».

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.

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.

Особенности компаратора напряжения

Слово «компаратор» произошло от латинского «comparare» и в буквальном русском переводе означает «сравнивать». Он производится в разнообразных модификациях, которые востребованы современной электронной промышленностью. Самые простые конструкции для сравнения контролируемых данных обладают 2-мя входами аналогового типа и одним цифровым. Базу его функционирования обеспечивает дифференциальный каскад, имеющий мощные усилительные характеристики. Компаратор напряжения довольно востребованное устройство и используется в областях, связанных с измерениями либо которые используют превращение сигнала из аналогового в цифровой.

Что такое компаратор напряжения

Принцип функционирования компаратора напряжения (КН) можно сравнить с весами рычажного типа. Когда на одну чашу весов укладывается эталонная гиря, а на другую — измеряемый продукт. В то время, когда вес продукта будет одинаковым с массой контрольного веса, чаша с эталонным весом поднимается выше, после чего процесс взвешивания заканчивается.

В КН вместо гирь функционирует основное напряжение, а продукт заменяет входящий сигнал. Когда образуется логическая «1» на выходе компаратора, начинается процесс сопоставления значений напряжения. Для проверки такого прибора не потребуется выполнения трудозатратной схемы. Достаточно подключить выходной вольтметр, а на вводы — регулируемое напряжение. При смене входных параметров на вольтметре будет видима функциональность КН, параметры настройки задаются схемой.

Принцип работы компаратора

Самым простым прибором считается компаратор, который сопоставляет напряжение, поступающее на один из входов, с базовым показателем, присутствующим на ином входе. Примитивный компаратор напряжения на операционном усилителе (ОУ) — без обратной связи.

КН выполнен в виде электронной схемы с 2-мя входящими напряжениями и может устанавливать большее значение. Просто выполнить модели КН из ОУ, так как полярность выходящей электроцепи операционного усилителя исходит от полярности разности показателей напряжения на 2-х входах.

Представим, что существует фотоэлемент, который производит 0. 5 В под воздействием солнечного света, и необходимо применять данный фотоэлемент в роли измерителя для установления периода дневного освещения. В таких случаях лучший вариант — применять КН, чтобы сопоставить напряжение от фотоэлемента с контролируемым показателем 0.5 В.

В цепи КН, первоначальное опорное напряжение поступает на инвертирующем вводе (U -), после напряжение, которое будут сравнивать с опорным, поступает на неинвертирующий ввод. Выходное значение исключительно зависит от входного размера по отношению к опорному напряжению.

• Менее эталонного — отрицательный;
• равноправный опорному — «0»;
• более эталонного значения — положительный.

ОУ компаратора сравнивает один уровень аналогового напряжения с другим уровнем аналогового напряжения или каким-либо опорным напряжением, и выдает выходной сигнал на основе этого сравнения напряжения. Другими словами, компаратор напряжения ОУ сопоставляет данные 2-х входов и определяет наибольший, простота и эффективность этой схемы проверена на практике и реализована в многих бытовых приборах.

Компараторы напряжения либо используют положительную обратную связь, либо вообще не используют ее в режиме разомкнутого контура. Затем выходной сигнал КН подается полностью на его положительную шину питания + Ucc или на отрицательную шину питания —Ucc, при приложении переменного входного сигнала, который проходит некоторое предварительно установленное пороговое значение.

Параметры прибора

На самом деле, прибор можно расценивать как простейший вольтметр. КН, подобно цифровому прибору, обладает рядом эксплуатационных качеств, подразделяемые на 2 разновидности: статические и динамические.

Первые обладают следующими характеристиками:

• Максимальная чувствительность по отношению к пороговым размерам сигнала, которые КН устанавливает на входе и заменяет потенциал выхода устройства на логический «0» либо «1».
• Размер смещения устанавливается передаточным фактором прибора в отношении установленного образцового положения.
• Входной ток — предельное значение, способное протекать с использованием любого вывода, при этом, не нанеся повреждение прибору.
• Выходной ток — размер тока, во время перехода измерителя в положение «1».
• Разность токов — результат, определяемый при вычитании токовых данных.
• Гистерезис — разница в уровнях входящего сигнала, которая приводит к изменению стабильного выходного состояния.
• Коэффициент понижения сигнала рассчитывается по отношению к дифференциальному сигналу, которые приводят к смене варианта функционирования измерителя.
• Наименьшая и наибольшая номинальная температура — интервал, в котором технологические характеристики прибора не будут изменяться.

Обратите внимание! Все основные параметры КН изображаются в форме параметров переходного типа. Это диаграмма, где по оси Х обозначается время, а Y — напряжение в вольтах.

Как обозначается компаратор на схемах

На схемах компаратора и в электротехнических схемах графическое обозначение измерителя выполняется в форме треугольника, имеющего три выхода. Они обозначаются символами «+» и «-», соответствующих неинвертирующим/инвертирующим показателям, также представляется выходной маркирующий знак «Uout».

Когда (+) на входе микрочипа, степень сигнала станет больше, чем конкретно на инверсном ( — ), то на выводе будет образовываться устойчивое значение. Исходя из схемотехнической базы компаратора, это число имеет возможность принимать вариант логического «0» либо «1». В цифровых электронных устройствах за «12» принимается сигнал, степень напряжения которого имеет 5В, а за «0» установлено его отсутствие. Другими словами, положение выхода измерителя устанавливается как высокое либо низкое. Хотя обычно на практике за логический «0» принимают разность потенциалов до 2.7 В.

Где применяется компаратор напряжения

Часто КН применяют в градиентном реле — схема, которая реагирует на скорость изменения сигнала, например, фотореле. Такое устройство может использоваться в тех ситуациях, когда освещение меняется довольно стремительно. Например, в охранных установках либо датчиках контроля выпущенных изделий на конвейерах, где прибор станет реагировать на прерывание светового потока.

Еще одна часто используемая схема — датчик измерения температуры и изменения «аналогового» сигнала в «электронный». Оба измерителя преобразовывают амплитуду входящего сигнала в ширину выходящего импульса. Такое превращение довольно часто применяется в разнообразных цифровых схемах. Преимущественно, в измерительных устройствах, блоках питания импульсного типа, электронных усилителях.

Конструкция компаратора

КН нашли обширную область применения в радиоэлектронике разнообразной направленности. В магазинах радиотоваров можно увидеть огромное количество разнообразных микросхем. Но особенно часто применяемыми микросхемами у пользователей считаются:

Они легкодоступны в торговой сети и имеют довольно бюджетную цену. Такие КН выделяются обширным спектром входных параметров. К выходу КН способна присоединяться разнообразная токовая нагрузка, как правило, не превосходящая 50.0 мА. Это могут быть микрореле, варистор, световой диод, оптрон либо абсолютно разные исполнительные модули, однако с предельными по току компонентами.

Фотореле контроля

Подобное реле выпускается методом навесного монтажа. Его применяют в охранных контролирующих системах либо для контролирования степени света. Входящее напряжение попадает на делитель R1 и фотодиод VD3. Их объединенная точка сочетания использует ограничивающие диоды VD1/ VD2, подключенные к входам DA1. В итоге входящая разность потенциалов КН будет отсутствовать, а следовательно, и восприимчивость измерителя станет максимальной.

Чтобы выходящий сигнал смог инвертироваться, потребуется обеспечить входную разницу в 1 мВ. По той причине, что к входу подсоединены С1 и сопротивление R1, размер U на нем станет увеличиваться с незначительной задержкой, равноправной периоду заряда С1.

Зарядный блок

Такой блок питания принимается функционировать непосредственно после сборки. Его базовые опции сводятся к установлению рабочего зарядного тока и порогов, по которым срабатывает КН. При подключении прибора зажигается световой диод, позиционирующий подачу напряжения. На протяжении процесса зарядки обязан непрерывно гореть алый световой диод, который погаснет после того, как аккумуляторная батарея будет полностью заряжена

Подводимое напряжение от питающего блока настраивается R2, а зарядный ток устанавливается с применением R4. Наладка выполняется с применением сопротивления на 160 Ом, подключающегося в параллель к контактам, которые держат батарейку. Транзистор VT1 размещается на радиаторе, взамен его можно применять КТ814Б. Подобную схему надо будет комплектовать на плате с размером не более 50×50 мм.

Кварцевый генератор

Этот генератор ортогональных импульсов выполняется с использованием российского компаратора K544C3, функционирующего на тактовой гармонике 32.768 Гц. Схема станет рабочей в спектре входящего напряжения 7-11В с частотой установленной кварцем ZQ1. Тем не менее, для эксплуатации такого девайса сверх 50.0 кГц потребуется понизить значение R5-R6.

При замыкании другого вывода с 0-проводом КН становится подсоединённым по варианту с незакрытым коллектором, а R7 становится нагрузкой. Подстраивание частотности производится совместно, с применением C1. С применением R4 выполняется автозапуск генератора. Меняя значение R2, изменяется импульсная характеристика.

Дополнительная информация! Выбирая конденсаторы С1 или С2, генератор сможет применяться в виде бесконтактного жидкостного датчика. В роли детектора для этой цели потребуется применять микроконтроллер с ПО. Однако возможно использовать и ещё дополнительно компаратор, который станет фиксировать деформации напряжения.

Отсюда следует, что компаратор способен предназначать действия по уровням значений на собственных вводах. Когда они отличаются, то, исходя от дельты U, выход прибора меняет качественное положение. Именно такие их качества используют создатели, разрабатывая самые разные электроприборы с операционным усилителем.

Название компараторы произошло от латинского compare – сравнивать. На этом принципе работают приборы, в которых измерение производится методом сравнения с эталоном. Например, равноплечие весы или потенциометры электроизмерительные.

По принципу действия различают электрические, пневматические, оптические и даже механические компараторы. Последние применяются для поверки концевых мер длины. Впервые компаратор для проверки концевых мер был применен в Париже Ленуаром в 1792 году, о чем есть статья в энциклопедии Брокгауза и Эфрона.

Этот механический компаратор использовался для проверки эталона в 1м при образовании французской метрической системы. Точность измерения таким компаратором при помощи системы подвижных рычагов достигала 0,0005мм. Для того времени это было очень точно. Но в этой статье мы не будем подробно рассматривать механические и иные компараторы, поскольку наша задача, – компараторы напряжения.

Интегральные компараторы. Принцип действия и разновидности

В настоящее время компараторы используются в основном в интегральном исполнении. Мало кому придет в голову собирать компаратор из дискретных транзисторов. Более того, компараторы используются как составная часть некоторых микросхем.

Например, интегральный таймер NE555 содержит целых два компаратора на входах, чем, собственно, и достигается вся прелесть его работы. Кроме того, многие современные микроконтроллеры также имеют встроенные компараторы. Но, независимо от исполнения, принципы работы компараторов совершенно одинаковы.

Современные компараторы по схеме очень напоминают ОУ. По сути, это тот же операционный усилитель, только без обратной связи и с очень высоким коэффициентом усиления. Компаратор также имеет два входа, – прямой и инверсный (отмечается кружочком или знаком «минус»).

Основная функция компаратора это сравнение двух напряжений, одно из которых образцовое или опорное, а другое собственно измеряемое. Выходной сигнал компаратора может принимать лишь два значения: логический ноль, и логическая же единица, но не может изменяться линейно, как у операционного усилителя.

На выходе компараторов, как правило, имеется выходной транзистор с открытым коллектором и эмиттером. Поэтому его можно подключить либо по схеме с ОЭ, либо эмиттерным повторителем, в зависимости от требований конкретной схемы, что и показано на рисунке 1.

На рисунке 1а показано включение выходного транзистора по схеме с общим эмиттером. В этом случае к выходу каскада возможно подключение ТТЛ и КМОП – логики с напряжением питания +5В. Если же КМОП – логика питается от напряжения 15В, то верхний по схеме вывод резистора 1КОм следует подключить к шине питания +15В.

Когда выходной транзистор подключен по схеме эмиттерного повторителя, как показано на рисунке 1б, напряжение на выходе компаратора будет меняться в пределах +15В…-15В. Однако при таком включении существенно падает быстродействие компаратора, а кроме того входы «меняются» местами, – происходит инверсия входов.

Как проверить компаратор, жив или не жив?

Если в схему показанную на рисунке 1а последовательно с резистором R запаять светодиод, подключив его анодом к источнику питания +5В, а на входы с помощью резисторов подать напряжения, то изменяя эти напряжения хотя бы с помощью переменных резисторов, можно заставить мигать светодиод. В какой последовательности подавать опорное и входное напряжения можно узнать дальше. Пусть такая схема для проверки будет маленьким практическим заданием.

Логика работы компаратора

Функциональная схема компаратора показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Функциональная схема компаратора

При таком количестве входов и входных сигналов возможны два варианта. В первом случае, показанном в левой части рисунка, опорное напряжение подается на инвертирующий вход, а входное на неинвертирующий. Если при этом входное напряжение превысит опорное, то на выходе компаратора появится высокий уровень (лог. 1). В противном случае будем иметь логический ноль.

Во втором варианте, показанном в правой части рисунка, опорное напряжение подается на прямой вход, а входное на инвертирующий. В этом случае если входное напряжение больше, чем опорное на выходе компаратора логический ноль, в противном случае единица. На рисунке 2 все эти умозаключения показаны в виде математических формул.

Но тут у внимательного читателя может возникнуть справедливый вопрос: «Посмотрите на рисунок 1, сколько там выходов! Так о каком же из них идет речь, какой тут ноль и где здесь единица?» В этом случае речь идет о базе выходного транзистора, считается, что это выход операционного усилителя, на который подаются входные сигналы. А уж выходной транзистор, как было указано в комментарии к рисунку 1, можно включить любым способом.

Некоторые характеристики аналоговых компараторов

При использовании компараторов нужно учитывать их характеристики, которые можно разделить на статические и динамические. Статические параметры компаратора это те, которые определяются в установившемся режиме.

Прежде всего, это пороговая чувствительность компаратора. Она определяется как минимальная разность входных сигналов, при которой на выходе появляется логический сигнал.

Кроме входных и выходных многие компараторы имеют выводы для подачи напряжения смещения Uсм. С помощью этого напряжения осуществляется необходимое смещение передаточной характеристики относительно идеального положения.

Одним из основных параметров компаратора является гистерезис. Объяснить это явление проще всего, используя пример с обычным реле. Пусть рабочее напряжение катушки, например, 12В, тогда именно при нем произойдет срабатывание реле. Если после этого постепенно убавлять напряжение питания катушки, то отпускание реле произойдет, например, при напряжении 7В. Вот эта разница в целых 5В для данного реле и есть гистерезис. Но повторного включения реле, если напряжение так и останется на уровне 7В, не произойдет. Для этого надо напряжение поднять снова до 12В. И вот тогда…

То же самое наблюдается и у компараторов. Предположим, что входное напряжение плавно возрастает относительно опорного (сигналы поданы, как показано в левой части рисунка 2). Как только входное напряжение станет выше опорного (не менее, чем на величину пороговой чувствительности) на выходе компаратора появится логическая единица.

Если входное напряжение теперь станет плавно уменьшаться, то переход из логической единицы в логический ноль произойдет при напряжении на входе несколько ниже опорного. Разница входных напряжений при этих «выше опорного» и «ниже опорного» называется гистерезисом компаратора. Гистерезис компаратора обусловлен наличием в нем положительной обратной связи, которая призвана обеспечить подавление «дребезга» выходного сигнала при переключении компаратора.

Как устроен компаратор

Принципиальная схема на уровне транзисторов достаточно сложна, велика, не очень понятна, да практически и не нужна. Таковы особенности конструкции интегральной схемотехники, кажется, что транзисторы торчат везде, даже, где и не надо. Поэтому лучше рассмотреть упрощенную функциональную схему компаратора, которая показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Упрощенная функциональная схема компаратора

На схеме показаны входной дифференциальный каскад (ДК), выходная логика и схема смещения уровней.

Входной ДК осуществляет основное усиление разностного сигнала, а также с помощью устройства смещения позволяет осуществить предпочтительное состояние на выходе, что позволяет выбрать тип логики (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП), с которым предстоит работать. Данная настройка осуществляется при помощи подстроечного резистора, подключенного к выводам «балансировка».

Компараторы со стробированием и памятью

Некоторые современные компараторы имеют стробирующий вход: сравнение входных сигналов происходит только в момент подачи соответствующего импульса. Это позволяет сравнивать входные сигналы в тот момент времени, когда это потребуется. Ну, прямо, что душеньке угодно! Упрощенная структурная схема компаратора со стробированием показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Упрощенная структурная схема компаратора

Компараторы, показанные на этом рисунке, имеют парафазный выход, как у триггера, – верхний выход прямой, а нижний, отмеченный кружком, естественно, инверсный. Кроме этого здесь также показан стробирующий вход C.

На рисунке 4а стробирование входных сигналов производится по высокому уровню на входе C. При стробировании по низкому уровню, на графическом обозначении у входа C должен быть маленький кружочек (знак инверсии).

На рисунке 4б стробирующий вход C имеет черточку /, что говорит о том, что стробирование происходит по восходящему фронту импульса. В случае стробирования по падающему фронту черточка имеет вот такое направление .

Таким образом, сигнал стробирования есть не что иное, как разрешение сравнения. Результат сравнения может появляться на выходе только во время действия стробирующего импульса. Но некоторые модели компараторов обладают памятью (для этого достаточно всего одного триггера) и запоминают результат сравнения до прихода следующего импульса стробирования.

Длительность импульса стробирования (его фронта) должна быть достаточной для того, чтобы входной сигнал успел пройти через ДК до того, как успеет сработать ячейка памяти. Применение стробирования увеличивает помехозащищенность компаратора, поскольку помеха может изменить состояние компаратора лишь в короткое время стробирующего импульса. Часто компаратор называют одноразрядным АЦП.

Классификация компараторов

По сочетанию параметров компараторы можно разделить на три большие группы. Это компараторы общего применения, быстродействующие и прецизионные. В любительской практике чаще всего используются первые.

Не обладая какими-то сверхъестественными параметрами по быстродействию и усилению, наличием стробирования и памятью, компараторы широкого применения имеют свои привлекательные свойства и особенности. У них низкая потребляемая мощность, способность работать при низком напряжении питания, а также то, что в одном корпусе можно расположить до четырех компараторов. Такая «семья» позволяет в ряде случаев создавать очень полезные устройства. Одно из таких устройств показано на рисунке 5.

Это простейший преобразователь аналогового сигнала в цифровой унитарный код. Такой код с помощью цифрового преобразования можно переделать в двоичный.

Рисунок 5. Схема преобразователя аналогового сигнала в цифровой унитарный код

Схема содержит четыре компаратора K1…K4. Опорное напряжение подано на инвертирующие входы через резистивный делитель. Если сопротивление резисторов одинаковое, то на инвертирующих входах компараторов напряжение составит n*Uоп/4, где n порядковый номер компаратора. Входное напряжение подано на соединенные вместе неинвертирующие входы. В результате сравнения входного напряжения с опорным на выходах компараторов получится унитарный цифровой код входного напряжения.

Более подробно параметры компараторов общего назначения рассмотрим на примере широко распространенного и достаточно доступного компаратора LM311.

Компараторы серии LM311

Напряжения питания и условия работы

Как написано в Data Sheet эти компараторы имеют входные токи, в тысячу раз меньше, чем компараторы серий LM106 или LM170. Кроме того компараторы серии LM311 имеют более широкий диапазон питающих напряжений: от двухполярного ±15В, как у операционных усилителей, до однополярного +5…15В. Такой широкий диапазон питания позволяет использовать компараторы серии LM311 совместно с операционными усилителями, а также с различными сериями логических микросхем: ТТЛ, КМОП, ДТЛ и другими.

Кроме этого компараторы LM311 могут управлять непосредственно лампами и обмотками реле с рабочими напряжениями до 50В и токами не более 50мА. Кроме LM311 есть еще компараторы LM111 и LM211. Различаются эти микросхемы условиями работы, в основном температурой. Диапазон работы LM311 составляет 0°C…+70°C (коммерческий диапазон) LM211 -25°C…+85°C (промышленный), LM311 -55°C…+125°C (военная приемка).

Полными отечественными аналогами компаратора LM311 являются 521СА3, 554СА3 и некоторые другие. При замене не требуется изменения схемы и даже не придется переделывать печатную плату. Следует лишь обратить внимание на то обстоятельство, что компараторы, как и остальные микросхемы, выпускаются в различных корпусах, поэтому при их покупке на это следует обратить максимум внимания, особенно, если эта покупка будет использоваться для ремонта готового аппарата.

На рисунке 7 показана цоколевка (распиновака) компаратора LM311, выполненного в различных корпусах.

Компаратор. Описание и применение. Часть 1

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

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

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

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

Структурная схема одного компаратора входящего в микросхему LM339 и LM393

Компаратор напряжения — выход с открытым коллектором

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

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

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

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

Ниже представлена логика работы компаратора имеющий выход с открытым коллектором:

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

Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания

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

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

Схема эквивалента компаратора напряжения с двухполярным источником питания

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

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

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

Описание работы компаратора

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

Сигнал на выходе:

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

Входное напряжение смещения компаратора

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

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

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

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

Входное напряжение смещения и гистерезис

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

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

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

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

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

Компаратор напряжения

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

Благодарности

Без братьев Кузнецовых не представилось бы читателям столь замечательного обзора. Нельзя оставить без внимания труд научного коллектива Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского, его участников, меж которыми:

• Сдобняков В.В.
• Карзанов В.В.
• Шабанов В.Н.
• Рецензенты: Дорохин М.В. И Здоровейщев А.В.

Общая информация

Компаратор сравнивает два напряжения, откуда происходит название. При необходимости формируется либо условный сигнал в виде двоичного кода, либо знак разницы выдаётся иным способом:

1. Крутой перепад напряжения (фронт или спад).
2. Импульс с заданными характеристиками.
3. Сменой полярности выходного напряжения.
4. Двоичным кодом в системе логики данного набора микросхем.

Компаратор территориально входит в аналого-цифровой преобразователь, способен применяться и отдельно. От элемента напрямую зависит точность, как и от разрядности. К характеристикам компаратора относят:

• Чувствительность.
• Быстродействие.
• Стоимость.
• Долговечность.
• Стабильность.
• Нагрузочная способность.
• Входное сопротивление и пр.

Большинство компараторов реализуется на базе операционных усилителей, данные в справочниках приводятся совместные. Это достигается за счёт введения обратной связи, что придумано в 30-е годы XX века.

Характеристики компараторов

Под чувствительностью компаратора понимается минимальное напряжение, годное к восприятию. Дифференциальные пары транзисторов, применяемые в операционных усилителях, повышают температурную стабильность, потому служат для создания компараторов. Параметр тесно связан с разрешающей способностью или точностью. Чувствительность сильно зависит от схемного решения, это очевидный факт.

Помимо температурной стабильности и архитектуры на параметр влияют помехоустойчивость и надёжность. На практике оптимальной считают чувствительность, равную половине разряда аналого-цифрового преобразователя. Это значит, что из-за компаратора не снижается точность замера. На современном этапе развития технологии это порой сильно отличающиеся значения.

Быстродействие цифровой технике велико, но учитывая факт, что преобразователю нужно успеть сделать выборку, тактовая частота процессора должна быть в сотни, если не тысячи раз выше, нежели дискретность отсчётов. И главным ограничивающим фактором становятся скоростные характеристики компаратора. На его втором входе в момент измерения опорное напряжение постепенно растёт до достижения совпадения. И вырабатывается цифровой код результата.

Частота дискретизации определяется скоростными качествами исследуемого процесса. Если это звуковой диапазон, значения начинаются от 45 кГц и способны составлять вчетверо больше для студийной записи. На каждом интервале времени компаратор должен успеть сравнить напряжение, минимальная частота процессора для получения точности в 0,5% лежит уже в области 10 МГц. На практике наблюдаются намного большие величины, но помните, главная шина материнской платы становится самым быстродействующим участком системного блока (персонального компьютера).

Быстродействие компаратора выражается временем между соседними измерениями. Оно складывается из интервала повышения сравниваемого напряжения до нужного уровня и скорости работы электронных компонентов. К последним цифрам относят период от принятия решения компаратором на выдачу сигнального импульса до его реального появления на выводах. Вторым параметром считают крутизну фронта импульса, поскольку логика микросхем настроена на пороги срабатывания. Важным считается время восстановления, за которое компаратор возвращается в первоначальное состояние.

Указанные параметры в сумме определяют тактовую частоту самого компаратора. Под нагрузочной способностью понимается способность выдать сигнал, достаточно мощный для срабатывания зависимых схем. Различают так называемую перегрузочную способность, показывающую, как велика иногда разница в напряжении на соседних отсчётах. Для сокращения интервалов измерения, начиная со второго, компаратор может вести два параллельных процесса измерения:

1. Увеличение напряжения в сравнении с предыдущим отсчётом.
2. Уменьшение напряжения в сравнении с предыдущим отсчётом.

Так удастся быстрее найти результат, не перебирая весь диапазон с начала. Хотя потребуется целых два параллельно включённых компаратора. Но экономия времени стоит указанной борьбы. На успех подобного мероприятия напрямую влияет перегрузочная способность.

Входное сопротивление образует с источником сигнала резистивный делитель, и чем оно меньше, тем выше точность, большая часть напряжения падает именно здесь. С повышением параметра снижается и потребляемый ток. У большинства компараторов входное сопротивление подстраивается под конкретно взятые нужды, для отдельных схем.

Разновидности компараторов

Большинство компараторов строится на схемах операционных усилителей, охваченных цепью положительной обратной связи. За счёт большого коэффициента усиления удаётся добиться отвесной передаточной функции каскада.

Характеристика операционного усилителя на неком участке линейна. График симметричен относительно нуля. При некотором значении Uогр происходит насыщение и выходное напряжение дальше не растёт. Это наблюдается в положительной области входных значений и в отрицательной. Описанное свойство используется для построения компараторов.

Операционный усилитель охватывается положительной связью, при коэффициенте её передачи обратно пропорциональном коэффициенту передачи операционного усилителя, формула уходит в область бесконечности. От указанного параметра зависит крутизна графика, он становится вертикальным. Что требуется на практике для сравнения напряжений.

Эталоном допускается любое значение. К примеру, возможна реализация схемы перехода напряжения через нуль. Но в составе аналого-цифрового преобразователя измеряемая величина в рамках интервала считается постоянной, опорное напряжение растёт, пока не сравняется. И в этот момент вырабатывается импульс совпадения.

Пороговый компаратор

Пороговый компаратор напряжения – упоминается в литературе. Передаточная характеристика его однозначна – когда разница на входах операционного усилителя становится равной нулю, возникает отклик на выходе. Обратное движение вдоль передаточной характеристики идёт по прежней траектории.

Он организован, как рассказано выше: операционный усилитель охвачен петлёй обратной связи для получения крутой, отвесной передаточной характеристики. Но остаётся некая малая погрешность. Эталонное напряжение принято подавать на неинвертирующий вход.

Гистерезисный компаратор

Гистерезисный компаратор получил название за то, что коэффициент передачи цепи обратной связи меняется по абсолютному значению и по знаку. В результате получают семейство передаточных характеристик, позволяющее создать компаратор, включающийся по одному значению напряжения, а выключающийся по иному.

Устройство оказывается полезным в случае наличия на линии высокочастотной помехи. И когда на заданном интервале измерения величина многократно изменяется, обычному компаратору напряжения легко промахнуться. Одновременно гистерезисный верно оценит с точностью до помехи и продержит сигнал на выходе, пока исследуемый процесс близок к эталону.

Любой реальный компаратор считается гистерезисным из-за наличия ошибки, отдельные виды специально имеют расширенную петлю в связи с описанными нюансами. Ярко выраженной прямоугольной характеристикой характеризуется триггер Шмитта. Его гистерезисная передаточная функция может служить для построения компаратора. Из-за наличия положительной обратной связи характеристика триггера Шмитта обладает ощутимой крутизной.

Уже для аналоговых схем порог чувствительности достигал 5-10 мВ, чего хватает в большинстве случаев. Поскольку время срабатывания триггера Шмитта уменьшается до 0,1 мкс, становится возможным процесс оценки сигналов частотой в сотни кГц (гораздо выше ультразвука). Представленный на рисунке триггер характеризуется большим температурным дрейфом и малым диапазоном измерения.

Ввиду простоты популярны балансные регенеративные схемы с диодами. Обратная связь здесь выполнена через трансформатор. За счёт использования средней рабочей точки становится возможным одновременно произвести и положительную, и отрицательную обратную связь. Сравниваемые напряжения подаются на катоды диодов (n-область, в районе которой нарисована перпендикулярная черта). Рабочая точка транзистора выбрана в начале вольт-амперной характеристики, ток базы рассчитывается так, чтобы не произошло насыщения.

Конденсатор выполняет гальваническую развязку базы и входной цепи. Если диод Д1 заперт, а Д2 — открыт, работает отрицательная обратная связь. В результате генерации не происходит. В обратном случае блокинг-генератор производит первый импульс. Его положительный фронт свидетельствует, что эталон сравнялся с оцениваемой величиной. Чувствительность балансной регенеративной схемы может достигать 1 мВ.

Компараторы на туннельных диодах хороши малыми габаритами, отличным быстродействием, низким уровнем шумов, низкими переключающими порогами по мощности. Механическая прочность и стойкость полупроводников общеизвестны. Туннельные диоды считаются редкими приборами, не боящимися радиации, что делает их популярными в специальных применениях. Вдобавок сопротивление таких компараторов крайне мало, что снижает чувствительность.

Характеристика туннельного диода содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, что позволяет реализовать нужную передаточную функцию. Очевидным недостатком схемы становится низкая точность. Вольт-амперная характеристика туннельного диода слишком пологая. Зато по простоте этот компаратор нельзя сравнить с любым другим типом устройств. Его пока нельзя назвать гистерезисным, для получения этого типа характеристики требуется, как минимум, два туннельных диода.

Самый простой компаратор

При помощи двух туннельных диодов нетрудно построить простейший компаратор, включая их по схеме твин. Предполагается, что элементы идентичны. Передаточная характеристика системы сильно зависит от напряжения питания схемы. Характеристики легко изменяются, что обусловливает большую гибкость применения. Чувствительность измеряются по току, и экспериментально полученные значения лежат в области 8 мкА при частоте тактирования 200 МГц, 3 мкА – при 50 МГц.

Деление по принципу действия

Помимо чисто функциональных особенностей, рассмотренных выше, компараторы делятся по принципу действия на:

1. Регенеративные.
2. Генераторные.
3. Амплитудно-импульсные.
4. Модуляторные.

Речь здесь идёт о формируемых устройствами выходных сигналах. В работе компаратора напряжения выделяют два процесса: сравнение величин и формирование выходного сигнала. Статическая ошибка обусловлена лишь двумя причинами:

1. Шумами.
2. Температурным дрейфом и старением.

как работает, на операционном усилителе, микросхема

Слово «компаратор» произошло от латинского «comparare» и в буквальном русском переводе означает «сравнивать». Он производится в разнообразных модификациях, которые востребованы современной электронной промышленностью. Самые простые конструкции для сравнения контролируемых данных обладают 2-мя входами аналогового типа и одним цифровым. Базу его функционирования обеспечивает дифференциальный каскад, имеющий мощные усилительные характеристики. Компаратор напряжения довольно востребованное устройство и используется в областях, связанных с измерениями либо которые используют превращение сигнала из аналогового в цифровой.

Что такое компаратор напряжения

Принцип функционирования компаратора напряжения (КН) можно сравнить с весами рычажного типа. Когда на одну чашу весов укладывается эталонная гиря, а на другую — измеряемый продукт. В то время, когда вес продукта будет одинаковым с массой контрольного веса, чаша с эталонным весом поднимается выше, после чего процесс взвешивания заканчивается.

В КН вместо гирь функционирует основное напряжение, а продукт заменяет входящий сигнал. Когда образуется логическая «1» на выходе компаратора, начинается процесс сопоставления значений напряжения. Для проверки такого прибора не потребуется выполнения трудозатратной схемы. Достаточно подключить выходной вольтметр, а на вводы — регулируемое напряжение. При смене входных параметров на вольтметре будет видима функциональность КН, параметры настройки задаются схемой.

Принцип работы компаратора

Самым простым прибором считается компаратор, который сопоставляет напряжение, поступающее на один из входов, с базовым показателем, присутствующим на ином входе. Примитивный компаратор напряжения на операционном усилителе (ОУ) — без обратной связи.

КН выполнен в виде электронной схемы с 2-мя входящими напряжениями и может устанавливать большее значение. Просто выполнить модели КН из ОУ, так как полярность выходящей электроцепи операционного усилителя исходит от полярности разности показателей напряжения на 2-х входах.

Представим, что существует фотоэлемент, который производит 0.5 В под воздействием солнечного света, и необходимо применять данный фотоэлемент в роли измерителя для установления периода дневного освещения. В таких случаях лучший вариант — применять КН, чтобы сопоставить напряжение от фотоэлемента с контролируемым показателем 0.5 В.

В цепи КН, первоначальное опорное напряжение поступает на инвертирующем вводе (U -), после напряжение, которое будут сравнивать с опорным, поступает на неинвертирующий ввод. Выходное значение исключительно зависит от входного размера по отношению к опорному напряжению.

Схема компаратора:

• Менее эталонного — отрицательный;
• равноправный опорному — «0»;
• более эталонного значения — положительный.

ОУ компаратора сравнивает один уровень аналогового напряжения с другим уровнем аналогового напряжения или каким-либо опорным напряжением, и выдает выходной сигнал на основе этого сравнения напряжения. Другими словами, компаратор напряжения ОУ сопоставляет данные 2-х входов и определяет наибольший, простота и эффективность этой схемы проверена на практике и реализована в многих бытовых приборах.

Компараторы напряжения либо используют положительную обратную связь, либо вообще не используют ее в режиме разомкнутого контура. Затем выходной сигнал КН подается полностью на его положительную шину питания + Ucc или на отрицательную шину питания —Ucc, при приложении переменного входного сигнала, который проходит некоторое предварительно установленное пороговое значение.

Параметры прибора

На самом деле, прибор можно расценивать как простейший вольтметр. КН, подобно цифровому прибору, обладает рядом эксплуатационных качеств, подразделяемые на 2 разновидности: статические и динамические.

Первые обладают следующими характеристиками:

• Максимальная чувствительность по отношению к пороговым размерам сигнала, которые КН устанавливает на входе и заменяет потенциал выхода устройства на логический «0» либо «1».
• Размер смещения устанавливается передаточным фактором прибора в отношении установленного образцового положения.
• Входной ток — предельное значение, способное протекать с использованием любого вывода, при этом, не нанеся повреждение прибору.
• Выходной ток — размер тока, во время перехода измерителя в положение «1».
• Разность токов — результат, определяемый при вычитании токовых данных.
• Гистерезис — разница в уровнях входящего сигнала, которая приводит к изменению стабильного выходного состояния.
• Коэффициент понижения сигнала рассчитывается по отношению к дифференциальному сигналу, которые приводят к смене варианта функционирования измерителя.
• Наименьшая и наибольшая номинальная температура — интервал, в котором технологические характеристики прибора не будут изменяться.

Обратите внимание! Все основные параметры КН изображаются в форме параметров переходного типа. Это диаграмма, где по оси Х обозначается время, а Y — напряжение в вольтах.

Как обозначается компаратор на схемах

На схемах компаратора и в электротехнических схемах графическое обозначение измерителя выполняется в форме треугольника, имеющего три выхода. Они обозначаются символами «+» и «-», соответствующих неинвертирующим/инвертирующим показателям, также представляется выходной маркирующий знак «Uout».

Когда (+) на входе микрочипа, степень сигнала станет больше, чем конкретно на инверсном ( — ), то на выводе будет образовываться устойчивое значение. Исходя из схемотехнической базы компаратора, это число имеет возможность принимать вариант логического «0» либо «1». В цифровых электронных устройствах за «12» принимается сигнал, степень напряжения которого имеет 5В, а за «0» установлено его отсутствие. Другими словами, положение выхода измерителя устанавливается как высокое либо низкое. Хотя обычно на практике за логический «0» принимают разность потенциалов до 2.7 В.

Где применяется компаратор напряжения

Часто КН применяют в градиентном реле — схема, которая реагирует на скорость изменения сигнала, например, фотореле. Такое устройство может использоваться в тех ситуациях, когда освещение меняется довольно стремительно. Например, в охранных установках либо датчиках контроля выпущенных изделий на конвейерах, где прибор станет реагировать на прерывание светового потока.

Еще одна часто используемая схема — датчик измерения температуры и изменения «аналогового» сигнала в «электронный». Оба измерителя преобразовывают амплитуду входящего сигнала в ширину выходящего импульса. Такое превращение довольно часто применяется в разнообразных цифровых схемах. Преимущественно, в измерительных устройствах, блоках питания импульсного типа, электронных усилителях.

Конструкция компаратора

КН нашли обширную область применения в радиоэлектронике разнообразной направленности. В магазинах радиотоваров можно увидеть огромное количество разнообразных микросхем. Но особенно часто применяемыми микросхемами у пользователей считаются:

• LM No 339;
• LM No 311;
• MAX No 934;
• К554СА3.

Они легкодоступны в торговой сети и имеют довольно бюджетную цену. Такие КН выделяются обширным спектром входных параметров. К выходу КН способна присоединяться разнообразная токовая нагрузка, как правило, не превосходящая 50.0 мА. Это могут быть микрореле, варистор, световой диод, оптрон либо абсолютно разные исполнительные модули, однако с предельными по току компонентами.

Фотореле контроля

Подобное реле выпускается методом навесного монтажа. Его применяют в охранных контролирующих системах либо для контролирования степени света. Входящее напряжение попадает на делитель R1 и фотодиод VD3. Их объединенная точка сочетания использует ограничивающие диоды VD1/ VD2, подключенные к входам DA1. В итоге входящая разность потенциалов КН будет отсутствовать, а следовательно, и восприимчивость измерителя станет максимальной.

Чтобы выходящий сигнал смог инвертироваться, потребуется обеспечить входную разницу в 1 мВ. По той причине, что к входу подсоединены С1 и сопротивление R1, размер U на нем станет увеличиваться с незначительной задержкой, равноправной периоду заряда С1.

Зарядный блок

Такой блок питания принимается функционировать непосредственно после сборки. Его базовые опции сводятся к установлению рабочего зарядного тока и порогов, по которым срабатывает КН. При подключении прибора зажигается световой диод, позиционирующий подачу напряжения. На протяжении процесса зарядки обязан непрерывно гореть алый световой диод, который погаснет после того, как аккумуляторная батарея будет полностью заряжена

Подводимое напряжение от питающего блока настраивается R2, а зарядный ток устанавливается с применением R4. Наладка выполняется с применением сопротивления на 160 Ом, подключающегося в параллель к контактам, которые держат батарейку. Транзистор VT1 размещается на радиаторе, взамен его можно применять КТ814Б. Подобную схему надо будет комплектовать на плате с размером не более 50×50 мм.

Кварцевый генератор

Этот генератор ортогональных импульсов выполняется с использованием российского компаратора K544C3, функционирующего на тактовой гармонике 32.768 Гц. Схема станет рабочей в спектре входящего напряжения 7-11В с частотой установленной кварцем ZQ1. Тем не менее, для эксплуатации такого девайса сверх 50.0 кГц потребуется понизить значение R5-R6.

При замыкании другого вывода с 0-проводом КН становится подсоединённым по варианту с незакрытым коллектором, а R7 становится нагрузкой. Подстраивание частотности производится совместно, с применением C1. С применением R4 выполняется автозапуск генератора. Меняя значение R2, изменяется импульсная характеристика.

Дополнительная информация! Выбирая конденсаторы С1 или С2, генератор сможет применяться в виде бесконтактного жидкостного датчика. В роли детектора для этой цели потребуется применять микроконтроллер с ПО. Однако возможно использовать и ещё дополнительно компаратор, который станет фиксировать деформации напряжения.

Отсюда следует, что компаратор способен предназначать действия по уровням значений на собственных вводах. Когда они отличаются, то, исходя от дельты U, выход прибора меняет качественное положение. Именно такие их качества используют создатели, разрабатывая самые разные электроприборы с операционным усилителем.

Что такое компараторы? – Основы схемотехники

Компараторы – это устройства, которые сравнивают два напряжения или тока и выводят цифровой сигнал, указывающий, какой из них больше. Он имеет два аналоговых входа и один двоичный цифровой выход. Выходное значение компаратора указывает, какой из входов больше или меньше. Компаратор сравнивает два примененных к нему входных сигнала и производит сравнение в качестве выходных данных.

использует

Эти устройства часто используются для проверки того, достиг ли вход заданного значения.В большинстве случаев компаратор реализуется с использованием специальной микросхемы компаратора, но в качестве альтернативы можно использовать операционные усилители.

и схемах операционных усилителей используются одни и те же символы. Они состоят из специализированных дифференциальных усилителей с высоким коэффициентом усиления. Они обычно используются в устройствах для измерения и оцифровки аналоговых сигналов, таких как АЦП последовательного приближения и релаксационные генераторы. Компараторы используются для определения, когда произвольно изменяющийся входной сигнал достигает опорного уровня или определенного порогового уровня.Такие устройства могут быть разработаны с использованием различных компонентов, таких как диоды, транзисторы и операционные усилители. Их можно найти во многих электронных устройствах для управления логическими схемами.

Определение момента повышения температуры выше определенного порога важно для многих приложений. Компаратор может использоваться с термистором, чтобы определять, когда определенная температура поднимается выше порогового значения.

Если внимательно присмотреться к символу компараторов, вы узнаете его как символ операционного усилителя (операционного усилителя).Однако их нельзя считать одинаковыми. На аналоговом входе работает операционный усилитель. Он может усиливать или ослаблять этот вход и выполнять математические операции, такие как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование.

Из-за широкого диапазона применения операционные усилители встречаются в большинстве электрических цепей. Операционный усилитель предназначен для приема аналоговых сигналов и выдачи аналогового сигнала, тогда как компаратор выдает только выходной сигнал в виде цифрового сигнала. Хотя в качестве компараторов можно использовать обычный операционный усилитель, их нельзя использовать непосредственно в схемах компаратора напряжения.Операционные усилители и компараторы могут показаться взаимозаменяемыми из-за их символов и выводов, но это не одно и то же.

Инвертирующий компаратор – это компаратор на базе операционного усилителя, в котором опорное напряжение прикладывается к его неинвертирующему выводу, а входное напряжение прикладывается к его инвертирующему выводу. Этот компаратор называется инвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Инвертирующий компаратор работает очень просто. Он выдает одно из двух значений и на выходе на основе значений входного и опорного напряжения. Принципиальная схема инвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

Неинвертирующий компаратор – это компаратор на базе операционного усилителя, в котором опорное напряжение подается на его инвертирующий вывод. Входное напряжение, с другой стороны, подается на его неинвертирующий вывод.Этот компаратор на базе операционного усилителя называется неинвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Принципиальная схема неинвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

ИС операционного усилителя LM324 может работать как компаратор. Эта ИС имеет четыре независимых операционных усилителя на одной микросхеме. Это маломощный четырехъядерный операционный усилитель с высокой стабильностью и полосой пропускания, предназначенный для работы от одного источника питания в широком диапазоне напряжений.Счетверенный усилитель может работать при напряжении питания от 3,0 В до 3,2 В с токами покоя, составляющими примерно одну пятую от тех, которые связаны с MC174. Диапазон синфазного входа включает отрицательное питание, что устраняет необходимость во внешних компонентах смещения во многих приложениях. Диапазон выходного напряжения также включает отрицательное напряжение источника питания. Схема компаратора LM324 состоит из напряжения датчика, опорного напряжения, Vcc, земли и выходных контактов.

Один источник питания может работать с LM324, но он также может использовать два источника питания.Используемые клеммы или контакты – это контакты 4 и 11. Источники питания обеспечивают работу всех четырех операционных усилителей.

Для первого операционного усилителя инвертирующий вход подается на контакт 2, а неинвертирующий – на контакт 3. Выход первого операционного усилителя получается на контакте 1.

Для второго операционного усилителя инвертирующий вход подается на вывод 6, а неинвертирующий – на вывод 5. Выход второго операционного усилителя получается на выводе 7.

Для третьего операционного усилителя инвертирующий вход подается на вывод 9, а неинвертирующий – на вывод 10.Выход третьего операционного усилителя получается на выводе 8.

Наконец, для четвертого операционного усилителя инвертирующий вход подается на вывод 13, а неинвертирующий – на вывод 12. Выход четвертого операционного усилителя получается на выводе 14.

Пример схемы с использованием компаратора (

»Примечания по электронике

Схема компаратора очень полезна для сравнения двух напряжений и определения большего или меньшего – ее можно использовать для определения, когда напряжение превышает определенную точку.

Учебное пособие по операционному усилителю включает:
Введение Сводка схем Инвертирующий усилитель Суммирующий усилитель Неинвертирующий усилитель Усилитель с регулируемым усилением Активный фильтр высоких частот Активный фильтр нижних частот Полосовой фильтр Режекторный фильтр Компаратор Триггер Шмитта Мультивибратор Бистабильный Интегратор Дифференциатор Генератор моста Вина Генератор фазового сдвига

В конструкции электронных схем часто используются схемы, которые сравнивают два напряжения и выдают цифровой выходной сигнал, зависящий от сравнения двух напряжений.

Для схемы компаратора необходим усилитель с высоким коэффициентом усиления, чтобы даже небольшие изменения на входе приводили к устойчивому переключению уровня выходного сигнала.

Операционные усилители используются во многих конструкциях электронных схем, но определенные микросхемы компаратора обеспечивают гораздо лучшие характеристики.

Приложения компаратора

Компараторные схемы очень часто используются в электронных схемах.

Часто бывает необходимо уметь определять определенное напряжение и переключать цепь в соответствии с обнаруженным напряжением.

Одним из примеров может быть использование в цепи измерения температуры. Это может привести к изменению напряжения в зависимости от температуры. Может возникнуть необходимость включить обогрев, когда температура упадет ниже заданной точки, и этого можно достичь, используя компаратор, чтобы определить, когда напряжение, пропорциональное температуре, упало ниже определенного значения.

Для этих и многих других целей можно использовать схему, известную как компаратор.

Что такое компаратор?

Как следует из названия, компаратор, эти электронные компоненты и схемы используются для сравнения двух напряжений.

Когда один из них выше другого, выход схемы компаратора находится в одном состоянии, а когда входные условия меняются, выход компаратора переключается в другое состояние.

Компаратор состоит из усилителя с высоким коэффициентом усиления, который имеет дифференциальный вход – один инвертирующий вход и один неинвертирующий вход.

В условиях работы компаратор переключается между высоким и низким в зависимости от состояния входов. Если неинвертирующий вход выше, чем инвертирующий, то выход высокий.Если неинвертирующий вход ниже, чем инвертирующий, то выход высокий.

Компараторы и операционные усилители

В то время как операционный усилитель легко использовать в качестве компаратора, особенно когда его можно легко использовать, если микросхема, содержащая несколько операционных усилителей, имеет один запасной. Однако не всегда рекомендуется применять такой подход. Операционный усилитель может не всегда работать правильно или не обеспечивать оптимальную производительность. Тем не менее, когда приложение не требует больших усилий, всегда возникает соблазн использовать эти электронные компоненты, потому что они уже могут быть доступны.

Производительность микросхем компаратора и операционных усилителей существенно различается по ряду аспектов:

• Блокировка операционного усилителя: В некоторых условиях, особенно когда операционный усилитель сильно нагружен, он может заблокироваться, то есть даже при изменении входа, выход остается прежним. Компараторы предназначены для работы в этом режиме и никогда не должны срабатывать.

  Это одна из ключевых областей, в которой использование компаратора, а не операционного усилителя может быть явным преимуществом.

• Работа без обратной связи: Операционные усилители предназначены для использования в режиме с обратной связью, и их схема оптимизирована для этого типа сценария. Их работа не охарактеризована в режиме разомкнутого контура.

• Цифровые и аналоговые: Операционные усилители являются важными аналоговыми компонентами, и их внутренние схемы предназначены для работы в этом регионе. Компараторы предназначены для работы в качестве логической функции, т.е.е. в цифровом режиме.

  Это означает, что операционные усилители работают лучше всего, когда они работают в аналоговом режиме, когда выход не попадает в шины, тогда как компараторы не так хороши при работе в линейном режиме и намного лучше работают с логическими уровнями.

• Выходные каскады: Выходные каскады операционных усилителей и компараторов сильно различаются. Обычно операционные усилители имеют линейный выход, часто работающий в режиме дополнительной симметрии, чтобы обеспечить оптимальные линейные характеристики для выхода.

  Компараторы часто имеют выход с открытым коллектором, подходящий для подключения к цифровым интерфейсам. Они предназначены для взаимодействия с логическими схемами, обеспечивая логический вход для сравнения аналоговых напряжений.

  Сравнение выходных схем операционного усилителя и компаратора

• Время отклика: Компараторы оптимизированы для обеспечения очень быстрого отклика и времени переключения. Скорости нарастания высоки и обеспечивают оптимальную производительность.

  Операционные усилители не оптимизированы для этих характеристик.Это, как правило, гораздо более медленные электронные компоненты, оптимизированные для линейной работы, а не для скорости.

• Выходное напряжение и напряжение насыщения: Компараторы обычно могут работать в небольших пределах напряжения шины. Это необходимо для хорошей коммутации логических схем. Операционные усилители не смогут жестко подъехать к рельсам, поскольку у них есть определенное напряжение насыщения – это может привести к плохому переключению логических схем.

Принимая во внимание эти факторы, всегда предпочтительнее использовать микросхему компаратора там, где предусмотрен этот тип работы.

Компаратор операционного усилителя

Можно использовать операционный усилитель в качестве компаратора, поскольку он удовлетворяет основным требованиям для данной функции.

Во время работы операционный усилитель переходит в положительное или отрицательное насыщение в зависимости от входных напряжений. Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя обычно превышает 100 000, выходной сигнал переходит в состояние насыщения, когда входы разнесены на доли милливольта.

Хотя операционные усилители широко используются в качестве компаратора, специальные микросхемы компаратора намного лучше.

Эти специальные микросхемы компаратора предлагают очень быстрое время переключения, намного превышающее время переключения, предлагаемое большинством операционных усилителей, предназначенных для более линейных приложений. Типичная скорость нарастания напряжения составляет порядка нескольких тысяч вольт за микросекунду, хотя чаще приводятся цифры задержки распространения.

Типичная схема компаратора будет иметь один из входов, удерживаемых при заданном напряжении. Часто это может быть потенциальный разделитель от источника или эталонного источника. Другой ввод передается в точку, которая должна быть обнаружена.

На этой схеме напряжение переключения генерируется делителем потенциала, состоящим из R1 и R2. Это устанавливает напряжение на одном входе компаратора – в данном случае на инвертирующем входе. Неинвертирующий вход этой цепи подключен к точке, требующей измерения. Когда напряжение в этой точке поднимается выше опорного напряжения, выход компаратора становится высоким, а когда оно падает ниже опорного напряжения, выход становится низким.

Обычно компаратор работает от тех же шин напряжения, что и система. Для логики 5 В компаратор обычно запускается от шины 5 В.

Примечания к компаратору ОУ

• Убедитесь, что дифференциальный вход не превышен: Поскольку нет обратной связи, два входа в схему будут иметь разные напряжения.Соответственно, необходимо убедиться, что максимальный дифференциальный вход не превышен. Все возможности состояния схемы следует учитывать на этапе проектирования электронной схемы.
• Изменение входного тока: Опять же, в результате отсутствия обратной связи, нагрузка, подаваемая компаратором на источник, изменится. В частности, при изменении схемы будет небольшое увеличение входного тока. Для большинства цепей это не будет проблемой, но если полное сопротивление источника велико, это может привести к нескольким необычным откликам.Это следует учитывать при проектировании электронной схемы.
• Шум входного сигнала: Основная проблема этой схемы заключается в том, что новая точка переключения, даже небольшой шум приведет к переключению выхода вперед и назад. Таким образом, около точки переключения может быть несколько переходов на выходе, и это может вызвать проблемы в другом месте всей схемы. Решением этого является использование триггера Шмитта.
  

• Если требуется функция компаратора, лучше всего использовать микросхему компаратора: Если требуется функция компаратора, всегда предпочтительно использовать микросхему компаратора, если это вообще возможно.Если один из этих электронных компонентов недоступен и необходимо использовать операционный усилитель, будьте осторожны, чтобы не перегрузить вход, чтобы не произошло защелкивания.

Использование микросхемы компаратора

Когда возникает необходимость в схеме компаратора, всегда лучше выбрать конкретную микросхему компаратора в качестве основы схемы.

намного лучше справляются с переключением между двумя значениями и часто могут иметь выходные каскады, которые могут более легко взаимодействовать с логикой, чем аналоговые операционные усилители.

С точки зрения работы базовой схемы, основное отличие состоит в том, что большинство компараторов имеют выход с открытым коллектором и требуют внешнего подтягивающего резистора или другой схемы.

Операционные усилители очень дешевы и широко доступны. Компараторы не так дешевы и не так свободно доступны, поскольку эти электронные компоненты, как правило, используются немного реже и могут быть немного дороже, но не намного. Проблем с их использованием возникнуть не должно.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Схемы компаратора | 2 важных типа | инвертирование

Первоначальным загрузчиком изображения на обложке был – Zephyris в английской Википедии., Microchips, CC BY-SA 3.0

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.

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.

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 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.

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.

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.

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

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

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 абсолютного значения, в детекторах перехода через ноль, в оконных детекторах и т. Д.

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

Компаратор – это конкретное 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.Выход будет изменяться в этом диапазоне напряжений. Затем вводятся их инвертирующие и неинвертирующие клеммы. Опорное напряжение подается на неинвертирующий терминал, а входное напряжение – на инвертирующий терминал. С этой схемой не связана система обратной связи.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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 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 выходной драйвер.

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.

Принципиальная схема компаратора LM324 изображена на диаграмме ниже.

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 изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm139.

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.

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 показана внутренняя принципиальная схема компаратора lm311.

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.

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, а также в оконных детекторах, детекторах перехода через нуль и т. Д.

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, то цепь ВЫКЛЮЧЕНА.

Компоненты, необходимые для компаратора окна напряжения:

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

Схема компаратора окна напряжения показана на рисунке ниже.

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

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 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.

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.

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.

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

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

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.

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.

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

О Sudipta Roy

Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.
Мои работы посвящены предоставлению точных и обновленных данных всем учащимся.
Мне доставляет огромное удовольствие помогать кому-то в получении знаний.

Давайте подключимся через LinkedIn – https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

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 последний 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 прочтите этот раздел в первую очередь! 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 в каждом разделе, 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 рис. 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 входов и представить это уравнение:

Eq.3.1Vs = (V +) – (V-)

Теперь мы подошли к блоку усиления. Переменная G внутри этого блока представляет величину усиления, которое операционный усилитель применяет к сумме входных напряжений. Это также известно как усиление разомкнутого контура 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 вы подадите 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 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 ведь должны быть равны , а не .

•

Коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя составляет очень высокий .

•

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

Что такое компараторы? – Utmel

Сравнение двух или более элементов данных для определения того, равны ли они, или определение соотношения размеров и порядка расположения между ними называется сравнением.Схема или устройство, которое может реализовать эту функцию сравнения, называется компаратором.

Каталог

Ⅰ Принцип

Компаратор – это схема, которая сравнивает аналоговый сигнал напряжения с опорным напряжением. Два входа компаратора представляют собой аналоговые сигналы, а выход представляет собой двоичный сигнал 0 или 1. Когда разность входного напряжения увеличивается или уменьшается, а знак положительного и отрицательного остается неизменным, выход остается постоянным.

Компаратор может использоваться как 1-битный аналого-цифровой преобразователь ( ADC ). В принципе, операционный усилитель можно использовать в качестве компаратора, когда не добавляется отрицательная обратная связь, но поскольку коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя очень высок, он может обрабатывать сигналы только с очень малым входным дифференциальным напряжением. Более того, как правило, время задержки операционного усилителя велико, что не может удовлетворить фактические потребности. 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.

Ⅱ Рабочие характеристики

Напряжение гистерезиса : Напряжение между двумя входными клеммами компаратора изменит свое выходное состояние, когда оно пересечет нулевое значение. Поскольку на входную клемму часто накладываются небольшие колебания напряжения, напряжение дифференциального режима, генерируемое этими колебаниями, приведет к постоянному изменению выходного сигнала компаратора.Чтобы избежать колебаний на выходе, новые компараторы обычно имеют напряжение гистерезиса в несколько мВ. Наличие напряжения гистерезиса приводит к тому, что точки переключения компаратора становятся двумя: одна используется для обнаружения 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 нулевое напряжение идеального компаратора.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.

Рисунок 1. независимый компаратор

Ток смещения : входной импеданс идеального компаратора бесконечен, поэтому теоретически он не влияет на входной сигнал, но входной импеданс фактического компаратора не может быть бесконечным.На входе имеется ток, который проходит через внутреннее сопротивление источника сигнала и течет в компаратор, что создает дополнительную разницу давлений. Ток смещения (Ibias) определяется как среднее значение входных токов двух компараторов и используется для измерения влияния входного импеданса. Максимальный ток смещения компараторов серии MAX917 составляет всего 2 нА.

Super power Swing : Для дальнейшей оптимизации диапазона рабочего напряжения компаратора Maxim использует параллельную структуру трубки NPN и трубки PNP в качестве входного каскада компаратора, так что входное напряжение компаратора может быть расширен.Нижний предел может быть самым низким уровнем, верхний предел на 250 мВ выше, чем напряжение источника питания, что соответствует стандарту Beyond-theRail. Входная клемма этого компаратора допускает большее синфазное напряжение.

Напряжение сток-исток : компаратор имеет только два различных выходных состояния (нулевой уровень или напряжение источника питания), а выходной каскад компаратора с характеристиками полного размаха мощности является эмиттерным повторителем. Следовательно, между его входным и выходным сигналами существует очень небольшая разница давлений.Разность напряжений зависит от напряжения эмиттерного перехода в состоянии насыщения внутреннего транзистора компаратора, что соответствует напряжению сток-исток МОП-транзистора.

Время задержки выхода : оно 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. При проектировании обратите внимание на влияние различных факторов на время задержки, включая влияние температуры, емкостной нагрузки и перегрузки по входу.

Ⅲ Классификация

Компаратор напряжения перехода через нуль : Типовая схема сравнения амплитуд, ее принципиальная схема и кривая характеристики передачи показаны на рисунке.

Рисунок 2. Компаратор напряжения перехода через нуль

Компаратор напряжения : измените входную клемму компаратора перехода через нуль с земли на фиксированное значение напряжения, чтобы получить компаратор напряжения. Его принципиальная схема и кривая характеристики передачи показаны на рисунке.

Рисунок 3. Компаратор фиксированного напряжения

Оконный компаратор : Схема состоит из двух компараторов амплитуды, нескольких диодов и резисторов. Схема и характеристики передачи показаны на рисунке. 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.Этот компаратор имеет два порога, а характеристика передачи имеет форму окна, поэтому он называется оконным компаратором.

Рисунок 4. оконный компаратор

Компаратор гистерезиса : ветвь резисторного делителя протягивается от выхода к неинвертирующему входу. Схема и характеристики передачи показаны на рисунке. 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 (триггером) уровнем.

Рисунок 5. гистерезисный компаратор

Ⅳ Приложение

Четыре компаратора используются для формирования цепи обнаружения тока, которая может использоваться для индикации четырех состояний входного тока. Резистор «Шунт» используется для преобразования входного тока в сигнал напряжения. R1 и R2 используются для установки коэффициента усиления операционного усилителя и являются компараторами, обеспечивающими необходимое опорное напряжение.R4 ~ R7 можно использовать для установки порогов обнаружения, соответствующих различным состояниям цифрового выхода.

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 измеряемого напряжения. Когда опорное напряжение равно нулю, это компаратор перехода через ноль.

Компаратор перехода через ноль, созданный на основе компаратора, имеет определенную погрешность измерения. Когда произведение разности напряжений между двумя входными клеммами и усиления без обратной связи меньше порогового значения на выходе, 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.

Осциллятор релаксации

Компараторы могут использоваться для создания осцилляторов релаксации, в которых применяются как положительная, так и отрицательная обратная 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 повышающего напряжения позволяет гибко выбирать значение преобразованного напряжения. Например, используйте компаратор MAX972 для преобразования сигналов & plusmn; 5 В в сигналы 3 В.

Аналого-цифровой преобразователь

Функция компаратора заключается в том, чтобы сравнить, превышает ли входной сигнал заданное значение, чтобы он мог преобразовать входной аналоговый сигнал в двоичный цифровой сигнал. Почти все цифро-аналоговые преобразователи, включая дельта-сигма модуляцию, содержат компараторы для квантования входного аналогового сигнала.

Ⅴ Компаратор напряжения

Компаратор напряжения можно рассматривать как операционный усилитель с коэффициентом усиления, близким к «бесконечности».Функция компаратора напряжения заключается в сравнении величины двух напряжений (с использованием высокого или низкого уровня выходного напряжения, чтобы указать соотношение 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 «-», на выходе компаратора напряжения низкий уровень.

Роль компаратора напряжения: он может использоваться в качестве интерфейса между аналоговыми и цифровыми схемами, а также схемами 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 гистерезисный компаратор и оконный компаратор. Операционные усилители используются для определения «рабочих параметров» с помощью контуров обратной связи и входных контуров, таких как увеличение. Обратная связь может быть частью или всем выходным током или напряжением.Компаратор не требует обратной связи и напрямую сравнивает количество двух входных клемм. Если неинвертирующий входной сигнал больше инвертированной фазы, выходной сигнал высокий, в противном случае – низкий. Вход компаратора напряжения является линейной величиной, а выход – величиной переключателя (высокого и низкого уровня). В обычных приложениях линейные операционные усилители иногда могут использоваться для создания компараторов напряжения без отрицательной обратной связи.

Микросхемы, которые могут использоваться как компараторы напряжения: все операционные усилители.Распространенными являются LM324 LM358 uA741 TL081 \ 2 \ 3 \ 4 OP07 OP27, которые могут быть преобразованы в компараторы напряжения (без отрицательной обратной связи). LM339 и LM393 – профессиональные компараторы напряжения с высокой скоростью переключения и малым временем задержки. Их можно использовать в особых случаях сравнения напряжения. По сути, это еще и операционный усилитель.

Компаратор операционных усилителей | Основы электроники

Что такое операционные усилители?

Операционные усилители

(операционные усилители) – это дифференциальные усилители, которые усиливают дифференциальное напряжение между положительным (+) / отрицательным (-) входными контактами 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 _o ： Выходное сопротивление
R _L Сопротивление нагрузки
A _v ： Усиление

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 значительно 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 коэффициент усиления при открытии, тем больше 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 фазовой компенсации.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.

Все, что вам нужно знать

Из всех устройств из красного камня компаратор из красного камня является одним из самых уникальных. Функциональность компаратора красного камня заключается в том, чтобы излучать импульс красного камня с желаемой силой. Он может вычитать силу импульса красного камня и выводить мощность своего входного сигнала.Компараторы Redstone также могут использовать контейнеры для хранения любого типа для вывода импульса красного камня, если в контейнере для хранения есть что-то внутри.

Redstone Comparator

Как сделать компаратор из красного камня

– Три факела из красного камня

– Три камня

– Один кварц Нижнего мира

Чтобы сделать компаратор из красного камня, вам понадобятся три факела из красного камня, которые вы можете сделать из красной пыли и палочек.Три каменных куска, так что расплавьте булыжник в печи и один кусок нижнего кварца, за которым вам придется отправиться в нижнее царство. Расположите предметы на верстаке с тремя кусками камня по дну, факелом из красного камня над обеими сторонами камня, куском кварца посередине и, наконец, с последним факелом из красного камня над кварцем.

Это рецепт компаратора красного камня.

Как работает компаратор Redstone?

Компаратор красного камня выполняет несколько функций.Причина, по которой я всегда обращаюсь к компараторам, заключается в том, что они могут определить, заполнен блок памяти или нет.

Вот все блоки в версии 1.16 Bedrock, от которых компаратор Redstone может получать импульс. (На фото слева направо: бочка, печь, доменная печь, коптильня, подставка для пивоварения, бункер, бункер в вагонетке, дозатор, капельница, сундук, сундук в вагонетке, торт, котел, оконечная рама портала, блок из песчаника с рамкой для предметов. , Ящик Шалкера, кафедра, якорь возрождения, улей и компостер).Компаратор проверит блок, к которому он подключен, и подаст импульс, когда предметом хранения заполнены любые слоты инвентаря. Импульс будет сильнее, если у предмета хранения будет больше заполненных ячеек инвентаря.

Эта печь была заполнена углем и теперь излучает энергию на лампу из красного камня.

Рамка элемента работает немного иначе, чем контейнеры для хранения. Компаратор проверит положение рамки элемента и подаст соответствующий импульс.

Здесь рамка элемента находится в обычном состоянии, а дверь, на которую компаратор выводит данные, закрыта.После того, как вы повернете рамку предмета несколько раз, дверь откроется, и сила сигнала компаратора достигнет двери.

Как вы можете видеть, резак был перемещен в нижнюю правую ориентацию, и дверца открылась. Фрейм элемента имеет восемь различных конфигураций, максимальная мощность сигнала, который может выводить фрейм элемента, равна восьми.

Компараторы излучают импульс, равный силе его входного сигнала. Лампа из красного камня находится в пятнадцати кварталах.

На этом рисунке повторитель красного камня вводится в компаратор.Ретрансляторы всегда будут повторять мощность сигнала до его полной мощности, равной пятнадцати. В этом случае компаратор красного камня будет излучать сигнал силой пятнадцать.

Когда ретранслятор заменен на обычную пыль из красного камня, компаратор проверит мощность своего входа, в данном случае тринадцати, и тринадцатого выхода, которые не достигнут лампы. Вы также можете использовать компаратор для вычитания силы любого входного сигнала на его стороне. Когда вы щелкаете правой кнопкой мыши по компаратору красного камня, загорается фонарик у его основания, это означает, что он находится в режиме вычитания.

Он по-прежнему будет нормально работать с входом и выходом, но если вы вставите другой импульс в его сторону, он определит силу своего бокового входа и вычтет его из своего базового входа.

Базовый вход от факела красного камня и повторителя справа – пятнадцать. Боковой вход имеет мощность четырнадцать, это означает, что компаратор будет выводить сигнал только с силой одного, который может питать лампу красного камня. Если бы вы поместили лампу на дополнительный блок, сигнал не был бы достаточно сильным для ее питания.

Это имеет свои собственные уникальные приложения. Вы можете сделать часы компаратора с одним компаратором, тремя пылью красного камня и входом. Этот компаратор принимает входное значение пятнадцать и выводит пятнадцать.

Когда его выход переходит на боковой вход, он вычитает тринадцать из силы компаратора. Это означает, что он будет выводить только два, которые не могут достичь его бокового ввода. Итак, это часы, которые включаются и выключаются вместе с базовым входом.

Общая информация

Пироги излучают импульс красного камня в зависимости от того, сколько ломтиков было съедено.Каждый срез будет выводить две силы красного камня, вы можете использовать компаратор, чтобы открыть секретную дверь только после того, как будет съедено такое количество ломтиков.

Музыкальный автомат издает импульс, сила которого меняется в зависимости от того, какой музыкальный диск воспроизводится. Музыкальный диск «13» будет излучать один импульс, а «Pigstep» – тринадцать.

Компараторы Redstone были специально разработаны, чтобы не выделять частицы красного камня при включении.

FAQ

В чем разница между повторителем красного камня и компаратором красного камня?

Есть много отличий, так как это разные устройства.Повторитель может зафиксировать свой выход на месте, повторить значения силы красного камня до пятнадцати и предотвратить обратное движение импульсов. Компаратор может смотреть на состояние, в котором находится блок, проверять сохраняемые значения элементов памяти и выдавать импульс в соответствии с количеством заполненных слотов, а также использоваться для вычитания значений из самого себя.

Как сделать часы компаратора?

Как показано выше, один компаратор со входом и три пыли из красного камня могут создать часы, которые будут работать, пока его вход остается включенным.

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт

	Redstone Torch
Redstone Torch	Nether Quartz	Redstone Torch	Redstone Torch	Redstone Torch	Redstone Torch