Компараторы и их применение, градиентные реле (8 схем)
Компаратор представляет собой устройство сравнения сигналов, своеобразные электрические весы. Если на один из входов компаратора (чашу весов) подать эталонный сигнал (положить гирьку), а на другой — подать контролируемый сигнал (положить груз неизвестной массы), на выходе устройства сигнал будет иметь значение 0 (или ипит) до тех пор, пока один сигнал «не перевесит» другой. После этого компаратор переключится: выходной сигнал сменит значение до 11пит (или 0, соответственно). На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже.
К градиентным реле (рис. 19.1 — 19.6) можно отнести устройства, реагирующие на скорость изменения контролируемого параметра. Такие реле используют для контроля меняющихся во времени величин [Рл 10/00-28].
Рис. 19.1
В исходном состоянии напряжения на входах компаратора равны. Градиентное реле находится в режиме ожидания сигнала.
При изменении напряжения на делителе R1 — датчик на одном из входов компаратора напряжение изменяется мгновенно, на другом — изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной наличием RC-цепочки (рис. 19.2 — 19.4). Для срабатывания компаратора достаточно, чтобы разница напряжений между его входами составила несколько мВ. Если считать, что заряд (или разряд) конденсатора происходит по линейному закону, то при изменении сопротивления датчика градиентное реле сработает в момент времени t1 (рис. 19.1). При дальнейшей стабилизации сопротивления датчика или возвращения его к исходному уровню на входах компаратора вновь устанавливается состояние равновесия, градиентное реле выключается.
Ниже приведены практические примеры применения градиентных реле.
Градиентное фотореле. Индикатор изменения освещенности (рис. 19.2) предназначен для использования в телевизионных охранных системах и не требует вмешательства в их работу. Чувствительным элементом индикатора является фотодиод VD3.
Фотодиод направляют на участок телевизионного экрана, наиболее критичный к условиям охраны.
Рис. 19.2
При неизменной освещенности на телевизионном экране рабочая точка компаратора DA1 (К554САЗ) устанавливается автоматически: напряжение с делителя R1, VD3 через диоды VD1 и VD2 подается на входы компаратора DA1. В силу равенства этих напряжений чувствительность компаратора близка к предельной, и даже небольшая разность напряжений при изменении сопротивления фотодатчика (VD3) вызовет срабатывание исполнительного устройства (светодиод HL1, реле К1, управляющее системой тревожной сигнализации).
Если в поле контролируемого участка изображения появляется какой-либо объект, изменяется освещенность экрана, и, соответственно, ток через фотодиод. Это приведет к изменению напряжения на неинвертирующем входе (вывод 3) компаратора DA1. На инвертирующем же входе микросхемы (вывод 4) изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной RC-цепочкой (R3C1). Схема может быть настроена для работы на понижение или повышение освещенности экрана подключением конденсатора С1 к тому или иному входу компаратора.
Градиентное фотореле можно использовать и в оптических охранных системах, а также для подсчета изделий на конвейере. При пересечении объектом светового луча устройство сработает.
Градиентное термореле (рис. 19.3) можно применять для пожарной, охранной сигнализации, реагирующей на изменение температуры при перемещении нагретого воздуха, человека или животного.
Рис. 19.3
Начальное сопротивление термодатчика, например, терморезистора типа ММТ-6, должно быть соизмеримо с сопротивлением R1 (верхним плечом делителя напряжения). Подключение нагрузки к компаратору DA1 (рис. 19.3) осуществляется в эмиттер-ную цепь выходного транзистора микросхемы, который управляет тиристором VS1 (КУ104Г). При срабатывании устройства тиристор отпирается, самоблокируется и включает нагрузку, например, реле К1. Нажатием на кнопку SB1 «Сброс» можно разблокировать тиристор и обесточить нагрузку.
Устройство реагирует на перемещение тела человека вблизи датчика или на дыхание на расстоянии до 50 см.
Градиентный индикатор электрического поля (рис. 19.4). При отсутствии постоянного электрического поля сопротивление датчика (полевого транзистора) минимально; напряжение на входах компаратора близко к напряжению питания. При появлении источника постоянного электрического поля сопротивление сток — исток полевого транзистора возрастает, напряжение на средней точке входного делителя уменьшается, и градиентное реле срабатывает.
Индикатор имеет высокую чувствительность: без антенны (антенна — вывод затвора полевого транзистора) реагирует на перемещение наэлектризованного предмета на расстоянии до 1,5 м.
Рис. 19.4
Рис. 19.5
Сенсорно-емкостное реле градиентного типа (рис. 19.5). Реле включается при касании сенсорного контакта (сенсорное реле) или срабатывает при приближении к антенне устройства (емкостное реле). Принцип действия устройств заключается в наведении переменного электрического тока частотой 50 Гц через тело человека на вход схемы.
В емкостном реле входная цепь представляет собой одну из обкладок развернутого в пространстве конденсатора, что обусловливает чувствительность к появлению в поле этого конденсатора токопроводящих объектов (человека, животных). Сенсорную площадку или антенну можно подключить к входу схемы через резистор (1…10 МОм) либо конденсатор (1 …50 пФ).
Сейсмореле и реле ударного срабатывания (рис. 19.6 цепь с и цепь Ь). Для реализации сейсмореле, реагирующего на микровибрации, к входу устройства (рис. 19.6 цепь с) через разделительный конденсатор подключают сейсмодатчик, например, СВ-10Ц, либо просто электродинамический капсюль телефона. Датчиком реле ударного срабатывания может служить пьезоке-рамический излучатель типа 3/7-3, ЗП-19 (рис. 19.6 цепь Ь). Устройство реагирует на легкое постукивание по столу, на котором расположены датчики. В качестве датчика можно использовать и пьезоэлектрический звукосниматель электропроигрывающего устройства. Для повышения чувствительности устройства кремниевые диоды следует заменить на германиевые.
Акустическое градиентное реле. К входу устройства (рис. 19.6 цепь с, рис. 19.7) подключают цепочку из конденсатора емкостью 0,1 мкФ и динамического микрофона, роль которого может выполнять телефонный капсюль. Устройство чувствительно к БЧ-составляющей звуковых сигналов.
рис. 19.6
Магниточувствительное реле градиентного типа может быть выполнено по схеме на рис. 19.3. В качестве датчика используют магниторезистор СМ-1. Датчиком переменного магнитного поля может служить и телефонный капсюль без мембраны или многовитковая катушка с железным сердечником. Датчик подключают к входу устройства (вместо терморезистора) через конденсатор емкостью свыше 10 мкФ. Реле сработает, если датчик поднести к источнику переменного магнитного поля (катушке электромагнита).
Рис. 19.7
Детектор ВЧ-сигналов — может быть выполнен по схеме (рис. 19.6 цепь а) с использованием диодов Д9Ж и подбором резистивных элементов R1 — R3 для установки рабочей точки на ВАХ диодов. Выбор рабочей точки на наиболее крутом участке этой характеристики обеспечит повышенную чувствительность детектора к 6Ч-сигналам: малое изменение напряжения на диоде вызовет заметное изменение тока через него.
Чем больше начальный ток через диоды, тем выше чувствительность устройства. В то же время заметно возрастет потребляемый устройством ток.
ВЧ-сигнал подают на диоды через конденсатор емкостью 10… 100 пФ. Светодиод HL1 в цепи нагрузки начинает светиться при уровне входного сигнала 60… 100 мВ (частота свыше 200 кГц). В /-/Ч-диапазоне (несколько кГц) переходную емкость следует увеличить.
При использовании соответствующих датчиков на основе градиентных реле могут быть собраны реле влажности, изменения атмосферного давления и др. устройства.
Преобразовать, например, изменение атмосферного давления в изменение электрического сопротивления можно с использованием запаянного сильфона. Это металлическая тонкостенная гофрированная камера, сопряженная с движком потенциометра. Изменение атмосферного давления вызовет изменение объема сильфона и изменение его размеров с последующим перемещением движка потенциометра. В более простых по механике конструкциях на сильфон может быть наклеен тензорезистор или закреплен вывод специального полупроводникового прибора (ге-дистора), сопротивление которого изменяется при деформации.
Компараторы часто используют для преобразования «аналогового» сигнала в «цифровой»: сигнал любой формы на входе преобразуется на выходе в сигнал прямоугольной формы.
Преобразователи амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса (рис. 19.8, 19.9) используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях [Рл 5/00-29].
Рис. 19.8
Рис. 19.9
При подаче на устройство входного сигнала синусоидальной или иной формы с увеличением амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства сформируются прямоугольные импульсы, ширина которых будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки, установки порогов. Полоса рабочих частот определяется емкостью конденсаторов С1 и С2. Устройства на рис. 19.8 и 19.9 отличаются способом подключения входов компаратора и, соответственно, «полярностью» выходных сигналов.
Для германиевых диодов пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот 5.
..200 кГц составляет 80…90 мВ, для кремниевых — 250…270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — в пределах 2…2,5 В.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год
Операционный усилитель, компаратор, регулятор линейный, источник опорного напряжения
К стандартным линейным микросхемам принято относить аналоговые компоненты, отличающиеся рядом признаков:
- совокупность характеристик позволяет использовать линейный компонент в самом широком круге приложений;
- компонент выпускается в больших количествах десятки лет;
- компонент выпускается несколькими производителями.
- линейные компоненты оптимальны по соотношению функций и цены, относятся к сегменту бюджетных электронных компонентов.
Стандартный линейный компонент – это, как правило, операционный усилитель, линейный регулятор, компаратор, источник опорного напряжения, микроcхема управления питанием. К разряду линейных компонентов можно отнести и последовательный источник опорного напряжения (ИОН) TL431.
Уровень цен на аналоговые компоненты компании RUNIC позволяет использовать их в качестве альтернативы стандартным компонентам. При сопоставимой или более низкой цене компонент RUNIC, как правило, отличается существенно лучшими характеристиками – меньшим потреблением, более высоким быстродействием, большей точностью, меньшим падением напряжения на ключе (для линейных регуляторов) и т.д.
Ниже приведена таблица ряда стандартных линейных компонентов и их аналогов производства компании RUNIC.
|
Стандартный линейный (аналоговый) компонент |
Описание |
Аналог производства RUNIC
|
|
LM321/358/324 |
Операционные усилители |
LM321/358/324 |
|
LMV321/358/324 |
Операционные усилители |
RS321/358/324 |
|
AD854x/OPy348/MCP600x |
Операционные усилители |
RS633x |
|
TL08x/ADTL08x |
Операционные усилители |
RS841x |
|
LMV331/339/393 |
Компараторы |
RS331/339/393 |
|
78Lxx |
Линейные регуляторы |
RS3005-x. |
|
LP2950/51 |
Линейные регуляторы |
RS3005 |
|
TL431/432 |
Последовательный ИОН |
RS431/432 |
Наличие на складе
Сайт производителя
Дополнительная информация на сайте “ЭФО”
Производители
Новости
Компаратор напряжения на операционном усилителе. Инвертирующий компаратор напряжения, неинвертирующий компаратор на операционных усилителях, практическая схема компаратора
Компаратор напряжения представляет собой схему, которая сравнивает два напряжения и переключает выход в высокое или низкое состояние в зависимости от того, какое напряжение выше.
Здесь показан компаратор напряжения на операционном усилителе. На фиг.1 показан компаратор напряжения в инвертирующем режиме, а на фиг.1 показан компаратор напряжения в неинвертирующем режиме.
Неинвертирующий компаратор.
В неинвертирующем компараторе опорное напряжение подается на инвертирующий вход, а сравниваемое напряжение подается на неинвертирующий вход. Всякий раз, когда сравниваемое напряжение (Vin) становится выше опорного напряжения, выходной сигнал операционного усилителя достигает положительного насыщения (V+) и наоборот. На самом деле происходит то, что разница между Vin и Vref (Vin – Vref) будет положительной величиной и будет усилена операционным усилителем до бесконечности. Поскольку резистор обратной связи Rf отсутствует, операционный усилитель находится в режиме разомкнутого контура, поэтому коэффициент усиления по напряжению (Av) будет близок к бесконечности. Таким образом, выходное напряжение достигает максимально возможного значения, т.
е. В+. Помните уравнение Av = 1 + (Rf/R1). Когда Vin становится ниже Vref, происходит обратное.
Инвертирующий компаратор.
В случае инвертирующего компаратора опорное напряжение подается на неинвертирующий вход, а сравниваемое напряжение подается на инвертирующий вход. Всякий раз, когда входное напряжение (Vin) превышает Vref, выход операционного усилителя достигает отрицательного насыщения. Здесь разница между двумя напряжениями (Vin-Vref) инвертируется и усиливается до бесконечности операционным усилителем. Вспомните уравнение Av = -Rf/R1. Уравнение для коэффициента усиления по напряжению в инвертирующем режиме: Av = -Rf/R1. Поскольку резистор обратной связи отсутствует, коэффициент усиления будет близок к бесконечности, а выходное напряжение будет максимально отрицательным, т.е. В-.
Практическая схема компаратора напряжения.
Ниже показан практичный неинвертирующий компаратор на ОУ uA741. Здесь опорное напряжение устанавливается с помощью сети делителя напряжения, состоящей из резисторов R1 и R2.
Уравнение Vref = (V+/ (R1 + R2)) x R2. Подстановка значений, указанных на принципиальной схеме, в это уравнение дает Vref = 6V. Всякий раз, когда Vin становится выше 6 В, выходное напряжение изменяется до ~+12 В постоянного тока и наоборот. Схема питается от двойного источника питания +/- 12 В постоянного тока.
Несколько других схем, связанных с операционными усилителями, которые могут вас заинтересовать.
Интегратор, использующий операционный усилитель : Для интегрирующей схемы выходной сигнал будет интегралом входного сигнала. Например, синусоидальная волна при интегрировании дает косинусоидальную волну, прямоугольная волна при интегрировании дает треугольную волну и т. д. определенный фактор.
Инструментальный усилитель : Это тип дифференциального усилителя с дополнительными буферными каскадами на входе. Это приводит к высокому входному импедансу и простоте согласования.
Инструментальный усилитель имеет лучшую стабильность, высокий CMRR, низкое напряжение смещения и высокий коэффициент усиления.
СРАВНИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЙ – Паяная электроника
10 января 2023 г.
ВВЕДЕНИЕ
LM393 – ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
LM393 – ВЫВОД
ПРИМЕР
Теперь, когда мы знаем, как работает компаратор напряжения, мы можем создать собственную электрическую схему. Сделаем это на примере ночника. С помощью фоторезистора мы будем считывать количество света, а LM393 будет переключателем, который включает или выключает светодиод. На самом деле это оптический датчик света.
200кОм, а при ярком свете 1-2кОм. Для получения дополнительной информации см. техническое описание.Для этого проекта мы будем использовать только входы ln1(-) и ln1(+) и выход Output1. Во-первых, мы подключаем источник питания к контактному компаратору Vcc и GND. В качестве источника можем использовать аккумулятор 9В.
Следующим шагом является изготовление
После этого мы подключим входное напряжение для сравнения и потенциометр более 10 кОм, чтобы мы могли настроить чувствительность схемы.
Подключаем потенциометр, подключая опорные напряжения к краевым контактам. На левый пин подключаем GND, а на правый +9В. Центральный контакт — это наше выходное напряжение, и мы подключаем его к неинвертированному входу компаратора In1(+). Напряжение, которое обеспечивает вход, зависит от положения потенциометра. Если мы повернем его полностью влево, т. е. к GND, выходное напряжение будет стремиться к 0 В. Когда мы поворачиваем его по часовой стрелке, выходное напряжение пропорционально + 9V. Для начала мы можем поставить его примерно в центральное положение.
Что произойдет дальше:
- в темноте: напряжение на инвертированном выводе In1(-) ниже, чем на неинвертированном In1(+), поэтому получаем GND на выходе
- на свету: напряжение на инвертированном контакте In1(-) выше, чем на неинвертированном контакте In1(+), поэтому получаем Vcc (+9В) на выходе
Поскольку мы хотим, чтобы светодиод светился в темноте, выходной контакт будет подключен к катоду (-) светодиодного диода, а анод (+) будет подключен через 330 Ом к + 9 В.
