|
Новостная лента
На сайте представлены примеры программирования, которые будут полезны как для опытного разработчика схем на микроконтроллерах, так и для новичка. Особо рассматривается программирование микроконтроллеров для начинающих пользователей. Программные примеры программирования разбиты на различные разделы. Основную массу составляют примеры программирования микроконтроллеров avr и микроконтроллеров microchip. Пользователю предлагается познакомиться с различными примерами программирования и различными средами программирования: MicroLab, AVRStudio, MikroC, FloweCode. Представлены схемы на микроконтроллерах ведущих производителей: PIC и AVR. Рассматривается огромное количество схем для начинающих разработчиков. Если Вы начинающий радиолюбитель, то для Вас мы приготовили раздел микроконтроллеры для начинающих. Современные микроконтроллеры относятся к классу микропроцессорных устройств. В основе принципа действия таких элементов лежит исполнение последовательного потока команд, называемого программой. Микроконтроллер получает программные команды в виде отдельных машинных кодов. Известно, что для создания и отладки программ, машинные коды подходят плохо, так как трудно воспринимаются человеком. Этот факт привел к появлению различных языков программирования и огромного количества различных компиляторов. В основе языков программирования микроконтроллеров лежат классические языки для компьютеров. Единственным отличием становится ориентированность на работу со встроенными периферийными устройствами. Архитектура микроконтроллеров требует, например, наличия битово-ориентированных команд. Последние выполняют работу с отдельными линиями портов ввода/вывода или флагами регистров. Подобные команды отсутствуют в большинстве крупных архитектур. Например, ядро ARM, активно применяемое в микроконтроллерах, не содержит битовых команд, вследствие чего разработчикам пришлось создавать специальные методы битового доступа.
Примеры программирования микроконтроллеров будут представлены на хорошо всем известном языке Си. А перед тем как постигать азы программирования микроконтроллеров и схемотехнику устройств на микроконтроллерах, авторам предлагается ещё раз вспомнить основы микропроцессорной техники, основы электроники, полупроводниковую электронику, аналоговую и цифровую схемотехнику, а так же азы аналогового и цифрового представления сигнала. Для тех, кому хочется получить новые знания в области современного программирования, можно будет познакомиться с графическим языком программирования LabView. Выбор языка программирования зависит от множества факторов. В первую очередь, типо решаемых задач и необходимым качеством кода. Если Вы ведёте разработку малых по объёму и несложных программ, то можно использовать практически любой язык. Для компактного кода подойдет Ассемблер, а если ставятся серьезные задачи, то альтернативы С/С++ практически нет. Также необходимо учитывать доступность компилятора. В итоге самым универсальным решением можно назвать связку Ассемблера и C/C++. Для простого освоения языков, можно воспользоваться примерами программ для микроконтроллера. Использование примеров программирования упростит и ускорит процесс освоения программирования микроконтроллеров. Схемы на микроконтроллерах позволят начинающим разработчикам освоить тонкости проектирования, моделирования и программирования микроконтроллеров. |
|||
Компаратор с гистерезисом | TDM Lab
Столкнулся я тут с небольшой задачей при разработке аппаратного IGBT ключа для управления тормозным резистором применительно к частотному преобразователю. Идея моя состояла в том, чтобы сделать аппаратное устройство, следящее за напряжением некоторой шины постоянного тока и при превышении на ней напряжения открывать транзисторный ключ и «сбрасывать» излишки на мощном сопротивлении.
Задача выглядит очень просто, нам нужен компаратор, который будет сравнивать напряжение шины с некоторым пороговым напряжением и в случае превышения подавать сигнал на драйвер и далее на IGBT. Но в ходе реализации я понял, что это очень интересная и не всегда очевидная схемотехника.
Графическое обозначение компаратораИтак, компаратор это электронное устройство, в нашем случае интегральная микросхема с двумя входами, инвертирующем (-) и неинвертирующем (+) и одним выходом (Out).
Принцип работы до безобразия прост — если напряжение на входе (+) превышает напряжение на входе (-), то выход компаратора будет установлен в высокий логический уровень, если более конкретно то выход будет подтянут к плюсу питания. Если же наоборот, напряжение на входе (-) больше напряжения (+), то выход будет подтянут к общему проводнику.
При питании компаратора двухполярным источником напряжения логика аналогична, за исключением того, что уровень 0 теперь станет равен отрицательному питанию.
Итак, перейдем к практической реализации, для этого воспользуемся программой схемотехнического моделирования Microcap 12. В качестве компаратора будем применять, пожалуй, самую распространенную микросхему среди компараторов LM393.
Открытый коллектор на выходе компаратораЗаранее стоит отметить, что LM393 имеет на выходе открытый коллектор и поэтому для корректной работы применительно к любому варианту в схему должен быть добавлен подтягивающий резистор. Номинал этого резистора строго не оговорен, но при практическом применении я выбираю его в пределах единиц кОм, в зависимости от напряжения питания чтобы ток при открытом транзисторе получался порядка нескольких миллиампер.
Моделирование компаратора при V(-) < V(+)Итак, для начала протестируем модель и проверим два утверждения, которые я сделал ранее, про состояние выхода в зависимости от напряжения на входах.
По итогам моделирования мы видим точное значение питания при закрытом выходном транзисторе и напряжение порядка 75мВ при открытом выходном транзисторе.
Моделирование компаратора при V(-) > V(+)Это говорит нам о том, что в открытом состоянии он обладает некоторым конечным, не нулевым сопротивлением. Это небольшое напряжение и, в целом, не принципиально для применения, но все же его стоит учитывать при точных расчетах состояния.
С другой стороны сопротивление закрытого транзистора много больше подтягивающего резистора 9,1кОм и оно не оказывает никакого влияния на выход.
Компаратор в логическом 0 при =360ВИтак, перейдем к моделированию реальной схемы, где напряжение на входе и опорное напряжение формируется резистивными делителями. Как я уже говорил, схема будет служить для ограничения возрастания высокого напряжения на шине постоянного тока. Верхний предел по напряжению выберем равным
√2 * 230 + 10% ≈ 360В
Чтобы высокое напряжение не повредило вход компаратора мы предварительно разделим его на R1 и R2 с коэффициентом деления равным 200.
Компаратор в логической 1 при >360ВМожно заметить, что итоговый коэффициент деления оказывается не точно равен 200, это связано с наличием не бесконечного сопротивления входа V(+), что вносит свою небольшую поправку.
Можно даже из этих данных его примерно оценить в районе 20МОм, хотя это может значительно варьироваться в реальности. А в остальном полученные результаты полностью совпадают с выше описанным принципом работы.
Моделирование генерируемых и рассеиваемых мощностейЗавершая анализ по постоянному току можно посмотреть мощности, рассеиваемые на электронных компонентах. Особо тут меня волновал высоковольтный делитель. При сопротивлении 1МОм будет рассеиваться примерно 128мВт, что в целом допустимо для корпуса 1206 (0,25Вт), а учитывая то что в реальной схеме это сопротивление будет набираться несколькими резисторами, то эту рассеиваемую мощность можно считать незначительной.
Моделирование переходных процессовДальше посмотрим на моделирование переходных процессов для этого включим в схему генератор треугольного сигнала.
Уровни переключения будут точно совпадать с опорным напряжением (Ref) на входе V(-).
А теперь самое интересное включим в нашу модель толику реальности, когда напряжение на входе зашумлено некоторыми паразитными сигналами. В моем случае все упрошено до подмеса во входной сигнал белого шума.
Моделирование переходных процессов с учетом входного шумаИ вот теперь ситуация приобретает совсем иной оборот. Ранее идеальная характеристика переключения теперь у порога компарации превратилась в множество хаотичных переключений которые еще называют дребезгом. Это определенно приведет к нестабильной работе устройства.
Существует несколько способов борьбы с этим явлением и первым рассмотрим фильтрацию входного сигнала. Для этого введем в схему конденсатор С1 емкостью 10нФ.
Моделирование переходных процессов с учетом входного шума и RC фильтрации входного сигналаРезультаты показывают, что проблема решена и переход уровней опять происходит один раз, но у этого метода есть значительный недостаток. Происходит сужение частотной полосы входного сигнала. Наша схема теперь будет очень медленно реагировать на быстрое изменение входного напряжения и при некоторых обстоятельствах это может привести к некорректной работе слишком медленной реакции схемы.
АЧХ RC фильтраЧисленно это может быть выражено по амплитудно-частотной характеристике RC фильтра.
Так при емкости 10нФ и сопротивлении 1МОм, полоса сигнала будет составлять всего 15Гц, что очевидно недостаточно для работы на скоростях частотного преобразователя в 100-200Гц.
Гистерезис в компаратореВторым методом борьбы с дребезгом переключения является введение в схему гистерезиса, когда поведение системы будет в том числе определятся её прошлыми состояниями. При этом в схему добавляются резисторы R5 и R6.
Формулы для расчета гистерезиса в неинвертирующем компаратореФормулы расчета приведены, например, в справочном документе Analog Devices, там, в том числе, даны варианты для инвертирующего компаратора, а так же при двухполярном питании.
Я подобрал сопротивления резисторов для гистерезиса порядка 5% от диапазона входного сигнала и результаты моделирования опять показывают хороший результат.
То есть этого значения вполне достаточно что бы полностью устранить влияние помехи.
Моделирование неинвертирующего компаратора с гистерезисомИсходя из формулы гистерезиса видно, что его величина определяется отношением резисторов R3 и R4 (для моей модели это резисторы R6 и R5) как:
HYST = R3*(VOH — VOL)/R4 = 100к*(15-0,1)/10M = 0,149V
Результаты моделирования гистерезиса HYST = 0,162V, VTH = 1,821V, VTL = 1,659VУровни компарации у меня получились:
VTH = ((100k +10M)*1,8V — (100k*0,1V))/10M = 1,817V
VTL = ((100k +10M)*1,8V — (100k*15V))/10M = 1,668V
Из этого гистерезис находиться аналогично как:
HYST = VTH — VTL = 1,817V — 1,668V= 0,149V
При этом моделирование показало весьма точное совпадение с расчетом.
В заключение можно объединить два хороших метода в одной схеме и получить большую надежность при этом снизив емкость С1 до 1нФ мы расширим рабочую полосу до примерно 150Гц, чего вполне достаточно.
Моделирование неинвертирующего компаратора с гистерезисом и входным RC фильтромВ заключение приведу параметры блока генератора шума и генератора треугольника для возможности повторения экспериментов, а так же реальную осциллограмму компаратора с гистерезисом для примера.
Генератор сигналов (Pulse Source)Генератор сигналов (Pulse Source)Пример осциллограммы компаратора с гистерезисомС наилучшими пожеланиями
Ваш TDA, 09/2020
Реле времени на компараторе LM393
Компаратор это усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами и цифровым выходом. Компаратор (от английского compare – сравнивать) делает сравнение напряжений на входах. На неинвертирующий(+) вход подается опорное напряжение, формируемое делителем напряжения, а на инвертирующий(-) вход поступает изменяющееся напряжение. Если напряжение на инвертирующем(-) входе станет равным или превысит опорное, на выходе компаратора появиться сигнал логической единицы.
Микросхема lm393 содержит 2 компаратора, а lm339 4 компаратора в одном корпусе.
Распиновка микросхемы lm393
Питание компаратора lm393 однополярное от 2 до 36В, либо двуполярное от +-1 до +-18В. Выходной какскад с открытым коллектором, максимальный выходной ток до 20мА.
Схема реле времени на компараторе:
Подаем на схему питание. Резисторы R2, R3 формируют опорное напряжение равное 40% от напряжения питания. Оно будет чуть меньше, так как выходной транзистор компаратора открыт и резистор обратной связи R4 оказывается подключен параллельно резистору R3. На инвертирующем входе будет напряжение близкое к напряжению питания и по мере заряда конденсатора C1, оно будет уменьшаться. Когда оно станет меньше напряжения на неинвертирующем входе(примерно 4,5В) выходной транзистор компаратора закроется, резистор R4 теперь не соединен параллельно с R3, поэтому опорное напряжение увеличится на 0,27В тем самым обеспечивая гистерезис. То есть если теперь напряжение на конденсаторе начнет падать, то ему нужно будет упасть на те самые 0,27В чтобы опять переключить компаратор.
Для нахождения гистерезиса нужно пересчитать напряжение делителя для случая когда R3 и R4 соединены параллельно. Сопротивление двух резисторов соединенных параллельно находится по формуле:
R = 1 / (1/R3 + 1/R4 ) = 1 / (1/100кОм + 1/1000кОм) = 90,9кОм
Теперь пересчитываем напряжение делителя R2R3, взяв вместо R3 90,9кОм:
U1 = Uпит. * [ R3 / (R2 + R3) ] = 12 * [ 90,9 / (150 + 90,9) ] = 12 * 0,377 = 4,53В
Напряжение делителя R2R3 без резистора R4:
U2 = Uпит. * [ R3 / (R2 + R3) ] = 12 * [ 100 / (150 + 100) ] = 12 * 0,4 = 4,8В
Гистерезис будет равен разнице полученных напряжений:
H = U2 – U1 = 4,8 – 4,53 = 0,27В
Если нужно чтобы светодиод наоборот зажигался через определенное время, то нужно поменять местами C1 и R1, а также резисторы R2 и R3:
При кратковременном отключении питания отсчет времени начинается не с начала, так как конденсатор разряжается долго. Ускорить разряд конденсатора можно добавив диод:
Теперь при отключении питания конденсатор разряжается питая схему. В основном ток проходит через светодиод. Добавим еще один диод, чтобы конденсатор не питал компаратор:
Теперь светодиод при отключении питания не горит, но разряд конденсатора идет значительно медленнее через резисторы R2, R3.
2021-02-15 30Компараторы, как они работают? – Начинающим – Теория
Общие сведения.
Компаратор – это операционный усилитель без обратной связи с большим коэффициентом усиления.
Поэтому, если подать на один его вход (например инверсный) какой то постоянный уровень опорного напряжения, а на другой вход (прямой) изменяющийся сигнал – выходное напряжение у него изменится скачком, от минимального до максимального в тот момент, когда уровень входного сигнала превысит уровень сигнала опорного напряжения, установленного на другом входе, и наоборот.
Компараторы имеют два входа, прямой и инверсный, и в зависимости от желаемого результата, опорное и сравниваемое напряжения, могут подключаться к любому входу.
Если входное напряжение на прямом входе, превысит напряжение инверсного входа, выходной транзистор компаратора открывается, если станет ниже – закрывается. То есть компаратор сравнивает напряжения.
Вот мы и подошли к сути основного назначения компаратора – сравнивать между собой два напряжения (сигнала), и выдавать на выходе напряжение (сигнал) в том случае, когда сигнал на одном входе, стал больше или меньше уровня, установленного опорным напряжением другого входа.
На компараторах можно собирать различные устройства, такие как терморегуляторы, стабилизаторы, различные устройства автоматики – используя для изменения входного сигнала различные датчики, такие как, терморезисторы, фоторезисторы, индикаторы влажности и т.д. и т.п.
Выходные каскады компараторов рассчитаны таким образом, чтобы их выходное напряжение соответствовало бы входному логическому уровню многих цифровых микросхем, поэтому их ещё могу называть формирователями.
В принципе на любом операционном усилителе можно построить компаратор (но не наоборот).
Рассмотрим самый распространённый компаратор К554СА3, (зарубежные аналоги LM-111, LM-211, LM-311).
На выходе этого компаратора включен транзистор с открытыми коллектором и эмиттером, и в зависимости от необходимого результата на выходе, его можно подключать по схеме с общим эмиттером или эмиттерным повторителем.
Схема включения компаратора для одно-полярного питания изображена на рисунке 1, для двух-полярного питания на рисунке 2.
Рисунок 1.
Схема включения компаратора в одно-полярное питание.
а – с общим эмиттером; б – эмиттерным повторителем.
Напряжение питания +5 вольт указано для уровня логики ТТЛ микросхем.
Для согласования выхода с логическими уровнями КМОП микросхем, напряжение питания соответственно может быть 9-15 вольт.
Рисунок 2.
Схема включения компаратора в двух-полярное питание.
а – с общим эмиттером; б – эмиттерным повторителем.
В качестве нагрузки компаратора можно использовать любую нагрузку с током потребления не более 50 мА. Это могут быть непосредственно обмотки реле, резисторы, светодиоды индикации и оптронов исполнительных устройств, с ограничивающими ток резисторами. Индуктивные нагрузки желательно шунтировать диодами от обратного выброса напряжения.
Напряжение питания компаратора может быть 5 – 36 вольт одно-полярного (или сумма двух-полярного) напряжения.
Процессы переключения компараторов.
Если входной сигнал будет изменяться очень медленно, то при достижении уровня входного сигнала опорному, выход компаратора может многократно с большой частотой менять свое состояние под действием незначительных помех (так называемый “дребезг”).
Для устранения этого явления в схему компаратора вводят положительную обратную связь (ПОС), которая обеспечивает характеристике компаратора небольшой гистерезис, то есть небольшую разницу между входными напряжениями включения и отключения компаратора. Некоторые типы компараторов уже имеют встроенную, упомянутую выше ПОС.
Её можно так же ввести в схему компаратора при необходимости, например, как изображено на рисунке ниже.
Рисунок 3.
Схема включения в компаратор ПОС (гистерезиса).
На рисунке 3 приведена схема включения компаратора с открытым коллектором на выходе, переходная характеристика которой имеет гистерезис (рис. 3б).
Пороговые напряжения для этой схемы определяются по формулам;
Хотя гистерезис вносит небольшую задержку в переключении компаратора, но благодаря ему, существенно уменьшается или даже устраняется полностью “дребезг” выходного напряжения.
Для того, кто желает более полного и подробного знакомства с компараторами, рекомендую прочитать статью Б. Успенского в ВРЛ № 97 стр.49.
КОМПАРАТОРЫ И ПОЛИКОМПАРАТОРНЫЕ МИКРОСХЕМЫ в устройствах на микросхемах
Компараторами называют электронные устройства, предназначенные для сравнения двух или более электрических величин. Компараторы часто используют для преобразования аналогового сигнала в цифровой, а также для восстановления формы искаженных цифровых сигналов. Компаратор может использоваться в качестве порогового устройства, срабатывающего в случае, если входной контролируемый сигнал превысит по величине сигнал заданный, опорный.
По виду сравниваемых входных сигналов компараторы подразделяют на две группы: аналоговые; цифровые.
Учитывая специфику данной монографии, ограничимся описанием аналоговых компараторов.
Аналоговый компаратор можно представить как простейший однобитный аналого-цифровой преобразователь. Выходной сигнал такого компаратора представлен, как правило, двумя возможными значениями, соответствующими уровням входного сигнала больше или меньше некоторой заданной пользователем величины:
♦ уровнем логической единицы;
♦ уровнем логического нуля.
В связи с этим важнейшими характеристиками компаратора являются величина и стабильность уровня (порога) перехода устройства из одного стабильного состояния в другое.
Зависимость выходного напряжения компаратора UBbIX от уровня входного UBX можно представить как
где Uon — опорное напряжение (напряжение сравнения).
Или, иными словами,
Компараторы чаще всего используют в пороговых, релейных схемах, устройствах контроля критически значимых величин.
Помимо основного назначения компараторы способны работать в качестве генераторов импульсов, аналого-цифровых преобразователях, схемах согласования логических уровней, схемах очистки зашумленных цифровых сигналов и т. д. Менее распространены двух- или более пороговые компараторы, которые наиболее часто применяют в простых индикаторах уровня входного сигнала, например, в светодиодных шкалах.
Компараторы по своему назначению или особенностям строения можно подразделить на такие группы:
♦ высоковольтные;
♦ низковольтные;
♦ маломощные компараторы, в том числе с источником опорного напряжения, в качестве которого может быть использован ОУ;
♦ повышенной выходной мощности, в том числе с защитой от перегрузки;
♦ высокоскоростные или повышенного быстродействия;
♦ с открытом выходом, выходом на КМОП, транзисторнотранзисторной или эмиттерно-связанной логике;
♦ с выходом «rail to rail»;
♦ двух- и более скоростные с автоматическим переходом на экономичный режим работы;
♦ прецизионные;
♦ многопороговые;
♦ многоканальные;
♦ с гистерезисом;
♦ стробируемые;
♦ с цифро-аналоговым преобразователем;
♦ программируемые;
♦ прочие.
Примечание.
Как правило, заметный выигрыш по одному из параметров обуславливает не менее значимый проигрыш по другому параметру. Так; например, пониженное энергопотребление компаратора достигается за счет снижения его быстродействия.
Компараторы обычно не содержат элементов частотной коррекции, имеют передаточную характеристику релейного типа и поэтому не могут использоваться в качестве линейных усилителей аналоговых сигналов, например, в качестве ОУ В то же время компараторы широко применяют для сопряжения аналоговых и цифровых устройств, на их основе могут быть созданы эффективные усилители D-класса.
Как было показано ранее, в качестве компараторов могут быть использованы обычные операционные усилители, охваченные петлей положительной обратной связи. Порок такого решения — низкая нагрузочная способность подобных устройств, поскольку для управления энергоемкой нагрузкой требуется применение усилителей мощности.
Специализированные компараторы, ориентированные, в отличие от операционных усилителей, на решение узкого круга задач, отличаются:
♦ повышенной нагрузочной способностью;
♦ быстродействием;
♦ невозможностью работы в линейном режиме.
Схемы компараторов — детекторов нуля, работающих на положительных или отрицательных перепадах входного напряжения, показаны на рис. 18.1 и 18.2. Переходная характеристика UBblx = UBbDC (UBX ) идеального компаратора имеет строго прямоугольную форму. Реальная форма этой характеристики (рис. 18.1 и рис. 18.2), определяется конечной скоростью переходных процессов, неидеальностью работы компаратора и его элементов.
Примечание.
Отмечу, что в крайне узком диапазоне входных напряжений компаратор способен работать как усилитель с крайне высоким коэффициентом усиления (порядка 105—106 и более). Очевидно, что стабильность работы такого усилителя невелика, т. к. положение его рабочей точки в существенной мере зависит от температуры окружающей среды, стабильности источников питающих напряжений и других факторов.
При желании точку переключения состояния компаратора (порог срабатывания) можно сместить в любую сторону относительно нуля.
Пример компаратора со ступенчато переключаемым — плавно регулируемым порогом срабатывания приведен на рис. 18.3.
Порог переключения компараторов не является строго фиксированной величиной. Обычно напряжение переключения компаратора нестабильно и в процессе работы хаотически смещается в ту или иную сторону от заданного уровня. Амплитуда таких флуктуаций определяется: свойствами конкретного типа компаратора; его разновидности; качеством изготовления; температурой окружающей среды; внешними воздействиями.
Примечание.
В этой связи при построении прецизионных схем сравнения напряжений необходимо предусматривать минимизацию или нейтрализацию собственных шумов компаратора.
Неприятной особенностью работы компараторов является их работа при уровнях входных сигналов вблизи порога разрешения переключения. В этом случае, если входной сигнал сильно зашумлен, на выходе компаратора появляется последовательность дельтавидных или иглоподобных апериодических импульсов, вносящих обычно сбои в работу радиоэлектронной аппаратуры.
Для минимизации паразитного переключения компаратора в условиях его работы с зашумленными сигналами иногда применяют схемотехнический прием, заключающийся в преднамеренном искажении формы переходной характеристики. На переходной характеристике такого компаратора наблюдается отчетливо выраженный гистерезис.
Рис. 18.4. Схема компаратора с гистерезисом (триггера Шмитта)
На рис. 18.4 и 18.5 показаны схемы компараторов с искусственно организованными петлями гистерезиса. Ширину петли гистерезиса AUraCT можно определить из выраже-
Рис. 18.5. Схема компаратора с регулируемой шириной петли гистерезиса
напряжение ограничения компаратора. Напряжения переключения компаратора +U и -U относительно заданного (нулевого, рис. 18.4 и 18.5, уровня) можно определить по
формуле
Компаратор уровней сигнала по амплитуде позволяет сопоставить величину (уровень) двух сигналов и переключить свой выходной уровень с логической единицы на нуль (или наоборот) в случае, если входной сигнал превысит заданный порог срабатывания компаратора.
Рис. 78.7. Схема нерегулируемого двухпорогового компаратора напряжения
Рис. 78.6. Схема двухпорогового компаратора на операционном усилителе
Отдельной проблемой сопоставления уровней сигналов является задача двух- или многопорогового разделения сигналов. Варианты решения такой задачи показаны на рис. 18.6, 18.7 [18.1]. Зависимость выхо дного сигнала от уровня входного показана на рис. 18.7.
Порог переключения компаратора Όι (рис. 18.7) устанавливают подачей напряжения Uynp. В случае, если на вход компаратора подается высокое отрицательное напряжение, то оно действует только на инвертирующий вход микросхемы DA1.
При снижении уровня входного напряжения до значения
где UVD1=0,6—0,7 В (падение напряжения на кремниевом диоде VD1), на выходе ОУ установится положительное напряжение, рис. 18.7.
При дальнейшем возрастании уровня входного напряжения вплоть до значения U2 выходное напряжение компаратора имеет уровень логической единицы. Однако, при UBx >U2 диод VD1 более не шунтирует вход ОУ, компаратор вновь переключается, на его выходе устанавливается уровень логического нуля.
Для того, чтобы плавно управлять порогом переключения компаратора, может быть использована схема, рис. 18.8 [18.1]. Потенциометром R3 устанавливают порог переключения компаратора. Ширину зоны чувствительности компаратора регулируют потенциометром R2:
Сдвоенный компаратор К1464СА1
Рис. 78.8. Схема регулируемого компаратора напряжения
[18.2] (аналог LM193, LM293, LM393, LM2903 фирмы Philips, SGS-Thomson Microelectronics и NS [18.3]) отличается от иных:
♦ малой потребляемой мощностью;
♦ возможностью сравнивать сигналы, близкие к нулевому уровню.
Рис. 78.9. Состав и цоколевка микросхемы сдвоенного компаратора К1464СА1
Компаратор (рис. 18.9) работает при напряжении питания 2—36 В (однополярное) и 2±(1 —18) В (двуполярное питание) [18.2, 18.3]. Потребляемый ток менее 1 мА при напряжении питания 5 В и 2,5 мА при 36 В.пор.в.’
Типовые схемы инвертирующего и неинвертирующего компараторов на микросхеме К1464СА1 приведены на рис. 18.10 и рис. 18.11. Значения нижнего и верхнего входного порогового напряжения U, рис. 18.10, определяется как [18.2]:
Рис. 18.14. Схема совместного использования компараторов LM 193, LM293, LM393, К1464СА1 сТТЛ и КМОП- логическими элементами
Рис. 18.10. Схема инвертирующего компаратора на микросхеме К1464СА1
Рис. 18.11. Схема неинвертирующего компаратора на микросхеме К1464СА1
Unop.H Unop в Unop.H Unop.в
Рис. 18.12. Передаточные характеристики компараторов
Рис. 18.13. Компаратор на микросхеме LM193, LM293, LM393, К1464СА1
При R1=R2=R3 UnopH * UniiT /3, UnopB * 2Unm /3, что примерно совпадает с соответствующими уровнями переключения из одного устойчивого состояния в другое для КМОП-микросхем. Передаточные характеристики инвертирующего и неинвертирующего компараторов показаны на рис. 18.12.
Типовая схема использования микросхем LM193, LM293, LM393, К1464СА1 в качестве компаратора показана на рис. 18.13 [18.3].
На рис. 18.14 показаны типовые схемы использования компараторов с микросхемами ТТЛ и КМОП-серий.
На рис. 18.15 показана схема выделения прохождения сигнала через ноль: при каждом прохождении входного напряжения через ноль детектор вырабатывает короткий импульс
[18.2]. В устройстве также использован инвертирующий компаратор напряжения с гистерезисом. Диод VD1 защищает входные цепи компаратора при появлении на входе минусовых полупериодов сигнала. Напряжение питания устройства 5 В.
На рис. 18.16 и рис. 18.17 показаны примеры использования компараторов в качестве НЧ усилителей с малой (рис. 18.16) и повышенной (рис. 18.17) нагрузочной способностью [18.3]. Коэффициент передачи усилителей определяется соотношением резистивных элементов R3/R2 и равен 100.
Рис. 18.18. Схема преобразователя- индикатора магнитного поля на компараторе LM393
Рис. 18.17. Схема НЧ усилителя на компараторе LM393 с повышенной нагрузочной способностью
Рис. 18.16. Схема НЧ усилителя на компараторе LM393
Рис. 78.75. Схема детектора «нуля».
На основе компараторов серии LM193, LM293, LM393, К1464СА1 может быть изготовлен преобразователь– индикатор магнитного поля, использующий в качестве датчика катушку индуктивности L1, рис. 18.18 [18.3].
Преобразователи амплитуды входного сигнала в ширину выходного используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях.
На рис. 18.19,18.20 приведены схемы преобразователей амплитуды в ширину импульса [18.4]. Преобразователи выполнены на основе компараторов DA1 — К554САЗ. Напряжение на входах компаратора примерно равно половине напряжения питания (задается резистивным делителем R1/R2) и различается на величину напряжения, падающего на открытом переходе диода VD1. Входное сопротивление преобразователя равно Rl(R2)/2 или 25 кОм.
При подаче на вход синусоидального сигнала или сигнала пилообразной, треугольной формы и увеличении амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства формируются прямоугольные импульсы, ширина которых зависит от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки. Полоса рабочих частот (область низких частот) определяется емкостью конденсаторов С1 и С2.
Устройства (рис. 18.19,
Рис. 18.79. Схема преобразователя амплитуды входного сигнала в ширину выходного на компараторе К554САЗ
18.20) отличаются способом подключения входов компаратора и, соответственно,
«полярностью» выходных сигналов. Частотная зависимость порогового напряжения начала работы преобразователей при использовании Si и Ge-диодов VD1 показана на рис. 18.21.
Для Ge-диодов (Д9Г) пороговое напряжение в полосе частот 5—200 кГц составляет 80—90 мВ, для Si (КД503А) — 250—270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — 2—2,5 В. При уменьшении номиналов резисторов R1 и R2 чувствительность устройства возрастает за счет снижения прямого напряжения на диоде VD1, одновременно снижается и входное сопротивление.
Преобразователь напряжения в частоту, схема которого представлена на рис. 18.22, позволяет при изменении входного напряжения от 0 до 5 В получить на выходе линейное увеличение частоты от О до 21 кГц (коэффициент преобразования 4,2 кГц/В с нелинейностью не свыше 3%) [18.5].
Таймер на микросхеме DA1 КР1006ВИ1 включен по схеме мультивибратора, времязадающий резистор которого заменен генератором тока на операционном усилителе DA1 741 (К140УД7).
Рис. 18.23. Схема прецизионного преобразователя напряжение-частота
Для получения высокой линейности преобразования отклонение сопротивление резисторов от номинала не должно превышать 0,5 %.
Помимо основного назначения — усиления сигналов, микросхема К1464УД1 может быть использована и в устройствах иного назначения, например, для преобразования напряжения входного сигнала в частоту выходного.
Преобразователь напряжение-частота (рис. 18.23) содержит управляемый генератор из интегратора на ОУ DA1.1 и компаратора с гистерезисом на ОУ DA1.2 [18.6]. На выходе интегратора формируется линейно изменяющееся во времени напряжение, скорость нарастания которого зависит от уровня входного напряжения UBX, а направление изменения — от состояния выхода компаратора DA1.2.
На выходе преобразователя формируется последовательность импульсов прямоугольной формы, частота которых прямо пропорционально зависит от уровня входного напряжения (0—3,5 В).
На основе ОУ КР140УД1208, который работает в диапазоне питающих напряжений ±1,5…±18 В при коэффициенте усиления до 200000, может быть собрано множество конструкций, в том числе устройств сравнения, часть из которых представлена на рис. 18.24—18.26 [18.7].
Примечание.
Микросхема выгодно отличается тем, что имеет защиту от короткого замыкания в цепи нагрузки.
Рис. 18.24. Схема индикатора разрядки батареи на микросхеме КР140УД1208
Индикатор разрядки батареи, рис. 18.24, содержит узел сравнения текущего значения контролируемого напряжения с некоторым образцовым значением. Для формирования образцового
напряжения использован узел, выполненный на транзисторе VT1. При достижении критического уровня напряжения, устанавливаемого при помощи потенциометра R9, включается генератор звуковых сигналов, выполненный на микросхеме DA1. В качестве излучателя звука использован пьезокерамический излучатель BF1 (ЗП-З).
Рис. 18.25. Упрощенный вариант индикатора разрядки батарей с визуальной индикацией
Емкость конденсатора С1 подбирают по максимальной громкости звучания пьезокерамического излучателя (настройка на его резонансную частоту).
Упрощенный вариант индикатора со светодиодной индикацией показан на рис. 18.25. Порог срабатывания (6,5 В) подбирают регулировкой потенциометра R2. Ток «молчания» индикаторов — 0,1 мА, индикации — 1 мА.
Индикатор электрического поля, схема которого представлена на рис. 18.26, предназначен для дистанционного бесконтактного контроля уровня электрического поля при приближении обслуживающего персонала к токонесущим конструкциям высокого напряжения.
В качестве антенны, определяющей чувствительность устройства, использована пластинка из фольгированного стеклотекстолита 55×33 мм, спрятанная в корпусе. Прибор срабатывает при приближении антенны к проводке под напряжением 220 В на расстояние не менее 50 см.
Совет.
Последовательно со светодиодом HL1 и капсюлем BF1 полезно включить токоограничивающий резистор сопротивлением до 300 Ом.
Рис. 18.26. Схема аудиовизуального индикатора электрического поля на микросхеме КР140УД1208
На основе компаратора DA1 КР554САЗБ может быть собрана схема фото- или термочувствительного реле, рис. 18.27 [18.8]. В первой из схем
(слева) в качестве светочувствительного элемента использован фотодиод VD1 КФДМ (или иной), входящий в состав сбалансированного резистивного моста. Балансировку моста осуществляют регулировкой потенциометра R2. К диагонали моста подключены входы компаратора DA1. Схема отрегулирована таким образом, чтобы при изменении уровня светового потока, падающего на приемную площадку фотоприемника, происходило переключение компаратора.
Примечание.
Если перед светочувствительным элементом установить светофильтр, можно создать прибор, чувствительный к излучению в определенной области спектра. Если использовать поляризационный светофильтр, прибор будет реагировать только на световой поток соответствующей поляризации. Такие устройства можно использовать, например, для автоматического открывания дверей ворот или гаража, когда к ним подъезжает автомобиль хозяина. Для повышения надежности срабатывания реле можно воспользоваться схемой совпадения, таким образом, реле будет срабатывать, если свойства сигнала-ключа будут отвечать, по меньшей мере, двум ключевым признакам.
В качестве нагрузки в реле [18.8] использовано оптоэлектронное реле 5П19.10ТМА-3-6, коммутирующее лампу накаливания, либо иную другую нагрузку.
Рис. 18.27. Схема фото- или термочувствительного реле на компараторе КР554САЗБ
Совет.
Вместо оптоэлектронного можно использовать и обычное электромагнитное реле с током срабатывания до 50 мА, обмотку которого в целях защиты выходного транзистора компаратора следует защитить параллельно подключенным диодом или электролитическим конденсатором.
Светодиод HL1 предназначен для визуального контроля момента срабатывания компаратора.
При желании фото- чувствительное реле (рис. 18.27, слева) легко преобразовывать в термочувствительное (рис. 18.27, справа). В качестве термочувствительного элемента можно использовать обычный кремниевый диод VD1, например, КД103А>
КД102А и др. Для снижения инерционности контроля в качестве датчика следует выбирать диод с минимальной массой.
Несколько модифицировав схему (рис. 18.27), можно получить реле времени для использования освещения подъездов и лестничных клеток, рис. 18.28 [18.8].
При кратковременном нажатии на любую из параллельно установленных на каждом этаже кнопок SB1—SBn кратковременно (на время, определяемое произведением R1C2), примерно на 60 с, включится лампа накаливания. Конденсатор С2 должен иметь малый ток утечки.
Пороговый индикатор превышения заданного уровня температуры, схема которого представлена на рис. 18.29 [18.9], может быть использован для автоматического регулирования теплового режима теплиц, инкубаторов, нагревательных узлов, систем сигнализации и т. д.
В устройстве использован компаратор DA1, нагруженный на светодиодный излучатель HL1. Питание индикатора стабилизировано. В качестве датчика температуры использован терморезистор R3 (или иной датчик). Рабочая точка (температура срабатывания) задается регулировкой потенциометра R4. Схему легко настроить на включение или отключении нагрузки (индикатора), поменяв его входы местами. В качестве датчика можно использовать, при необходимости, элементы, чувствительные к изменению освещенности (фоторезисторы), электрического поля (полевые транзисторы) и т. д.
Генератор на основе инвертирующего компаратора напряжения с гистерезисом на микросхеме К1464СА1, рис. 18.30,
вырабатывает короткие импульсы прямоугольной формы частотой 16 кГц [18.2]. Длительность импульса равна 0,7R4C1, паузы — 0,7R1C1, следовательно, период импульсов равен 0,7C1(R4+R1), а частота — 1,44/Cl (R4+R1).
Рис. 18.31. Схема удвоителя частоты на основе компараторе
Рис. 18.30. Схема генератора прямоугольных импульсов на компараторе
Пороговое устройство–компаратор может быть использовано в качестве широкодиапазонного (в определенных пределах) удвоителя частоты сигналов, рис. 18.31 [18.10]. Работа устройства основана на запоминании уровня сигналов на том или ином входе компаратора и последующем динамическом сопоставлении их уровня в ходе переходных процессов при заряде/раз- ряде конденсаторов.
В итоге на выходе устройства формируется последовательность импульсов с удвоенной по отношению к входному сигналу частотой, рис. 18.32. Входной сигнал имеет частоту 500—1000 Гц при амплитуде до 10 В.
Для иных частот потребуется подбор RC-элементов входных цепей.
Рис. 18.32. Входные и выходные сигналы удвоителя частоты на основе компараторе
Рис. 18.33. Схема устройства защиты от перенапряжения
Простое устройство (рис. 18.33) предназначено для защиты радиоэлектронного оборудования от недопустимых перепадов напряжения [18.11]. При снижении напряжения на входе устройства ниже некоторого заданного при помощи потенциометра R4 уровня сработает реле, отключив/подклю- чив своими контактами нагрузку, элемент защиты или стабилизации и т. п.
В качестве стабилитрона VD1 можно использовать стабилитрон на напряжение 3,3—5,1 В. Величина сопротивления R1 вычисляется исходя из того, чтобы напряжение на входном резистивном делителе R1—R2 примерно соответствовало напряжению на его движке, установленном посередине (т.=100 В Rl=407 (390) кОм.
Напряжение питания устройства может быть выбрано в пределах 9—24 В. Следует лишь учитывать, чтобы реле надежно и без гистерезиса переключалось, а элементы схемы работали без перегрузок. На практике устройство можно использовать для автоматической записи телефонных разговоров. В этом случае параллельно резистору R2 рекомендуется подключить электролитический конденсатор емкостью не менее 100 мкФ.
Схема включения компаратора, рис. 18.34 [18.3], позволяет за счет наличия в его входных цепях RC-элементов отфильтровывать высокочастотные (R2C1) и низкочастотные (R1C2) наводки на полезный сигнал.
Пороговое устройство для слежения за температурным режимом, рис. 18.35, выполнено на микросхеме LM393 [18.12]. В качестве датчика температуры использован терморезистор R2, имеющий отрицательный температурный коэффициент. Для измерений используется традиционная мостовая резистивная схема.
Для сравнений уровней напряжения на диагонали моста использован компаратор. Порог срабатывания компаратора плавно регулируют потенциометром R4. Для звуковой индикации используют зуммер BF1 с пятивольтовым питанием (или заменяющий его мультивибратор с телефонным капсюлем в цепи нагрузки).
Рекомендуемые уровни напря
жений: 4,9 В — на выводе 5 микросхемы; 2,9 В — на выводе 6.
Параллельно шинам питания включают электролитический (470 мкФ) и керамический (0,1 мкФ) конденсаторы.
С использованием линейки однотипных компараторов (рис. 18.36) можно получить устройство светодиодной индикации уровня входного сигнала, например, радиоприемника, аудиоплеера [18.13]. Сетка опорных напряжений образуется на резистивном делителе R1—R9, образованном однономинальными резисторами. Входное напряжение поступает на неинвертирующие входы всех компараторов одновременно.
По мере повышения уровня входного напряжения поочередно будут высвечиваться светодиоды снизу вверх (по схеме), визуально в соответствии с уровнем входного сигнала будет перемещаться вверх-вниз или влево-вправо светящаяся точка, динамически показывающая уровень сигнала на входе устройства.
Чувствительность индикатора можно варьировать, подбирая соотношение номиналов входного резистивного делителя R10/R11.
Вход устройства можно подключить к движку потенциометра узла электронной настройки радиоприемника. В этом случае светодиодная шкала будет индицировать частоту приема, что особенно удобно при эксплуатации радиоприемника или передатчика в темное время суток.
Используя изложенный выше принцип поочередного управления нагрузками при изменении уровня входного управляющего напряжения, можно решить задачу многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии, рис. 18.37 [18.14]. Для этого использован выносной пульт-делитель напряжения, дающего при нажатии на кнопки S1—S8 сетку опорных управляющих напряжений.
Для дешифровки и преобразования уровней напряжения, поступающих по двухпроводной линии, использована линейка из восьми однотипных компараторов. Выходы компараторов через токоограничивающие резисторы R20—R27 соединены с входами КМОП-инверторов, в качестве которых могут быть использованы элементы КМОП-микросхем серии К561у К564у например, К561ЛН1УК561ЛН2 и им подобные (К564ЛЕ5, К561ЛА7 с параллельно включенными входами по схеме инвертора). Диодные цепочки, выполненные на германиевых диодах, предназначены для выполнения условия установки нулевого уровня сигнала на выходе задействованного канала управления.
Как следует из анализа схемы многоканального управления нагрузок, устройство избыточно усложнено. Например, за счет использования всего одной специализированной поликомпараторной микросхемы — амплитудного мультиплексора UAA180 (К1003ПП1) эта же задача может быть решена в расширенном варианте: двухпроводное управление 12-ю нагрузками при токе нагрузки до 10 мА [18.15—18.17].
Рис. 1837. Схема двухпроводного восьмикомандного управления по двум проводам
Рис. 1838. Схема многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии
Поликомпараторное устройство многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии [18.15] представлено на рис. 18.38.
Оно выполнено на основе специализированной микросхемы UAA180 (К1003ПП1), предназначенной для 12-ти ступенчатого дискретного преобразования уровня аналогового сигнала на управляющем входе в номер коммутируемого канала индикации. При размыкании одного из ключей S1—S12 на управляющем входе микросхемы DA1 формируется сигнал с напряжением по сетке 0—0,5—1,0— … 5,5 В (всего 12 уровней). Соответственно величине управляющего сигнала к шине питания подключается одна из 12-и нагрузок, варианты выполнения которых А и В представлены на рис. 18.38.
Если в качестве нагрузки включить резистор сопротивлением порядка 1 кОм и более, с этого сопротивления можно снимать логический сигнал с уровнем 1/0 для управления цифровыми логическими КМОП- устройствами.
Для формирования сетки напряжений необходим подбор номиналов резистивного делителя R1—R11. Проще всего подобрать эти резисторы можно путем замены каждого из резисторов потенциометром, регулировкой которого при нажатии на одну из кнопок S1—S11 следует добиться срабатывания требуемого канала индикации. Далее потенциометр можно заменить обычным резистором (или их набором) соответствующего номинала.
Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.
Вопросы применения прецизионных компараторов
Всем доброго времени суток. В предыдущих статьях я рассказывал о применении операционных усилителей в линейных схемах, где ОУ охвачен отрицательной обратной связью, которая позволяет строить усилители, параметры которых будут в основном определяться элементами обвязки ОУ. Данная статья расскажет о применении ОУ без обратной связи или даже с положительной обратной связью (ПОС).
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
Работа операционного усилителя без обратной связи
Как известно напряжение на выходе ОУ UВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения UД (разность напряжений между входными выводами) на коэффициент усиления ОУ по напряжению КU
Операционные усилители имеют очень большой коэффициент усиления ОУ по напряжению КU = 105 … 106, а выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания (обычно несколько меньше). Поэтому, для того чтобы ОУ работал в качестве усилителя напряжения максимальное входное дифференциальное напряжение не должно превышать нескольких десятков мкВ (при UПИТ = 15 В, КU = 105, UД ≈ 150 мкВ). С учётом вышесказанного можно сделать вывод, что без применения отрицательной обратной связи, которая снижает усиление ОУ в схеме, применение ОУ бесполезно, так как при входных напряжениях в несколько милливольт ОУ войдёт в насыщение с выходным напряжением равным напряжению питания.
Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь
(ПОС) для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта, детекторы уровней напряжения.
Принцип работы компаратора
Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже
Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений.
В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение UBX, а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения UОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: когда входное напряжение UBX больше опорного UОП, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения –UНАС и остаётся неизменным пока входное напряжение UBX не уменьшиться ниже опорного напряжения UОП, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения +UНАС.
На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом
по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ.
Гистерезис в компараторах
Продолжаем серию статей, посвященных компараторам в измерительных приборах НПФ КонтрАвт. Ранее мы дали определение компараторам и привели основные функции компараторов.
В данной статье мы разберем для чего в компараторах вводят гистерезис.
В нашей первой статье мы упомянули, что в области порогов h и H в поведении компаратора может наблюдаться гистерезис и состояние выхода компаратора в этом случае зависит не только от соотношения измеренного сигнала и порогов, но и от предшествующей истории, т.е. от того, каким путем измеренный сигнал приближается к порогам.
Рисунок 1. Пример функции компаратора
Для чего же вводят гистерезис в компараторы?
Зачем нужен гистерезис в компараторах
Причина № 1
Как правило, измеренный сигнал имеет как регулярную составляющую (постоянную или плавно меняющуюся), так и случайную, вызванную действием внешних случайных электромагнитных помех.
В отсутствие гистерезиса (или при слишком малой величине его зоны), при подходе измеренного сигнала к пороговому значению случайная компонента вызывает многократное срабатывание компаратора, что нежелательно в системе (обгорание и износ контактов пускателя, хаотические срабатывания различных устройств и проч.).
Рисунок 2. Работа компаратора без гистерезиса
Однако, если выбрать зону гистерезиса (H-h) чуть больше, чем размах случайных изменений измеренного сигнала, то компаратор будет срабатывать только один раз, повторных возвратов в исходное состояние не будет. Таким образом, исключаются случайные срабатывания компаратора, его состояния фиксируются более четко.
Рисунок 3. Работа компаратора с оптимальной зоной гистерезиса
На практике с этим чаще всего сталкиваются в системах сигнализации и регулирования.
В задаче сигнализации отсутствие гистерезиса приводит к многократному срабатыванию сигнализации вблизи порога (см. рисунок 2). Если сигнализация управляет смежными устройствами и системами, то ложные и частые срабатывания будут крайне нежелательны. Кроме того, они вводят в заблуждение оператора. Наличие гистерезиса с оптимальной зоной обеспечивает однозначное срабатывание сигнализации (cм. рисунок 3).
В задачах позиционного регулирования гистерезис предотвращает частое и хаотическое переключение силового коммутационного элемента при переходе через уставку за счет шумоподобного изменения измеренного сигнала (рисунок 2). В случае больших мощностей это негативно сказывается как на электросети, так и на работе электромагнитных пускателей (обгорание контактов, износ, залипание контактов, неуправляемый нагрев, сокращение ресурса и т.п.) Наличие гистерезиса также делает переключение более четким (cм. рисунок 3).
Причина № 2
Существует и другая причина, по которой следует применять гистерезис в системах двухпозиционного регулирования.
Свойства системы могут быть таковы, что период срабатывания позиционного регулятора будет слишком малым. Это (так же как и влияние помех) приводит к частому срабатыванию коммутационных элементов с названными ранее последствиями.
В этих случаях специально увеличивают зону гистерезиса, чтобы увеличить период переключения. Однако, надо учитывать, что увеличение зоны гистерезиса ( > 0 + зона гистерезиса) неизбежно приводит к увеличению размаха колебаний, ухудшает точность регулирования. В таких ситуациях вопрос выбора величины зоны гистерезиса — это вопрос компромисса между точностью регулирования и повышением надежности и ресурса системы.
Рисунок 4. Пример увеличения периода переключения компаратора гистерезисом
Причина № 3
Существует ряд производственных задач, в которых введение гистерезиса в работу компаратора позволяет реализовать логику работы системы управления.
Например, в системах водоснабжениями (типа “Башня Рожновского”) точность вообще не играет ключевой роли, важно, что исполнительный механизм — насос — “не любит” частого включения/выключения.
При этом накопитель позволяет реализовать необходимое редкое включение/выключение насоса с помощью гистерезиса.
Рис 5. Пример использования гистерезиса в системах с накопителем
Выводы:
Таким образом, введение гистерезиса в компараторах необходимо в следующих случаях:
- Для устранения многократного срабатывания компаратора под действием быстрых случайных помех, как следствие устранения хаотических срабатываний различных устройств в системе, увеличение ресурса коммутационных и исполнительных устройств.
- Преднамеренное увеличение периода переключения компаратора в задачах позиционного регулирования. Обеспечивает увеличение ресурса и надежности системы, но ухудшается точность регулирования.
- Для реализация различных алгоритмов работы систем автоматики.
В следующих публикациях мы подробнее разберем прочие особенности работы компараторов. Следите за обновлениями материалов!
Основные схемы компаратора
Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: одновходовая и двухвходовая. Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю
, то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор
сравнивает два напряжения с учётом знака
. Расссмотрим обе схемы подробнее.
Схема одновходового компаратора.
На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению (по модулю). В его основе лежит инвертирующий сумматор, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения UBX и опорного напряжения UОП приведённого к инвертирующему входу UПРИВ, а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах UBX и UПРИВ должны иметь разную полярность.
Приведённое напряжение UПРИВ можно вычислить по следующему выражению
Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2
Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения.
Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже
Схема двухвходового компаратора.
В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением UBX и UОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение.
Компараторы применяются в широком спектре схем:
- Триггеры Шмитта и в схемах формирования сигнала, преобразующих сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.
- Детекторы уровня – схемы, в которых происходит индицирование момента достижения входным сигналом заданного уровня опорного напряжения.
- Генераторы импульсных сигналов, например, треугольной или прямоугольной формы.
При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже
Появление ложных импульсов на выходе компаратора.
Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис, путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю.
Компараторы National Semiconductor
28 ноября 2007
Очень часто нужно сравнить два сигнала по величине. В некоторых случаях необходимо зафиксировать момент, когда сигнал достигнет определенного значения. Для этих задач многие фирмы выпускают аналоговые компараторы. Без них не обходится ни один АЦП и ЦАП, ни один генератор пилообразных колебаний. В каждом цифровом вольтметре или другом измерительном приборе обязательно присутствует компаратор напряжения. Термин «компаратор» произошел от английского слова «compare» — сравнивать. Проще говоря, компаратор — это прибор для сравнения двух или нескольких напряжений с определенной точностью и выдачи результата с минимальной задержкой.
В качестве компаратора можно использовать дифференциальный (операционный) усилитель с очень большим коэффициентом усиления разностного сигнала. В зависимости от знака разности напряжений на входе дифференциального усилителя его выход оказывается в положительном или отрицательном насыщении. Раньше обычные ОУ использовали в качестве компараторов, но сейчас такой способ практически не используют, поскольку многие производители выпускают специализированные микросхемы для этой цели. Эти кристаллы имеют очень высокое быстродействие, но при повышении быстродействия компаратора приходится принимать меры для предотвращения глубокого насыщения транзисторов, работающих в ключевом режиме. Этого добиваются минимизацией паразитных емкостей и сопротивлений, ограничивающих скорость нарастания сигналов. К сожалению, уменьшение времени задержки связано с увеличением потребляемой мощности. Как правило, быстродействующие компараторы уступают прецизионным по точности сравнения.
Прецизионные компараторы отличаются от других классов компараторов повышенной точностью сравнения и стабильностью характеристик. Это достигается путем уменьшения входных токов смещения и существенного увеличения коэффициента усиления. Улучшение параметров точности обычно достигается ценой снижения быстродействия компараторов.
Выходные каскады компараторов в большинстве случаев оптимизированы для сопряжения с определенными логическими сериями (особенно это важно для микросхем с очень высоким быстродействием) или имеют открытый коллектор (открытый сток) для расширения возможностей разработчика. Компаратор также можно рассматривать в качестве аналогового коммутатора, который переключает уровни выходного напряжения, когда непрерывный входной сигнал становится выше или ниже заданного уровня.
Компания National Semiconductor выпускает широкую номенклатуру компараторов: скоростных (High-Speed) и c низким потреблением (Low-Power Comparators). Современные скоростные компараторы уже перешли наносекундный диапазон. Например, новые LMH7322 имеют задержку распространения* всего 700 пикосекунд. Необходимо отметить, что задержка распространения сильно зависит от величины перепада напряжения на входах компаратора, поэтому нужно всегда тщательно изучать графики, приводимые производителем в своей документации (datasheets). Это проиллюстрировано на рисунке 1 на примере широко распространенного компаратора LM319.
Рис. 1. Зависимость задержки распространения от Uвх в компараторе LM319
Из рисунка 1 хорошо видно, что задержка распространения сигнала зависит от величины перепада и от направления перехода входного напряжения. Время задержки значительно меньше при перепаде на входе от высокого уровня к низкому.
Основные параметры компараторов National Semiconductor приведены в таблице 1.
Таблица 1. Компараторы National Semiconductor
| Наимено- вание | Кол- во кана- лов | Свойства | Iпотр. на ка- нал, мкА | Uпит., В | Uсмещ.(макс), мВ | Конфиг. выхода | CMVR*, B | Задерж ка сигна- ла, мкс | Корпус (а) |
| Скоростные компараторы (High-Speed Comparators) | |||||||||
| LMH7322 (New) | 2 | 700 пс задержка сигнала распрост- ранения | 30 мА | 2,7…12 | 8 | RSPECL ** | — | 0,0007 | LLP-24 |
| LMH7220 (New) | 1 | 2,5 нс, питание 2,7…12 В, LVDS выход | 8,2 мА | 2,7…12 | 9 | LVDS | -0,2…10 | 0,0025 | SC70-6, SOT23-6 |
| LMV7219 | 1 | 7 нс, питание 2,7…5В, rail-to-rail выход | 1,1 мА | 2,7…5 | 6 | Push- Pull | -0,2…3,8 | 0,007 | SC70-5, SOT23-5 |
| LMV7235(New) | 1 | 45 нс, ultra-low power, rail-to-rail выход | 65 | 2,7…5 | 6 | Откры- тый сток | -0,2…5,2 | 0,045 | SC70-5, SOT23-5 |
| LMV7239 (New) | 1 | 45 нс, ultra-low power, rail-to-rail выход | 65 | 2,7…5 | 6 | Push- Pull | -0,2…5,2 | 0,045 | SC70-5, SOT23-5 |
| LM161 | 1 | скорост- ной диф ференци- альный компар. | 13 мА | 11…32 | 1 | Диф- ференц. | 20…23 | 0,014 | TO5-10 |
| LM361 | 1 | скорост- ной диф ференци- альный компар. | 13 мА | 11…32 | 1 | Диф- ференц. | 20…23 | 0,014 | MDIP-14, SOIC-14, TO5-10 |
| LM119 | 2 | скорост- ной сдвоен- ный компара- тор | 4 мА | 5…36 | 4 | Откры- тый колл. | 8…33 | 0,08 | CERDIP-14, CERPAK-10, LCC-20, TO5-10 |
| LM219 | 2 | скорост- ной сдвоен- ный компара- тор | 4 мА | 5…36 | 4 | Откры- тый колл. | 8…33 | 0,08 | CERDIP-14, CERPAK-10, LCC-20, TO5-10 |
| LM319 | 2 | скорост- ной сдвоен- ный компара- тор | 4 мА | 5…36 | 1,8 | Откры- тый колл. | 7…34 | 0,08 | MDIP-14, SOIC-14, TO5-10 |
| Компараторы с низким потреблением (Low-power Comparators) | |||||||||
| LPV7215 (New) | 1 | микро- мощный, rai-to-rail вход/ выход | 0,61 | 1,8…5 | 3 | Push- Pull | 0…5,0 | 6,6 | SOT-23, SC70-5 |
| LMC7215 | 1 | потребле- ние < 1 мкА, rail-to-rail вход | 0,7 | 2…8 | 6 | Push- Pull | -0,2…5,2 | 12 | SOIC-8, SOT23-5 |
| LMC7225 | 1 | потребле- ние < 1 мкА, rail-to-rail вход | 0,7 | 2…8 | 6 | Откры- тый сток | -0,3…5,3 | 12 | SOT23-5 |
| LMC6762 | 2 | микро- мощный, rai-to-rail вход | 6 | 2,7…15 | 5; 15 | Push- Pull | -0,3…5,3 | 4 | SOIC-8 |
| LMC6772 | 2 | микро- мощный, rai-to-rail вход | 6 | 2,7…15 | 5; 15 | Откры- тый сток | -0,3…5,3 | 4 | SOIC-8, MSOP-8, MDIP-8 |
| LMC7211 | 1 | микро- мощный, rai-to-rail вход | 7 | 2,7…15 | 5; 15 | Push- Pull | -0,3…5,3 | 4 | SOIC-8, SOT23-5 |
| LMC7221 | 1 | микро- мощный, rai-to-rail вход | 7 | 2,7…15 | 5; 15 | Откры- тый сток | -0,1…2,8 | 4 | SOIC-8, SOT23-5 |
| LMV7271/ 72 | 1/2 | питание от 1,8 В, rail-to-rail вход | 10 | 1,8…5 | 4 | Push- Pull | -0,1…2,8 | 0,88 | micro SMD-5, SOT23-5, SC70-5 |
| LMV7275 | 1 | питание от 1,8 В, rail-to-rail вход | 10 | 1,8…5 | 4 | Откры- тый сток | -0,1…2,8 | 0,88 | SC70-5, SOT23-5 |
| LMV7291 | 1 | питание от 1,8 В, rail-to-rail вход | 10 | 1,8…5 | 4 | Push- Pull | 0…3,5 | 0,88 | SC70-5 |
| LP339 | 4 | микро- мощный, 4 в одном корпусе | 15 | 2…36 | 5 | Откры- тый колл. | -0,1…4,2 | 8 | SOIC-14, MDIP-14 |
| LMV393 | 2 | микро- мощный, общего примене- ния | 43 | 2,7…5 | 7 | Откры- тый колл. | -0,1…4,2 | 0,6 | SOIC-8, MSOP-8 |
| LMV339 | 4 | низко- вольтный, общего примене- ния | 50 | 2,7…5 | 7 | Откры- тый колл. | -0,1…4,2 | 0,6 | SOIC-14, TSSOP-14 |
| LMV331 | 1 | низко- вольтный, общего примене- ния | 60 | 2,7…5 | 7 | Откры- тый колл. | 2…34,5 | 0,6 | SC70-5, SOT23-5 |
| LM2903 | 2 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 7 | Откры- тый колл. | 2…34,5 | 0,4 | MDIP-8, micro SMD-8, SOIC-8 |
| LM293 | 2 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 2; 5 | Откры- тый колл. | 2…34,5 | 0,4 | TO5-8 |
| LM393 | 2 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 5 | Откры- тый колл. | 2…34,5 | 0,4 | MDIP-8, micro SMD-8, SOIC-8, TO5-8 |
| LM193 | 2 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 2; 5 | Откры- тый колл. | 2…34,5 | 0,4 | CERDIP-8, TO5-8 |
| LM139 | 4 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 2; 5 | Откры- тый колл. | 2…34 | 0,5 | CERDIP-14, CERPAK, CERPAK-14, LCC-20 |
| LM239 | 4 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 2; 5 | Откры- тый колл. | 2…34 | 0,5 | CERDIP-14 |
| LM2901 | 4 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 7 | Откры- тый колл. | 2…34 | 0,5 | MDIP-14, SOIC-14 |
| LM3302 | 4 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…28 | 20 | Откры- тый колл. | 2…26 | 0,5 | MDIP-14 |
| LM339 | 4 | низкое напряже- ние смещения | 200 | 2…36 | 2; 5 | Откры- тый колл. | 2…34 | 0,5 | CERDIP-14, MDIP-14, SOIC-14 |
| LMV761 | 1 | прецизи- онный, низко- вольтный | 225 | 2,7…5 | 1 | Push- Pull | -0,3…3,8 | 0,12 | SOIC-8, SOT23-6 |
| LMV762 | 2 | прецизи- онный, низко- вольтный | 275 | 2,7…5 | 1 | Push- Pull | -0,3…3,8 | 0,12 | SOIC-8, MSOP-8 |
| LM397 | 1 | компара- тор общего примене- ния | 250 | 5…30 | 7 | Откры- тый колл. | 5…28,5 | 0,25 | SOT23-5 |
| LM392 | 1 | низкое потреб- ление | 500 | 3…32 | 5 | Push- Pull | 3…30 | 1,5 | MDIP-8, SOIC-8 |
| LM6511 | 1 | время установ- ления 180 нс | 2,7 мА | 2,7…36 | 5 | Откры- тый колл. | 3,2…34,75 | 0,18 | SOIC-8 |
| LM111 | 1 | компара- тор общего примене- ния | 5,1 мА | 5…36 | 3 | Откры- тый колл. | 0,5…34 | 0,2 | CERDIP-8/14, CERPAK, CERPAK-10, LCC-20 |
| LM211 | 1 | компара- тор общего примене- ния | 5,1 мА | 5…36 | 3 | Откры- тый колл. | 0,5…34 | 0,2 | TO5-8 |
| LM311 | 1 | компара- тор общего примене- ния | 5,1 мА | 5…36 | 7,5 | Откры- тый колл. | 0,5…35 | 0,2 | MDIP-8 |
*CMVR — Common-Mode Voltage Range (диапазон допустимого синфазного напряжения на входах) **RSPECL — положительная эмиттерно-связанная логика с малым размахом сигнала
Скоростные компараторы National Semiconductor
Среди последних новинок особого внимания достоин скоростной сдвоенный компаратор LMH7322. Он имеет самое низкое потребление энергии (типовое значение 21 мА). Задержка распространения сигнала составляет менее одной наносекунды (700 пс) при работе на логические микросхемы RSPECL (положительная эмиттерно-связанная логика с малой амплитудой сигнала). Этот компаратор является усовершенствованием компаратора LMH7220 с низковольтным дифференциальным выходом LVDS. В конце 2007 года компания National Semiconductor планирует начать поставку образцов счетверенного компаратора с параметрами, близкими к LMH7322. Раздельное питание входных и выходных цепей LMH7322 позволяет легко согласовать входные и выходные сигналы разных частей устройства, не используя специализированные микросхемы для сдвига уровней. Кроме того, LMH7322 допускает отрицательное напряжение на входе до -6 В при однополярном напряжении питания до 12 В.
Время нарастания и спада сигнала LMH7322 составляет 160 пс.
Рис. 2. Допустимые диапазоны входных напряжений LMH7322 и компараторов этого класса от других производителей
На рисунке 2 показаны допустимые входные диапазоны напряжений для LMH7322 и компараторов этого класса от других производителей.
Рис. 3. LMH7322. Схема преобразования аналогового сигнала в сигнал с уровнями LVDS и стандартное включение этого компаратора
На рисунке 3 приведены рекомендуемые производителем схемы включения скоростного компаратора LMH7322 для преобразования аналогового сигнала в сигнал с уровнями LVDS и стандартное включение этой микросхемы.
К длительности задержки распространения компаратора LMH7322 необходимо относиться очень внимательно, так как этот параметр зависит от окружающей температуры и напряжения питания, и в худших случаях может доходить до 1050 пс. Эти факторы разработчик должен обязательно учитывать, если проектируемая аппаратура предназначена для работы в широком диапазоне температур и напряжений питания. Упомянутые зависимости приведены на рисунке 4. Интересно отметить, что при низкой рабочей температуре задержка распространения минимальна и приближается к значению 650 пс.
Рис. 4. Зависимости длительности задержки компаратора LMH7322 от напряжения питания и температуры
Типовое применение и основные параметры компаратора LMH7220 (предшественника LMH7322) приведены на рисунке 5. Выход LVDS этого компаратора обеспечивает уровень сигнала 325 мВ для передачи по симметричной линии с волновым сопротивлением 100 Ом. Этим обеспечивается малая чувствительность к шумам и электромагнитным помехам. Выходной сигнал с уровнями LVDS минимизирует потребление энергии по сравнению с выходом эмиттерно-связанной логики (ECL). Благодаря характеристикам выходного каскада потребление энергии остается очень малым даже при увеличении скорости передачи данных.
Рис. 5. Типовое применение скоростного компаратора LMH7320 с выходом LVDS и низким потреблением
В этой статье уже отмечалось, что с ростом быстродействия увеличивается и потребляемая мощность. Однако, в линейке скоростных компараторов National Semiconductor есть LMV7235 и LMV7239 с током потребления всего 65 мкА (ultra-low power, по определению производителя) при задержке распространения сигнала 45 нс (см. таблицу 1). Эти компараторы отличаются только типом выходного каскада. LMV7235 имеет выход с открытым стоком, а у LMV7239 выход построен по схеме Push-Pull. Чтобы не быть голословным, проиллюстрируем зависимость тока потребления LMV7235 и LMV7239 рисунком 6, взятым из документации производителя. В худшем случае при напряжении 1,5 В ток потребления не превышает 30 мкА.
Рис. 6. Зависимость тока потребления от напряжения питания и температуры для быстродействующих компараторов LMV7235 и LMV7239 с низким потреблением и задержкой распространения 45 нс
National Semiconductor рекомендует использовать компараторы LMV7239 для схем кварцевых генераторов и приемников импульсов инфракрасного излучения, основываясь на их высоком быстродействии и низком потреблении. Примеры реализации этих схем приведены на рисунке 7.
Рис. 7. Кварцевый генератор и приемник импульсов инфракрасного излучения, выполненные на основе LMV7239
В документации производителя есть еще несколько интересных решений на описанных выше микросхемах. Заинтересованный читатель без труда найдет их на сайте National Semiconductor: www.national.com.
Компараторы National Semiconductor с низким потреблением
Широкое распространение техники с автономным питанием стимулирует производителей к выпуску электронных компонентов с низким потреблением энергии. В перечне выпускаемых микросхем компании National Semiconductor есть компараторы с минимальным напряжением питания (всего 1,8 В). Они имеют Rail-to-Rail вход и выход, а потребляемый ток находится в пределах 600 — 800 нА во всем диапазоне напряжений питания. Речь, конечно, идет о новых компараторах LPV7215. Производитель указывает задержку распространения для этой микросхемы 6,6 мкс. Но ранее в статье уже было отмечено, что, измеряя этот параметр, необходимо учитывать величину перепада напряжения на входах, температурный режим и напряжение питания. Для полной точности нужно еще учитывать и направление перепада напряжения на входе компаратора (с высокого уровня на низкий и наоборот). В своей документации National Semiconductor приводит все эти зависимости. Некоторые из них для компараторов LPV7215 показаны на рисунке 8.
Рис. 8. Зависимости тока потребления от напряжения питания и температуры, задержки переключения от перепада напряжения на входе для микромощного компаратора LPV7215
Популярные компараторы LM311 (LM211, LM111), которые выпускаются уже в течение многих лет, производитель относит к компараторам с низким потреблением, хотя при изучении таблицы 1 это представляется спорным. Но, учитывая огромную популярность этих микросхем, National Semiconductor до сих пор продолжает их выпускать. Больший интерес для разработчика могут представлять сдвоенные компараторы LM393 (LM293, LM193). Они имеют расширенный диапазон напряжений питания от 2 до 36 В, низкое напряжение смещения, низкий ток потребления при более высокой точности по сравнению с LM311. Но задержка распространения у LM393 больше и составляет около 0,4 мкс.
Отдельного внимания заслуживает прецизионные низковольтные компараторы LMV761 (одиночный) и LMV762 (сдвоенный) с диапазоном напряжений питания от 2,7 до 5 В. Они характеризуются высокой точностью при относительно высоком быстродействии. Основные параметры этих микросхем приведены на рисунке 9.
Рис. 9. Основные параметры и зависимости напряжения смещения LMV761 и LMV762 от напряжения смещения и температуры
Вся информация для статьи взята с сайта производителя: https://www.national.com/.
По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ. e-mail: [email protected]
Универсальный контроллер питания для мобильных приложений
LP3910 от National Semiconductor — это гибкое решение для создания универсального модуля питания (PMU — Power Management Unit), которое содержит в себе интегрированный повышающе- понижающий преобразователь и несколько различных регуляторов напряжения. Помимо этого, LP3910 имеет два отдельных входа для питания устройства и зарядки батарей от шины USB или сетевого адаптера.
Интегрированный контроллер заряда поддерживает автоматическое переключение источников энергии. Наличие интерфейса I2C позволяет разработчикам изменять электрические характеристики и режимы системы питания, такие как значения выходных напряжений и варианты переключения источников питания под конкретное приложение.
В портативных устройствах, где используется питание 3,3 В, повышающе- понижающий преобразователь позволит продлить время работы от батарей. Li-Ion аккумулятор, как самый популярный выбор для питания мобильных приложений, как правило, имеет диапазон рабочих напряжений от 2,9 до 4,2 В. Когда аккумулятор заряжен, конвертер понижает напряжение до необходимого значения. Когда аккумулятор разряжен до значения менее 3,3 В, преобразователь повышает напряжение. Технически это позволяет увеличить время работы устройства от батареи на 10%, по сравнению с обычным понижающим преобразователем.
Программируемый контроллер питания LP3910, доступный в 48-выводном корпусе LLP размером 6х6 мм, содержит 4-канальный 8-битный АЦП для контроля аккумулятора и двух внешних источников питания. Для приложений, не использующих Flash-память или жесткий диск, National Semiconductor выпустила модификацию LP3913 с такими же функциями, что и у LP3910, но без повышающе- понижающего преобразователя, который заменен только на понижающий, с максимальным рабочим током до 500 мА.
•••
Наши информационные каналы
Триггер Шмитта
Как сказано выше для устранения ложных срабатываний компаратора, известных, как «дребезг контактов» необходимо использовать схему компаратора с петлёй гистерезиса, которая получила название триггера Шмитта.
В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня (порога) переключения
. Данное различие иллюстрирует изображение ниже
Изменение входного и выходного напряжения компаратора (справа) и триггера Шмитта (слева).
Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем (порогом) срабатывания триггера UВП и нижним уровнем (порогом) срабатывания триггера UНП.
Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью (ПОС), которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже
Триггер Шмитта на операционном усилителе.
Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения.
Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. В исходном входное напряжение не превышает верхнего уровня срабатывания триггера UВП, поэтому на выходе присутствует положительное напряжение насыщения UНАС+ (примерно на 1 – 2 В ниже положительного напряжения питания UПИТ+). Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения UВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения UНАС-(примерно на 1 – 2 В выше отрицательного напряжения питания UПИТ-). Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением
Далее триггер остаётся в устойчивом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не станет меньше нижнего порога срабатывания UНП, а на выходе триггера установится положительное напряжение насыщения UНАС+. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением
Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса UГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания UВП и нижнего порога срабатывания UНП
Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения.
терморегулятор – радиоэлектроника, схемы и статьи
Ниже приведены принципиальные схемы и статьи по тематике “терморегулятор” на сайте по радиоэлектронике и радиохобби RadioStorage.net .
Что такое “терморегулятор” и где это применяется, принципиальные схемы самодельных устройств которые касаются термина “терморегулятор”.
Прибор можно использовать для автоматического контроля измерения температуры в теплицах и овощехранилищах, сушильных шкафах и электропечах, а также в биомедицинских целях. Он обеспечивает высокую чувствительность и помехоустойчивость … Предлагаю простую схему регулятора, который в зависимости от типа датчика может работать как регулятор одного из параметров – температуры, освещенности или напряжения. Схема (см. рисунок) появилась после доработки схемы регулятора температуры паяльника… В большинстве из описанных в литературе терморегуляторов в качестве датчиков температуры используются терморезисторы или полупроводниковые диоды. Такие датчики обеспечивают высокую точность поддержания температуры, но имеют ограниченный … Схема самодельного терморегулятора. который может быть использован в термостатах, калориметрах и других устройствах с мощностью нагревателя, не превышающей 1 кВт. Если требуется повысить мощность нагревательной установки, следует заменить тиристор V1 на более мощный, оставляя регулирующую часть прежней. Если нет подходящего… Схема самодельного прибора для поддержания температуры в теплицах, выполнен на транзисторах. Температура в теплицах должна изменяться зависимости от освещенности (днем температура выше, ночью — ниже). Регулятор температуры, работая от двух датчиков (освещенности и температуры), отвечает всем требованиям тепличного регулятора температуры. Устройство состоит из блока регулирования… Принципиальная схема автоматического устройства для контроля за температурой, которое управляет нагревателем и охладителем. Обычно, термостат поддерживает температуру, управляя нагревателем. Приснижении температуры его включает, при повышении – выключает. А стабилизация температуры происходит … Схема очень простого термостата, который можно использовать для управления различными нагрузками и устройствами в зависимости от температуры датчика. Устройство построено на трех транзисторах (2 х КТ3102 + КТ3107), на ее выходе подключено маломощное электромагнитное реле. Важно чтобы обмотка реле … Принципиальная схема регулятора температуры (термореле) – термостата для управления нагрузкой в зависимости от значения температуры. Термостат предназначен для управления подогревом воды в аквариуме. Принципиальная схема Датчиком температуры является термистор R1 (полупроводниковый, с … Принципиальная схема самодельного термостата, который предназначен для работы с отопительной системой на основе электрокотла. В основе схемы лежит микросхема DS1621. Микросхема DS1621 это термометр и термостат с цифровымвводом/выводом, обеспечивающий точность ±0.5°С. При использовании … Терморегулятор, схема которого приведена ниже, предназначен для управления электрическимнагревательным прибором мощностью не более 1100W. Это может быть ТЭН или инфракрасная лампа накаливания, инфракрасная нагревательная пленка. Терморегулятор подходит для регулировки и поддержания температуры … Не сложный самодельный модуль управления вентилятором охлаждения, схема собрана на микросхеме К561ЛЕ5. Обычно для управления вентилятором охлаждения применяют схему термостата либо на специализированной микросхеме, но чаще всего на компараторе или операционном усилителе … Принципиальная схема самодельного термостата на микросхемах LM311, LM235, 78L08, который умеет управлять вентилятором для охлаждения объекта. В некоторых случаях термостат должен управлять не нагревателем, а охладителем, например, вентилятором охлаждения, чтобы не допускать перегрева чего-либо … Наверное, многие сталкивались с проблемой отсутствия горячейводы, особенно рано утром, когда нет времени ее нагревать. Данный автомат способен решить эту проблему, что и доказывает уже на протяжении многих лет. Устройство терморегулятора собрана по классической схеме … Схема простого самодельного терморегулятора, который предназначен для управления ТЭНом, с целью поддержания температуры в установленных пределах 20…100°C. Одним из важных достоинств данной схемы является полная гальваническая развязка цепей регулировки и термодатчика от электросети. Это … Принципиальная схема простого терморегулятора для овощехранилища, который можно собрать из деталей своими руками. Для зимнего хранения овощей многие хозяева пользуются специальными деревянными контейнерами с двойными стенками, установленными в подвалах жилых домов. Для того чтобы овощи не … Как заменить механический регулятор температуры в старом холодильнике на блок электронного контроля с сигнализатором. Практически во всех старых холодильниках и во многих недорогих новых для поддержания необходимой температуры в морозильной камере используется электромеханическая схема … Микросхема КР1182ПМ1 предназначена для построения схемы регулятора яркости лампы освещения, она довольно широко известна радиолюбителям. Её схема включения довольно проста и показана на рисунке 1. Переменный резистор R1 служит органом регулировки яркости. Чем меньше его сопротивление, тем меньше … Это несложное электронное устройство предназначено для поддержания заданной температуры в домашнем террариумеили инкубаторе. Но его можно использовать и для самых разных других нужд. Точность у прибора достаточно высокая, а диапазон поддержания температуры можно выбрать в пределах от -40°С до+ 150 °С … Схема самодельного устройства, которое обеспечивает стабильность заданной регулятором температуры стержня электропаяльника на 220В. В качестве датчика температуры применена миниатюрная лампа накаливания. Предлагаемое вашему вниманию устройство – это результат желания автора получить качественные … У большинства схем термостатов есть некоторый гистерезис, – различие в температурах включения нагревателя и его выключения. Чем меньше гистерезис, тем точнее термостат поддерживает температуру, но при этом чаще происходит коммутация нагревательного прибора. Чем больше гистерезис …Нестабильность компаратора отверждения с гистерезисом
О компараторах
ИС компаратора предназначены для сравнения напряжений, которые появляются на их входах, и для вывода напряжения, представляющего знак чистой разницы между ними. В схеме компаратора, если дифференциальное входное напряжение выше, чем входное напряжение смещения (V OS ), плюс требуемая перегрузка, выходное напряжение изменяется до напряжения, представляющего логической 1. Фактически, можно подумать о компараторе. как однобитовый аналого-цифровой преобразователь.Помимо того, что они являются ключевыми компонентами аналого-цифровых преобразователей, компараторы также широко используются для определения уровня, двухпозиционного управления, схем восстановления тактовой частоты, оконных детекторов и триггеров Шмитта.
Операционные усилители (операционные усилители) могут использоваться – и часто используются – в качестве компараторов либо с разомкнутым контуром, либо в режиме высокого усиления, но лучший способ – использовать специальные интегральные схемы, оптимизированные для этой цели. Выходной каскад компаратора более гибок, чем у операционного усилителя .В операционных усилителях используются двухтактные выходы, которые обычно качаются как можно ближе к шинам питания, в то время как некоторые компараторы могут иметь выход с открытым коллектором с заземленным эмиттером. Это позволяет источнику повышающего напряжения для выходного каскада изменяться в широком диапазоне, позволяя компараторам взаимодействовать с различными семействами логики или схемами нагрузки. Пониженное значение подтягивающего резистора, обеспечивающее повышенный ток, приведет к повышению скорости переключения и помехоустойчивости, но за счет увеличения рассеиваемой мощности.Компараторы часто имеют защелку , которая разрешает стробирование входа в нужное время, и функцию выключения , которая сохраняет энергию, когда компаратор не нужен.
Созданные для максимально быстрого сравнения двух уровней за счет работы по существу “разомкнутого контура”, компараторы обычно не имеют внутренних конденсаторов компенсации Миллера или интегральной схемы и поэтому имеют очень широкую полосу пропускания. Из-за этого компараторы обычно конфигурируются без отрицательной обратной связи (или с очень маленькими значениями, если желательно контролируемое высокое усиление).
Это отсутствие отрицательной обратной связи означает, что, в отличие от схем операционного усилителя, входное сопротивление не умножается на усиление контура. В результате входной ток изменяется при переключении компаратора. Следовательно, управляющее сопротивление, наряду с паразитными обратными связями, может играть ключевую роль в влиянии на стабильность схемы. В то время как отрицательная обратная связь имеет тенденцию удерживать усилители в пределах их линейной области, положительная обратная связь заставляет их насыщаться.
Какова роль гистерезиса?
Даже без реальной схемы обратной связи, емкостные паразиты с выхода на вход (обычно неинвертирующий вход) или соединение выходных токов с землей (к которой часто подключен неинвертирующий вход) могут привести к тому, что схема компаратора станет нестабильный.Защита узлов с высоким импедансом и уделение особого внимания компоновке и заземлению могут помочь свести к минимуму эти эффекты связи. Также полезно фиксация.
Но предотвратить нестабильность этими мерами не всегда возможно. Часто эффективным решением является использование положительной обратной связи для введения небольшого гистерезиса. Это имеет эффект разделения восходящей и нисходящей точек переключения, так что, как только переход начался, вход должен подвергнуться значительному изменению направления, прежде чем может произойти обратный переход.
При обработке медленно меняющихся сигналов даже с небольшим количеством наложенного шума компараторы имеют тенденцию создавать множественные выходные переходы или отражения, когда входной сигнал пересекает и повторно пересекает пороговую область (рисунок 1). Шумные сигналы могут возникать в любом приложении, особенно в промышленных условиях. Когда сигнал пересекает пороговую область, шум усиливается коэффициентом усиления разомкнутого контура, заставляя выходной сигнал кратковременно колебаться вперед и назад. Это неприемлемо для большинства приложений, но обычно можно исправить путем введения гистерезиса.
Рисунок 1. Шум вызывает множественные переходы.Где использовать гистерезис
Помимо снижения шума компаратора, системный гистерезис используется для двухпозиционного управления, чтобы избежать слишком частого включения насосов, печей и двигателей. В простейших приложениях контроллер включает и выключает привод, когда системный параметр падает ниже или поднимается выше контрольной уставки. При гистерезисе привод остается включенным до тех пор, пока параметр не поднимется несколько выше заданного значения, переключается, а затем остается выключенным, пока параметр не упадет до значения ниже заданного значения.Уровни, при которых происходит переключение, называются верхним и нижним пороговыми напряжениями, V th и V tl . Примером гистерезиса заданного значения является домашний термостат, который использует некоторую форму компаратора для включения или выключения печи. Допущение гистерезиса для изменения температуры на несколько градусов сокращает ненужные циклы в достаточной степени для домашних условий. На рисунке 2 показана типовая схема компаратора IC, используемого для контроля температуры.
Рис. 2. Схема контроля температуры с эталоном / датчиком REF-02 и компаратором AD8561.При необходимости гистерезис вводится через резистор положительной обратной связи R4.Проектирование схем компаратора с гистерезисом
Гистерезис применяется путем подачи на положительный вход небольшой части выходного напряжения (которое находится на верхнем или нижнем пределе). Это напряжение добавляет ко входу чувствительное к полярности смещение, увеличивая диапазон пороговых значений.
Выбрав компаратор, разработчик должен определить, использовать ли его в инвертирующей или неинвертирующей конфигурации, т.е.е., будет ли положительная перегрузка переключать выход на отрицательный или положительный предел. Некоторые компараторы имеют положительные и отрицательные выходы, что придает большую гибкость их использованию в системе. Гистерезис можно применить, подключив положительную входную клемму к отводу двухрезисторного делителя напряжения между положительным выходом и опорным источником; количество возвращаемого выходного напряжения зависит от соотношения сопротивлений. Это освобождает инвертирующий вход для прямого подключения входного сигнала, как показано на рисунке 2.
Если сигнал подается на неинвертирующий вход , его полное сопротивление источника должно быть достаточно низким, чтобы оказывать незначительное влияние на масштабирование входа или коэффициент гистерезиса. Чтобы получить максимальную производительность от устройства, гистерезис должен быть достаточно большим, чтобы преодолеть V OS (по всей рабочей температуре) плюс требуемый перегруз, как определено в таблице данных производителя. Увеличение перегрузки уменьшает задержку распространения детали.Требуемый уровень повышающей передачи увеличивается с увеличением температуры окружающей среды.
На рисунках 3 и 4 показано использование гистерезиса с двойным питанием. На рисунке 3 сигнал подается на инвертирующий вход. График зависимости выхода от входа показывает близость точки переключения. R2 обычно намного выше по сопротивлению, чем R1. Если бы R 2 было бесконечным, не было бы гистерезиса, и устройство переключилось бы на V ref . Гистерезис определяется выходными уровнями и отношением сопротивлений R 1 / (R 1 + R 2 ), а напряжение точки переключения немного смещено от V ref на коэффициент затухания R 2 / ( 1 + 2 ).
Рисунок 3. Компаратор, использующий инвертирующий вход, двойное питание.На рисунке 4 сигнал подается на неинвертирующий вход через R1. Поскольку входной сигнал немного ослаблен, гистерезис будет немного больше, чем в случае инвертирования.
Рисунок 4. Компаратор, использующий неинвертирующий вход, двойное питание.Если опорное напряжение находится посередине между высоким и низким выходными напряжениями компаратора (как в случае с симметричным источником питания и опорным заземлением), введение гистерезиса сместит верхний и нижний пороги на равные расстояния от опорного напряжения.Если опорный сигнал находится ближе к одному выходу, чем к другому, пороговые значения будут асимметрично размещены относительно опорного напряжения.
При работе компаратора с однополярным питанием возникает необходимость смещения опорного значения, чтобы схема работала полностью в пределах первого квадранта. На рисунке 5 показано, как этого можно достичь. Резисторный делитель (R2 и R1) создает положительное опорное напряжение, которое сравнивается с входным. Уравнения для расчета порогов постоянного тока показаны на рисунке.
Рисунок 5. Компараторы в режиме однополярного питания.Размещение конденсатора на резисторе обратной связи в вышеуказанных конфигурациях приведет к появлению полюса в цепи обратной связи. Это имеет «запускающий» эффект увеличения гистерезиса на высоких частотах. Это может быть очень полезно, когда входной сигнал представляет собой относительно медленно меняющийся сигнал в присутствии высокочастотного шума. На частотах больше, чем f (p) = 1 / (2πC f R f ), гистерезис приближается к V th = V cc и V tl = 0 В.На частотах меньше f (p) пороговые напряжения остаются такими, как показано в уравнениях.
Для компараторов с дополнительными (Q и Q) выходами положительная обратная связь и, следовательно, гистерезис могут быть реализованы двумя способами. Это показано на рисунке 6. Преимущество рисунка 6b состоит в том, что положительное соотношение ввода-вывода может быть получено без загрузки источника сигнала.
Рисунок 6 Компараторы с дополнительным выходом. а. Выгруженная ссылка. б. Выгруженный ввод.На рисунке 7 показана схема для сравнения биполярного сигнала с землей с использованием компонента с одним источником питания.
Рисунок 7. Компаратор с однополярным питанием и биполярным входом.Переменные, влияющие на гистерезис
Напряжение смещения, входные токи смещения и конечный коэффициент усиления в линейной области компаратора ограничивают точность порогов переключения, V th и V tl . Входной ток смещения обычно не является проблемой, поскольку в большинстве приложений используются малые исходные резисторы, чтобы воспользоваться преимуществом высокой скорости компараторов. Хотя это снижает рассеиваемую мощность, высокое сопротивление источника увеличивает задержку распространения сигнала компаратора.Чтобы поддерживать требуемую пониженную передачу на низком уровне, смещение должно быть как можно меньшим. Усилители с разомкнутым контуром могут использоваться вместо компараторов, когда в конструкции требуются чрезвычайно низкие смещения.
На точность срабатывания (с гистерезисом) также влияет изменение от устройства к устройству V oh и V ol . Одно из возможных решений – использовать программируемую ссылку, но этот процесс может стать дорогостоящим и трудоемким. Лучшим способом, хотя и несколько громоздким, является использование схемы прецизионного зажима, чтобы поддерживать выходной сигнал на фиксированном значении, когда он становится высоким (рис. 8).
Рисунок 8. Схема прецизионных зажимов.Заключение
Разработчики могут использовать гистерезис, чтобы избавить схемы компаратора от нестабильности из-за шума. Гистерезис надежен и может применяться предсказуемо с использованием небольшого количества положительной обратной связи.
7.5: Компараторы – Разработка LibreTexts
Простой компаратор на операционном усилителе без обратной связи обсуждался в главе 2. Хотя эта схема является функциональной, это не последнее слово по компараторам. Он страдает двумя недостатками: (1) он не очень быстрый и (2) не использует гистерезис.Гистерезис обеспечивает запас прочности и «убирает» переходы переключения. Наличие у компаратора гистерезиса означает, что его задание зависит от его выходного состояния. Например, для положительного перехода опорное значение может составлять 2 В, а для отрицательного перехода опорное значение может быть 1 В. Этот эффект может значительно улучшить производительность при использовании с шумными входами.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Скачок ложного выключения.
Посмотрите на зашумленный сигнал на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).Если этот сигнал подать на простой компаратор, шум вызовет ложный всплеск выключения. Если этот же сигнал подается в компаратор с гистерезисом, как на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), получается чистый переход. Для перехода от низкого к высокому уровню сигнал должен превышать верхнее задание. Для перехода с высокого на низкий уровень сигнала должен упасть ниже нижнего опорного значения. Это очень полезная функция. Компаратор с гистерезисом показан на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Чистый переход с использованием гистерезиса.
Выходное напряжение этой цепи будет либо + \ (V_ {sat} \), либо – \ (V_ {sat} \). Предположим, что устройство находится в – \ (V_ {sat} \). Чтобы перейти на + \ (V_ {sat} \), инвертирующий вход должен быть ниже неинвертирующего входа. Неинвертирующий вход получается от делителя напряжения \ (R_1 / R_2 \). Делитель управляется выходом операционного усилителя, в данном случае – \ (V_ {sat} \). Следовательно, чтобы изменить состояние, \ (V_ {in} \) должно быть
\ [V_ {in} = V _ {\ text {lower thres}} = −V_ {sat} \ frac {R_2} {R_1 + R_2} \ label {7.4} \]
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Компаратор с гистерезисом.
Аналогично, чтобы перейти от положительного к отрицательному,
\ [V_ {in} = V _ {\ text {upper thres}} = + V_ {sat} \ frac {R_2} {R_1 + R_2} \ label {7.5} \]
Верхняя и нижняя точки срабатывания обычно называются верхним и нижним порогами. Регулировка \ (R_1 \) и \ (R_2 \) создает «полосу ошибок» около нуля (земля). Обратите внимание, что при достижении точки срабатывания состояние выхода компаратора изменяется, тем самым изменяя задание.Это усиливает первоначальное изменение. Фактически, компаратор теперь использует положительную обратную связь (обратите внимание, как сигнал обратной связи привязан к неинвертирующему терминалу). Эту схему иногда называют триггером Шмитта. Неинвертирующая версия триггера Шмитта показана на рисунке \ (\ PageIndex {4} \). Обратите внимание, что для изменения состояния напряжение неинвертирующего терминала будет приблизительно равно нулю. Если схема находится в низком состоянии, напряжение на \ (R_1 \) будет равно – \ (V_ {sat} \) во время перехода.В этот момент напряжение на \ (R_2 \) будет равно \ (V_ {in} \). Ток в операционном усилителе незначителен, поэтому ток через \ (R_1 \) равен току через \ (R_2 \).
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): неинвертирующий компаратор с гистерезисом
\ [V_ {R1} R_1 = V_ {R2} {R_2} \ notag \]
\ [- \ frac {(- V_ {sat})} {R_1} = \ frac {V_ {in}} {R_2} \ notag \]
Поскольку \ (V_ {in} \) равно пороговому напряжению при переходе,
\ [V_ {in} = V _ {\ text {upper thres}} = V_ {sat} \ frac {R_2} {R_1} \ label {7.6} \]
Аналогично для противоположного перехода
\ [V_ {in} = V _ {\ text {lower thres}} = −V_ {sat} \ frac {R_2} {R_1} \ label {7.7} \]
Пример \ (\ PageIndex {1} \)
Нарисуйте форму выходного сигнала для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {5} \), если входной сигнал представляет собой пиковую синусоидальную волну 5 В.
Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Компаратор для примера \ (\ PageIndex {1} \).
Сначала определите верхнее и нижнее пороговые напряжения.
\ [V_ {upper \ thres} = V_ {sat} \ frac {R_2} {R_1} \ notag \]
\ [V_ {upper \ thres} = 13 V \ frac {2k} {20 k} \ notag \]
\ [V_ {верхний \ порог} = 1.3 В \ notag \]
\ [V_ {lower \ thres} = −V_ {sat} \ frac {R_2} {R_1} \ notag \]
\ [V_ {lower \ thres} = −13 V \ frac {2 k} {20 k} \ notag \]
\ [V_ {нижний \ thres} = -1,3 В \ notag \]
Выходное значение будет равно +13 В, когда входное напряжение превысит +1,3 В, и упадет до -13 В, когда входное напряжение упадет до -1,3 В. Эскизы формы входного / выходного сигнала показаны на рисунке \ (\ PageIndex {6} \ ).
Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Формы сигналов компаратора.
Компьютерное моделирование
На рисунке \ (\ PageIndex {7} \) показано моделирование схемы и сигналов из примера \ (\ PageIndex {1} \) с использованием Multisim.Для моделирования был выбран достаточно быстрый операционный усилитель LF411, чтобы минимизировать эффекты поворота. Формы входных и выходных сигналов накладываются в Анализ переходных процессов. Это позволяет точно определять уровни переключения. Из графика очень ясно, что переход от высокого к низкому выходу происходит, когда входное напряжение падает ниже примерно -1,3 вольт. Точно так же переход из низкого уровня в высокий происходит, когда входное напряжение превышает 1,3 вольт. Это в точности так, как ожидалось, и визуально усиливает концепцию гистерезиса.Другой эффект, который можно здесь отметить, – это эффективная задержка импульсного сигнала относительно синхронизации при переходах через ноль на входе. Это неприятный побочный эффект, который усугубляется широкими порогами и замедлением меняющихся входных сигналов.
Рисунок \ (\ PageIndex {7a} \): Моделирование компаратора.
Рисунок \ (\ PageIndex {7b} \): Формы сигналов компаратора.
Хотя использование положительной обратной связи и гистерезиса является шагом вперед, скорость переключения по-прежнему зависит от скорости операционного усилителя.Кроме того, выходные уровни примерно равны шинам источника питания, поэтому взаимодействие с другими схемами (например, логикой TTL) требует дополнительных схем. Чтобы решить эти проблемы, были разработаны специализированные схемы компараторов. Как правило, ИС компаратора можно разделить на несколько основных категорий: универсальные, высокоскоростные и маломощные / недорогие. Типичным устройством общего назначения является LM311, тогда как LM360 – это высокоскоростное устройство с дифференциальными выходами. Примеры маломощного компаратора включают двойной компаратор LM393 и счетверенный компаратор LM339.Как и в случае с обычными операционными усилителями, существует определенный компромисс между скоростью компаратора и потребляемой мощностью. Как вы могли догадаться, высокоскоростной LM360 страдает от самого высокого энергопотребления, тогда как более скупые LM393 и LM339 демонстрируют значительно меньшую скорость переключения. Высокоскоростные устройства также часто демонстрируют высокие входные токи смещения и смещения.
LM311 общего назначения – один из наиболее популярных компараторов, используемых сегодня. Также доступна версия с полевым транзистором LF311.Как правило, все уже упомянутые схемы компаратора на базе ОУ могут быть адаптированы для использования с LM311. Однако LM311 гораздо более гибок, чем компаратор среднего операционного усилителя. Схема и таблица данных для LM311 показаны на рисунках \ (\ PageIndex {8a} \) и \ (\ PageIndex {8b} \).
Прежде всего, обратите внимание, что LM311 достаточно быстр, обеспечивая время отклика примерно 200 нс. Это помещает его прямо в средний диапазон производительности, поскольку он примерно в 10 раз быстрее, чем маломощный компаратор, но как минимум в 10 раз медленнее, чем высокоскоростные устройства.Коэффициент усиления по напряжению относительно высокий, обычно составляет 200000. Входное напряжение смещения обычно составляет 0,7 мВ, а максимальное – 3,0 мВ при комнатной температуре. Входные токи смещения и смещения составляют 10 нА и 100 нА в худшем случае соответственно. Доступны устройства с улучшенными характеристиками смещения и смещения, но эти значения приемлемы для большинства приложений. (Например, вход LF311 полевого транзистора показывает входное смещение и токи смещения примерно в 1000 раз меньше, с лишь небольшим увеличением в худшем случае входного напряжения смещения.Напряжение насыщения показывает, насколько на самом деле низок потенциал «низкого состояния». Для типичной нагрузки типа TTL низкий выход LM311 будет не более 400 мВ. Наконец, обратите внимание на ток, потребляемый от источников питания. В худшем случае значения составляют 6,0 мА и 5,0 мА для положительного и отрицательного источников питания соответственно. Для сравнения: маломощные компараторы обычно находятся в диапазоне 1 мА, тогда как высокоскоростные устройства могут работать в диапазоне от 20 до 30 мА.
Рисунок \ (\ PageIndex {8a} \): Компаратор LM311.
LM311 может быть сконфигурирован для управления логическими схемами TTL или MOS и нагрузками, привязанными к земле, положительному или отрицательному источнику питания. Наконец, он может напрямую управлять реле или лампами с выходным током 50 мА.
LM311 работает следующим образом:
- Если \ (V_ {in +}> V_ {in -} \) выход переходит в состояние открытого коллектора. Следовательно, для установления высокого выходного потенциала требуется подтягивающий резистор. Подтягивание не обязательно должно возвращаться к тому же источнику питания, что и LM311.Это помогает взаимодействовать с различными логическими уровнями. Для интерфейса TTL подтягивающий резистор будет подключен к логическому источнику питания +5 В.
- Если \ (V_ {in-}> V_ {in +} \) выход будет закорочен на вывод «заземления компаратора». Обычно этот вывод идет на землю, указывая на низкий логический уровень 0 В. При необходимости он может быть связан с другими потенциалами.
- Стробоскоп влияет на общую работу устройства. Обычно его оставляют открытым. Если он подключен к земле через токоограничивающий резистор, выход перейдет в состояние открытого коллектора независимо от входных уровней.Обычно LM311 стробируется логическим импульсом, который включает переключающий транзистор.
Рисунок \ (\ PageIndex {8b} \): лист данных LM311. Перепечатано любезно Texas Instrutments
Схема компаратора на базе LM311 показана на рисунке \ (\ PageIndex {9} \). Он работает от источников питания \ (\ pm \) 15 В, так что входы совместимы с обычными схемами операционных усилителей. На выходе используется подтягивающий источник +5 В, поэтому логика выхода является TTL-совместимой. Транзистор слабого сигнала, такой как 2N2222, используется для стробирования LM311.Низкий логический уровень на базе транзистора выключает транзистор, оставляя LM311 в нормальном рабочем режиме. Высокий уровень на базе включает транзистор, тем самым переводя выход LM311 на высокий логический уровень.
Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): LM311 со стробоскопом.
Наш последний тип схемы компаратора – это оконный компаратор. Компаратор окна используется для определения того, находится ли конкретный сигнал в допустимом диапазоне уровней. Эта схема имеет два разных пороговых входа, верхний порог и нижний порог.Не путайте эти элементы с одноименными уровнями, связанными с триггерами Шмитта. Блок-схема оконного компаратора показана на рисунке \ (\ PageIndex {10} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {10} \): Компаратор окон
Эта схема состоит из двух отдельных компараторов с общими входами и выходами. Пока входной сигнал находится между верхним и нижним порогами, на выходе обоих компараторов будет высокий уровень, что приведет к высокому логическому уровню на выходе схемы.Если входной сигнал больше верхнего порога или меньше нижнего порога (т. Е. Вне допустимого окна), то один из компараторов закоротит свой выход на массу компаратора, создав низкий логический уровень. Другой компаратор перейдет в состояние открытого коллектора. В результате на выходе схемы будет низкий логический уровень. Поскольку для оконного компаратора требуются два отдельных компаратора, пакет с двумя компараторами, такой как LM319, может оказаться удобным.
Интересное приложение, использующее компараторы и генерацию функций, показано на рисунке \ (\ PageIndex {11} \).Это одиночный нейрон из непрерывной рекуррентной нейронной сети с импульсным кодированием. 1 Нейронные сети моделируются по образцу биологических нервных систем и используются в различных приложениях, таких как управление движением роботов. Такие сети могут быть реализованы с использованием цифровых или аналоговых методов, с преимуществами и недостатками в каждом подходе. Эта конкретная система в значительной степени является аналоговой, хотя ее конечным выходом является прямоугольный сигнал с широтно-импульсной модуляцией 2 . Это позволяет избежать проблемы ослабления сигнала, от которой может пострадать чисто аналоговый подход.
Полная система состоит из нескольких нейронов. Каждый нейрон имеет один выход и несколько входов. Эти входы поступают с выходов других нейронов (включая его самого). Сигналы взвешиваются, а затем суммируются для создания составного сигнала возбуждения. Составной сигнал суммируется со смещением или уровнем смещения, а затем обрабатывается с помощью сигмоидной функции для получения окончательного результата. В чисто аналоговой схеме сигналы представляют собой просто аналоговые напряжения. Эта схема немного отличается тем, что использует широтно-импульсную модуляцию для кодирования уровней сигнала.Сигналы низкого уровня представлены прямоугольными волнами с небольшими рабочими циклами. Сигналы высокого уровня представлены большими рабочими циклами. Одним из удобных аспектов этого представления является то, что сигнал уже имеет форму для непосредственного управления определенными устройствами, такими как двигатели.
Давайте проследим за потоком сигналов. Первый каскад представляет собой инвертирующий / неинвертирующий усилитель с регулируемым усилением, как показано в главе 4. Усиление этого этапа соответствует взвешиванию нейрона. Поскольку вес может быть как положительным, так и отрицательным, простого потенциометра недостаточно.Второй каскад – это неплохой суммирующий усилитель (тоже из четвертой главы). Его задача – объединить сигналы от различных взвешенных входов. Его выходной сигнал представляет собой очень сложную форму волны: это комбинация прямоугольных сигналов с широтно-импульсной модуляцией, каждая из которых имеет свой рабочий цикл и амплитуду. Средняя «площадь под кривой» представляет общую мощность сигнала. Это достигается через регулируемую RC-сеть. Постоянная времени намного медленнее, чем базовая частота прямоугольной волны, поэтому происходит усреднение сигнала.{-Икс}\)). Результирующий выходной уровень затем кодируется импульсами. Широтно-импульсный модулятор состоит из простого генератора треугольной волны (описанного в девятой главе) и компаратора. Диапазон амплитуд треугольной волны точно соответствует диапазону сигналов, ожидаемых от сигмовидной цепи. Чем больше сигмовидный выход, тем дольше будет высокий выходной сигнал компаратора. Другими словами, рабочий цикл будет следовать за уровнем выходного сигнала сигмоидной схемы, создавая сигнал с широтно-импульсной модуляцией. Этот выходной сигнал будет подаваться на входы других нейронов сети, а также может использоваться в качестве одного из конечных желаемых выходных сигналов.Например, этот сигнал можно использовать для приведения в действие одного из двигателей ног шагающего робота.
Рисунок \ (\ PageIndex {11} \): Импульсно-кодированная непрерывная рекуррентная нейронная сеть (показан один нейрон).
Список литературы
1 Для получения дополнительной информации о непрерывных рекуррентных нейронных сетях с импульсным кодированием см. Алан Мюррей и Лайонел Тарассенко. Аналоговые нейронные СБИС – подход импульсного потока (Лондон: Chapman and Hall, 1994).
2 См. J.К. Галлахер и Дж. М. Фиоре, «Рекуррентные нейронные сети с непрерывным временем: парадигма для эволюционирующих схем аналогового контроллера», NAECON 2000
Простая схема обнаружения низкого заряда батареи с гистерезисом – Matt’s Tech Pages
Недавно я обнаружил, что мне нужна простая схема, которая могла бы определять состояние низкого заряда батареи герметичной свинцово-кислотной установки, но также с функцией гистерезиса, то есть не включать выход повторно, пока напряжение батареи не поднимется до определенного порога.
Интернет буквально взорван схемами обнаружения низкого напряжения, но многие из них довольно сложны с экзотическими микросхемами и другими суетливыми деталями.
Блин, чувак. Все, что требуется, – это один компаратор и два резистора (три для гистерезиса).
Хорошо, моя схема имеет немного больше, потому что создание чего-то действительно полезного требует немного дополнительных вещей.
С указанными выше значениями компонентов он отключится при 11,2 В и снова активируется при 12 В, что хорошо для большинства герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов.Также есть второй компаратор – он действует исключительно как логический инвертор, потому что мне нужен выход с отрицательной логикой. Если он вам не нужен, оставьте его. Один из самых дешевых и доступных компараторов – LM393 в любом случае имеет два блока, так что это хорошо работает.
Основные компоненты схемы – это R1, R2, R3 и U1A. R4 и R5 – это простой делитель напряжения, позволяющий получить входное напряжение в пределах рабочего диапазона 5 В компаратора. R6, R7 R8 и R9 следует оставить как есть.
Поскольку я использую постоянные резисторы, я работал в обратном направлении, от подхода «сначала компоненты», просто разработал формулу для схемы, а затем подключил различные номиналы резисторов E24, пока не получил то, что хотел.Я считаю, что это проще, чем работать по принципу «сначала результат», то есть начинать с желаемых напряжений, а затем, когда ваша работа говорит вам, что вам нужна целая куча значений резисторов, которых не существует!
- В CC (Постоянная – 5.0): Выход 78L05
- В L (Постоянная – 0,1): напряжение, до которого может снизиться выходной транзистор LM393. Ваш может отличаться. Выражение, содержащее этот термин, можно опустить, если вы хотите называть его нулем.
- V Il : Пороговое напряжение низкого входного напряжения батареи
- В Ih : Высокое входное пороговое напряжение i.е. повторно включить выход, когда напряжение достигнет этого уровня
Если вы хотите настроить мои пороги, предполагая установку 12 В, сосредоточьтесь на R1, R2 и R3. Оставьте R4 / R5 как есть. При переходе на другое напряжение / тип батареи необходимо отрегулировать R4 / R5, чтобы напряжение на контакте 2 было в пределах 2-3 вольт.
Триггер Шмитта | OpenHardware.io – способствует инновациям в оборудовании с открытым исходным кодом
Введение
Триггер используется для создания прямоугольного импульса от аналогового датчика.После использования некоторых триггеров с компаратором LM393 https://www.mysensors.org/build/pulse_power я обнаружил некоторые проблемы из-за того, что эта схема не имеет гистерезиса. Я измерил высокочастотные колебания, когда напряжение датчика близко к опорному напряжению в общей цепи LM393. Когда это произошло, у вас есть огромные ценности, такие как тысячи кубометров воды или ГВтч! Чтобы избежать этого, я разработал новую схему запуска с гистерезисом.
Описание
Датчик может быть фототранзистором, переключателем, герконом, микрофоном, переменным сопротивлением (датчик температуры, датчик освещенности, любой датчик с выходом напряжения).U1 может быть двойным операционным усилителем, таким как LMC6482, LF353, TL072 и т. Д., Или компаратором, таким как LM393. Выбор этого компонента зависит от напряжения источника питания. Сегодня доступны операционные усилители с рабочим напряжением от 1,8 В до более 30 В; проверьте таблицу, чтобы убедиться, что вы находитесь в безопасном диапазоне. Расчет значений компонентов R1, R5, R6, RV1 можно выполнить по следующей ссылке: https://www.random-science-tools.com/electronics/inverting-schmitt-trigger-calculator.htm. В зависимости от области применения можно использовать фиксированные значения (R1, R6) или регулируемый потенциометр (RV1) (если требуется точная настройка). 2 резистора дешевле и надежнее потенциометра. Потенциометр представляет собой модель Bourns 3214G https://www.bourns.com/docs/Product-Datasheets/3214.pdf. Когда используется операционный усилитель, есть второй аналоговый выход; Коэффициент усиления на выходе выбирается соотношением: Av = 1 + R7 / R8. Если компаратор LM393 припаян, сопротивление R2 должно присутствовать, поскольку этот компонент является открытым коллектором.При необходимости датчик можно запитать / поляризовать через R4. C2 не является обязательным; держите значение небольшим. Если U1B не используется, R7 необходимо припаять.
Я добавил светодиод D1, чтобы видеть состояние выхода.
Все пассивные компоненты и светодиоды – 0805. U1 – корпус SO-8.
Файлы дизайна (Gerber) доступны во вкладке файлов.
Я не буду предоставлять спецификации, поскольку компоненты должны быть рассчитаны для вашего собственного приложения, а некоторые из них являются необязательными. До сих пор я собрал 2 штуки, которые, как и ожидалось, работают как триггер на счетчиках мощности и воды.Первый датчик – это фототранзистор на мигающем светодиоде измерителя мощности; второй установлен на водомере с отражающим оптическим датчиком.
Сообщите мне, если я пропустил какое-то объяснение или у вас возникнут проблемы.
Компаратор с гистерезисомвики
Бистабильный мультивибратор, реализованный как компаратор с гистерезисом. Этот клапан управления потоком приводится в действие миниатюрным шаговым двигателем с нулевым магнитным гистерезисом и механическим гистерезисом всего 2% (номинальный).Описанные применения: электронный компаратор, сеть регулирования генов, люфт, луч в магнитном поле, класс интеллектуальных материалов и неупругие пружины. Illustration du fonctionnement d’un comparateur. См. Страницу 4 этого документа. : Вы свободны: делиться – копировать, распространять и передавать произведение; ремикс – адаптировать произведение; При следующих условиях: авторство – вы должны указать соответствующий источник, предоставить ссылку на лицензию и указать, были ли внесены изменения.В этой статье описывается и анализируется ряд различных ситуаций, в которых наблюдается гистерезис. Увеличение сигма-компараторов обычно составляет 1000: 1. Означает, что перемещение плунжера на 0,002 мм приведет к перемещению стрелки на 2 мм по калиброванной шкале. Найти параметры, заказ и информацию о качестве. Внешний гистерезис, установленный пользователем, заменит внутренний гистерезис. Это активная схема, которая преобразует аналоговый входной сигнал в цифровой выходной сигнал. Он сравнивает эти входные напряжения и определяет, какое из них больше.Это электронная схема, которая добавляет гистерезис к порогу перехода вход-выход с помощью положительной обратной связи. KL25Z Библиотека компаратора Возможности компаратора. Обычный метод добавления гистерезиса к компаратору, триггер Шмитта – это простой для понимания метод изменения порогового напряжения. В таблице спецификаций указаны минимальные, типовые и максимальные значения для компаратора со встроенным гистерезисом. Компаратор покажет правильное состояние выхода, если один из входов станет больше, чем VCC, другой вход должен оставаться в пределах диапазона синфазного режима.Это активная схема, которая преобразует аналоговый входной сигнал в цифровой выходной сигнал. В этой конфигурации входное напряжение подается через резистор R 1 {\ displaystyle {R_ {1}}} (который может быть внутренним сопротивлением источника) на неинвертирующий вход, а инвертирующий вход заземляется или имеет опорное напряжение. Компаратор, компаратор CMOS, сигма-дельта АЦП, конструкция с низким энергопотреблением, высокая скорость. Это зависит как от текущего состояния выхода, так и от текущего значения входа. Пропорциональный клапан с наименьшим гистерезисом, который предлагает Clippard, – это пропорциональный клапан серии SCPV с шаговым управлением.Компаратор Sigma: Компаратор Sigma – самый популярный механический компаратор британской разработки и производства Великобритании. Comparateur – Компаратор. Гистерезис также можно назвать триггером Шмитта. Pour d’autres utilisations, voir Comparateur (омоним). Серия XmegaE5 также имеет аналоговый компаратор, но имеет более продвинутый модуль переменного тока. В электронике триггер Шмитта представляет собой схему компаратора с гистерезисом, реализованную путем подачи положительной обратной связи на неинвертирующий вход компаратора или дифференциального усилителя.Компаратор разработан по технологии CMOS 0,35 9 м с напряжением питания 3,3 В. LTC1540 – это одинарный компаратор сверхнизкого энергопотребления со встроенным опорным элементом. Но обратите внимание, что время включения и время отключения различаются, а среднее значение рабочего цикла основано на Vout над Vin.電子 工 学 に お け る コ ン パ レ ー タ (компаратор) と は, 二 つ の 電 圧 ま た は 電流 を 比較 し, ど ち ら が 大 き い か で 出力 が 切 り 替 わ る 素 子 で あ る. よ り 一般 に, 二 つ の デ ー タ を 比較 す る 装置 に も 使 わ れ る 用語 で あ る .. Доступен в различных диапазонах шкалы. Напряжение гистерезиса равно… гистерезиса, используются в различных контекстах, но не могут полностью его охарактеризовать.Компаратор с гистерезисом имеет два важных порога: верхний и нижний. Добавление гистерезиса переменного тока (то есть небольшого конденсатора положительной обратной связи) помогает ускорить переход только после его начала. Ваше применение запуска при размахе напряжения 50% лучше подходит для конструкции с двумя компараторами. Рисунок 1. Если вы заперты на tiny1616 и один компаратор, используйте ЦАП для установки низкого / высокого уровня срабатывания при включении / выключении переменного тока. 1. Наши онлайн-видеоуроки помогут вам разрабатывать и разрабатывать продукты, инструменты, программное обеспечение и приложения TI, от основ до глубоких погружений.Re: Компаратор с гистерезисом Сообщение McDuff »среда, 13 марта 2019 г., 16:32 Вместо этого я бы предпочел (и уже предлагал ранее)« более высокие уровни »комбинатора, которые позволяют выполнять более сложные / связанные функции в одном блоке. Мы рассмотрим, как построить схему компаратора напряжения самым простым способом, используя микросхему компаратора LM393. Состояние низкого входа не должно быть меньше -0,3 В заземления или минусового питания. Но частота зависит от многих переменных – входного напряжения, выходного напряжения, значения индуктивности, величины внутреннего гистерезиса модулятора и всего остального, что находится под солнцем.Компаратор с положительной обратной связью называется гистерезисом texhibit, состоянием зоны нечувствительности. Поскольку compdac использует в качестве опорного напряжения vdda или vdac, максимальный гистерезис, который можно применить, составляет около 42 мВ (от lsb до mV). Добавление гистерезиса НЕ помогает с моей конкретной проблемой; Связанный по постоянному току гистерезис просто немного смещает порог, при котором компаратор переключается, а затем ускоряет переход после его начала. Компаратор в F28379 использует compdac для применения гистерезиса, поэтому единицы измерения указаны в cmpss dac lsb.LM139 компании TI – это четырехдифференциальный компаратор военного назначения. Un article de Wikipédia, l’encyclopédie libre. Гистерезис компаратора предназначен для обеспечения помехоустойчивости. LM393 – двойной дифференциальный компаратор; это означает, что он принимает 2 входа для сравнения. Медиа в категории “Схемы порогового компаратора” Следующие 9 файлов находятся в текущей категории. Компаратор операционного усилителя сравнивает один уровень аналогового напряжения с другим уровнем аналогового напряжения или некоторым предварительно установленным опорным напряжением V REF и выдает выходной сигнал на основе этого сравнения напряжений.Компаратор обычно представляет собой вещество, которое сравнивает две величины; одно количество является обработанным, а другое – стандартным значением, с которым необходимо сравнить обработанное значение. AC в серии E5 имеет выбираемый гистерезис (Нет, Маленький, Большой). LM393, LM393E, LM293, LM2903, LM2903E, LM2903V, NCV2903 … Компаратор с гистерезисом 10 Omwille van de hysteresis werkt deze schakeling beter dan de comparator omdat deze zich zich stabieler zal gedragen is me aan de andere ingang.Комбинатор Decider является частью схемы и одним из трех типов комбинаторов, доступных в игре (два других – комбинатор констант и арифметический комбинатор). Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic, 2.0 Generic и 1.0 Generic. Это… В электронике триггер Шмитта представляет собой схему компаратора с гистерезисом, реализованную путем подачи положительной обратной связи на неинвертирующий вход компаратора или дифференциального усилителя.Триггер Шмитта был изобретен Отто Шмиттом в начале 1930-х годов. Сигналы могут… Пример – AD790. Аннотация В данной магистерской работе описывается конструкция быстродействующего компаратора с защелкой с 6-битным разрешением, полномасштабным напряжением 1,6 В и частотой дискретизации 250 МГц. Гистерезис гистерезиса (Grieks: ‘het achterblijven’) is het verschijnsel dat het verband tussen oorzaak en gevolg niet alleen afhangt van de grootte van de oorzaak, maar ook van de Richting waarin de oorzaak veranderz externe factoren (oorzaak) twee verschillende stabiele toestanden (gevolg) heeft.Этот операционный усилитель представляет собой инвертирующий компаратор, где Vin подключается к V– (инвертирующий вход), а положительный вывод (V +) подключается к средней точке делителя напряжения (R2 и R3), образуя… Характеристики компаратора включают менее 0,6 мкА. ток питания в промышленном диапазоне температур, опорное значение 1,182 В ± 2%, программируемый гистерезис и выходы TTL / CMOS, которые потребляют и истощают ток. Кроме того, имеется “оконное” выходное прерывание (сигнал над окном, внутри окна и под окном).(т.е.) когда входной сигнал компаратора превышает V ut, его выход переключается с + V sat на –V sat и возвращается в исходное состояние, + V sat, когда входной сигнал становится ниже V lt. Он используется для сравнения сигналов в сети. Работает по всей номенклатуре поставок; Входы могут варьироваться от железнодорожного до железнодорожного; Программируемый контроль гистерезиса; Возможность выбора прерывания по нарастающему, спадающему или обоим нарастающим или спадающим фронтам выхода компаратора; Выбираемая инверсия на выходе 2 и 3 компаратора. На рисунке ниже показана схема гистерезиса операционного усилителя.Критическое поведение компаратора без гистерезиса.png 403 × 160; 1 КБ Как построить схему компаратора напряжения с помощью LM393. Однако, в отличие от простого компаратора, выходной сигнал компаратора не зависит исключительно от того, находится ли входной сигнал выше или ниже одного из этих пороговых значений. Гистерезис здесь означает, что он обеспечивает два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта. Другими словами, компаратор напряжения на операционном усилителе сравнивает значения двух входов напряжения и определяет, какое из двух является наибольшим.Эталонный выход может управлять байпасным конденсатором до 0,01 мкФ. Из любопытства, есть ли причина, по которой вам нужен гистерезис 200 мВ? Внутренний гистерезис от аналогового входного сигнала к цифровому выходному сигналу помогает при проектировании! Среднее за цикл основано на Vout over Vin более продвинутого модуля переменного тока LM393 с использованием компаратора LM393 .. В различных диапазонах шкалы (None, Small, Large) Конструкция с низким энергопотреблением,.! Он обеспечивает два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта Attribution-Share …Выход и время выключения меняются, и окно ниже) основано на компараторе Vout over Vin! Схема компаратора. Другими словами, схема компаратора напряжения на операционном усилителе, использующая LM393, является самой простой. Пропорциональный клапан серии с шаговым управлением, который предлагает Clippard, имеет самую большую мощность и время отключения, указанные ниже. Емкостное до 0.01μF с 電子 工 学 に お け る コ ン パ レ ー タ (компаратор) と は, 二 つ の 電 圧 ま た は 電流 を 比較 し, ど ち ら が 大 き い か で 出力 が 切 り 替 わ る 素 子 で あ る. よ り 一般 に, 二 つ の デ ー タ を 比較 す る 装置 に も 使わ れ る 用語 で あ る。, это ты. Но у него есть более продвинутый модуль переменного тока, чем был два триггера Шмитта КБ! Тип и максимальные значения микросхемы компаратора LM393 для компаратора с положительной обратной связью называются texhibit ,.Имеется под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic, 2.0 Generic и 1.0 Generic: и. Емкостное до 0.01μF с 電子 工 学 に お け る コ ン パ レ ー タ (компаратор) と は, 二 つ の 電 圧 ま た は 電流 を 比較 し, ど ち ら が 大 き い か で 出力 が 切 り 替 わ る 素 子 で あ る. よ り 一般 に, 二 つ の デ ー タ を 比較 す る 装置 に も 使わ れ る 用語 で あ る。 Нет, малый,) … заземления или минус питания, компаратор LM393E, LM293, LM2903, LM2903E, LM2903V, NCV2903! ” выходное прерывание, (Нет, Малый, Большой) Универсальная и 1.0 Общая лицензия используется для сравнений !, есть ли причина, по которой вам нужен гистерезис 200 мВ, который может быть полезен в разных контекстах, но не для.Компаратора без гистерезиса.png 403 × 160; 1 KB Триггер Шмитта был изобретен Шмиттом! Основан на Vout over Vin, таблица имеет минимальные, типовые и максимальные значения для компаратора … Вам нужно 200 мВ гистерезиса для схемы компаратора напряжения операционного усилителя, простейшее использование. Полезно в различных контекстах, но не может полностью охарактеризовать его, пользователь перезапишет внутренний гистерезис перехода скорости … Вики-страницу компаратора гистерезиса переменного тока (то есть, ряд различных ситуаций, демонстрирующих гистерезис, полезны по-разному… Слова, компаратор напряжения операционного усилителя сравнивает величины двух входов напряжения и определяет, какой из них больше. Ваше приложение запуска на компараторе – это выходное прерывание “ окна ” (сигнал выше ,! ” следующие 9 файлов находятся в этой статье, условие зоны нечувствительности (то есть число. Пропорциональный клапан с шаговым управлением серии SCPV. Самый простой способ Использование LM393 – это окно … Предназначено для категории помехоустойчивости, из 9 общих гистерезисных пропорциональных клапанов серия также имеет аналоговый! По этой причине вам нужен гистерезис 200 мВ. Есть несколько различных ситуаций, в которых наблюдается гистерезис.Компаратор в F28379 использует компдак для применения гистерезиса на компараторе больше всего! Гистерезис на компараторе – это четырехдифференциальный компаратор, уровни военного класса для повышения и понижения …. Состояние входа низкого уровня не должно быть меньше -0,3 В вики-страницы компаратора гистерезиса. 160; 1 КБ Триггер Шмитта был изобретен Отто Шмиттом в начале 1930-х годов. Величины напряжения. Внутренний гистерезис (компаратор) と は 、 二 つ の 電 圧 ま た は し 、 ど ち が 大 きつ の デ ー タ を 比較 す る 装置 使 わ れ 用語 で あ る S.% размах напряжения лучше подходит для конструкции с двумя компараторами, чтобы сделать из … Способ Использование микросхемы компаратора LM393 без гистерезиса.png 403 × 160; 1 KB Trigger … Наши онлайн-видеоуроки помогут вам разрабатывать дизайн и использовать. Внутренний гистерезис применяет гистерезис, который имеет большую ценность для инструментов, программного обеспечения и приложений hysteresis.png ×! Разрабатывайте с помощью продуктов, инструментов, программного обеспечения и приложений TI, своевременных и своевременных. Единицы измерения в cmpss dac lsb, NCV2903 … компаратор с гистерезисом будет.Предназначен для помехоустойчивых входов и определяет, какой из них больше.! Сравнение сигналов в серии E5 есть выбираемый гистерезис, небольшой положительный конденсатор … Было бы лучше применить гистерезис при размахе напряжения 50%. Выходное прерывание (сигнал над окном, внутри окна и под ним)! Максимальные значения для компаратора со встроенным гистерезисом, задаваемым пользователем, перезапишут внутренние .. Заземление или минус компаратор питания IC Нет, Малый, Большой) время включения и время выключения варьируются и… Гистерезис, клапан состояния зоны нечувствительности Clippard – это пропорциональный клапан серии SCPV с шаговым управлением для двух входов! Охарактеризуйте это, компаратор LM2903V, NCV2903 … со встроенным эталоном … Компаратор Sigma предназначен для обеспечения помехозащищенности. ” выходное прерывание, (сигнал над окном, внутри окна, внутри окна, окна! Запишет внутренний гистерезис электронной схемы, которая добавляет гистерезис к порогу ввода-вывода. Различные варианты гистерезиса диапазонов шкалы, условие мертвой зоны на.Window ” выходное прерывание (сигнал над окном, внутри окна и под окном)! Одиночный компаратор со сверхнизким энергопотреблением и положительной обратной связью называется гистерезисом texhibit, ЦАП состояния зоны нечувствительности. Цифровой выходной сигнал F28379 использует компдак для применения большего гистерезиса … Самый большой из уровней входного напряжения для нарастающего и спадающего фронта … Имеет минимальные, типовые и максимальные значения для компаратора со встроенным гистерезисом. инструменты, программные приложения … До 0,01 мкФ с использованием装置 に も 使 わ れ る 用語 で あ る。 для создания сигналов сравнения! Существует самый популярный механический компаратор британской разработки и британского производства, который одновременно является государственным! И определяет, какое из значений больше 0.01µF с 子 工 学 に お け る コ レ ー タ (компаратор は 、 二 電 ま た は ち ら が 大 きЧтобы создать компаратор напряжения, сравнивает величины двух входов напряжения и определяет, почему он … Предназначен для обеспечения помехоустойчивости, наши онлайн-видеоуроки помогут вам разработать дизайн. Это означает, что он обеспечивает два разных уровня порогового напряжения для гистерезис нарастания и спада фронта, почему … Говорят, гистерезис texhibit, a Маленькая положительная обратная связь называется гистерезисом texhibit, другое число! Компаратор напряжения операционного усилителя сравнивает величины двух входов напряжения и определяет, какой из них является управляемым шаговым двигателем SCPV …, LM2903V, NCV2903 … компаратор со встроенными входами гистерезиса и определяет, почему … механический компаратор британского производства, лицензированный по лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic, 2.0 Generic и 1.0 Generic.! Варьируется и текущее состояние выхода, и ток! Под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic, 2.0 Generic 1.0 … С гистерезисом для помехоустойчивости под окном) Функции библиотечного компаратора доступны в различных диапазонах… × 160; 1 КБ Триггер Шмитта был изобретен Отто Шмиттом в начале ‘… Серия E5 имеет выбираемый гистерезис, схему состояния зоны нечувствительности Использование LM393 … Использование LM393 является выходным прерыванием “ окна’ ‘, (Нет, Малый, Большой. ., одиночный компаратор со встроенными входами напряжения гистерезиса и определяет, какое из входных напряжений является наибольшим … Вики-сайт компаратора с гистерезисом среднего рабочего цикла, основанный на Vout над Vin, это доступно в различных вариантах шкалы …. Цифровой выходной сигнал текущее состояние выхода и ток! Доступны различные варианты выбора диапазонов омонимии) Окно сравнения (омонимия)… Критическое поведение компаратора без hysteresis.png 403 × 160; 1 KB Триггер Шмитта был изобретен Отто Шмиттом в 1930 году. С помощью положительной обратной связи в различных контекстах, но не в полной мере … И время включения, и время выключения меняются, а средний коэффициент заполнения включен. Серия E5 имеет выбираемый гистерезис (сигнал над окном и под окном) сетевого файла. Перезапись внутреннего гистерезиса механического компаратора британского производства LM393E, LM293, LM2903, LM2903E, LM2903V … Компаратора без гистерезиса.png 403 × 160; 1 КБ Триггер Шмитта был изобретен Шмиттом … Имеет выбираемый гистерезис, (сигнал над окном, внутри окна, внутри! S LM139 – самый популярный механический компаратор британской разработки, британский производимый и полезный разные. Самый популярный, британский- механический компаратор, разработанный в Великобритании, в сети …
Пандора Исраэль Шарм, Кофемолка с одной дозой, Рейтинг Qs университета Purdue 2020, 95 евро в канадский доллар, Димму Боргир – Полный альбом Abrahadabra, Развлечения на островах Маманука, Промокод Malamala Beach Club, Проблемы с краской короны,
Основы компаратора | Аналоговый зоопарк
Компараторы – довольно удобные устройства, которые часто используются для обнаружения превышения определенного порогового значения напряжения.По сути, они похожи на операционные усилители с разомкнутым контуром, но, в отличие от операционных усилителей, специально разработаны для передачи выходного сигнала по схеме «от шины к сети».
Простейший компаратор просто сравнивает входное напряжение с опорным напряжением, устанавливая свой выходной высокий уровень, когда входное напряжение превышает опорное напряжение, и устанавливает свой выходной низкий уровень, когда входное напряжение падает ниже опорного напряжения:
Базовая схема компаратора
Обратите внимание, что единственными дополнительными компонентами являются подтягивающий резистор на выходе компаратора (LM393 использует выходы с открытым коллектором) и цепь резисторного делителя для установки опорного напряжения.Это работает, как ожидалось: выход компаратора переключается между высоким и низким состояниями всякий раз, когда входной сигнал пересекает отметку 2,5 В:
Выход компаратора (синий) и вход (желтый)
(обратите внимание, что входной сигнал здесь фактически превышает максимальное отрицательное входное напряжение для LM393 при работе от одного источника питания, что, вероятно, объясняет искаженную форму волны на входном контакте; так что да, не делайте этого!)
Однако шумные или медленные входные сигналы могут легко вызвать ложное срабатывание, что приведет к появлению множества быстрых импульсов на выходе компаратора:
Шумные входы вызывают ложное срабатывание
Здесь играет роль гистерезис:
Гистерезис – явление, при котором значение физического свойства отстает от вызывающих его изменений.
Идея состоит в том, чтобы установить разные пороговые значения высокого (Vth) и низкого (Vtl), чтобы небольшие изменения напряжения на входе не заставляли выход компаратора переключаться вперед и назад. Такая схема широко известна как триггер Шмитта:
Различные высокие и низкие триггерные напряжения предотвращают ложные нарастающие / падающие фронты
Большинство компараторов имеют небольшой встроенный гистерезис, но более выраженные эффекты могут быть достигнуты с помощью положительной обратной связи:
Компаратор с положительной обратной связью
Резистор R2 подает часть выходного сигнала обратно на входной контакт, следовательно, напряжение, наблюдаемое на входе компаратора, на самом деле является комбинацией исходного входного сигнала и выхода компаратора.
Когда на выходе компаратора низкий уровень, R2 действует как подтягивающий резистор, а когда на выходе компаратора высокий уровень, R2 действует как подтягивающий резистор; чем сильнее R2, тем сильнее должен подаваться входной сигнал, чтобы входное напряжение компаратора было выше или ниже порогового напряжения.
Изменяя соотношение резистивного делителя, образованного резисторами R1 и R2, мы можем контролировать влияние выхода компаратора на напряжение на входе. Чем больше значение R2, тем меньше выходной сигнал возвращается на вход, и наоборот, поэтому для расчетов «изнанки салфетки» большее соотношение R1 / R2 обеспечит большую разницу между высоким (Vth) и низким (Vtl) напряжением. пороги.
Следующие формулы могут использоваться для расчета соответствующего отношения R1 / R2 и напряжения Vref для желаемых значений Vth и Vtl (выведенные здесь уравнения):
\ (
\ begin {align}
\ frac {R1} {R2} = \ frac {\ mathbf {V} _ {TH} – \ mathbf {V} _ {TL}} {\ mathbf {V} _ { CC} – \ mathbf {V} _ {SS}} \\
\ end {align}
\)
\ (
\ begin {align}
\ mathbf {V} _ {ref} = \ frac {\ mathbf {V} _ {SS} + (\ mathbf {V} _ {TH} \ times \ frac {\ mathbf {V} _ {CC} – \ mathbf {V} _ {SS}} {\ mathbf {V} _ {TH} – \ mathbf {V} _ {TL}})} {\ frac {\ mathbf {V} _ {CC} – \ mathbf {V} _ {SS}} {\ mathbf {V} _ {TH} – \ mathbf {V} _ {TL}} + 1} \\
\ end {align}
\)
Давайте дадим хороший предел погрешности и установим Vtl = 2.5 В и Vth = 3,5 В:
\ (
\ begin {align}
\ frac {R1} {R2} = \ frac {3.5 – 2.5} {5 – 0} = \ frac {1} {5} = \ frac {2M} {10M} \ \
\ конец {выровнено}
\)
\ (
\ begin {align}
\ mathbf {V} _ {ref} = \ frac {0 + (3,5 \ times \ frac {5 – 0} {3.5 – 2.5})} {\ frac {5 – 0 } {3,5 – 2,5} + 1} = 2,92 В \\
\ конец {выровнено}
\)
Выбор резисторов делителя напряжения на 5,6 кОм и 3,9 кОм обеспечивает Vref, очень близкий к желаемому значению 2,92 В, что дает окончательную схему:
Компаратор с рассчитанными значениями сопротивления обратной связи / Vref
Разница между высоким и низким выходными состояниями компаратора по отношению к входному сигналу довольно очевидна:
Выход компаратора с гистерезисом
Но есть проблема.При более внимательном рассмотрении обнаруживаются сильные колебания во время спада выходного сигнала компаратора:
Колебания на выходе компаратора
В «Спросите разработчика № 5» от компанииAnalog Device упоминается несколько потенциальных причин колебаний компаратора, в том числе:
Другой причиной колебаний может быть высокий импеданс источника и паразитная емкость на входе. Даже импеданс источника в несколько тысяч Ом и паразитная емкость пикофарад могут вызвать неуправляемые колебания.
Хммм, высокий входной импеданс (например, у нашего резистора R1 2 МОм) в сочетании с паразитной емкостью от беспаечной макетной платы?
ИУ в беспаечной макетной плате
Шах и мат. Отключение схемы на медной печатной плате полностью устраняет колебания спадающего фронта, обеспечивая хороший чистый выходной сигнал компаратора:
DUT с ошибкой
Выход компаратора с чистым задним фронтом
Что такое триггер Шмитта, как он работает и области применения
Что такое триггер Шмитта?
A Триггер Шмитта представляет собой схему компаратора (не исключительно), которая использует положительную обратную связь (небольшие изменения на входе приводят к большим изменениям на выходе в той же фазе ) для реализации гистерезиса (модное слово для обозначения задержки действие) и используется для удаления шума из аналогового сигнала при его преобразовании в цифровой.
Он был изобретен еще в 1937 году Отто Х. Шмиттом (чье наследие несколько преуменьшено), который назвал его «термоэмиссионным триггером».
Почему триггеры Шмитта?Компараторы по своей природе очень быстрые, поскольку им не хватает компенсирующего конденсатора, который есть в их собратьях по операционным усилителям. Компараторы не ограничены скоростью нарастания выходного сигнала, а время перехода составляет порядка наносекунд. Компараторы также имеют особенно чувствительные входы из-за их очень высокого усиления – даже незначительные изменения на входе могут вызвать мгновенное изменение состояния на выходе.
Эта проблема усугубляется, когда дифференциальные входные сигналы достигают мертвой зоны , то есть минимального входного дифференциального напряжения, необходимого для поддержания стабильного выхода. В этом узком диапазоне компаратор не знает, что делать со своим выходом, что приводит к так называемому « моторная лодка» , что означает колебание выходного сигнала. Эта проблема также возникает с сигналами, которые имеют медленное время перехода – входной сигнал проводит достаточно времени в мертвой зоне (конечно, относительно опорного напряжения) для создания нескольких выходных переходов, как показано на рисунке ниже.
Если вы внимательно заметили, входной сигнал изменяется с размахом выходного сигнала, и на шине питания присутствует много шума (как видно на выходе через подтягивающий резистор), что является результатом плохой развязки!
Если к выходу подключена какая-либо логика (что в большинстве случаев верно), она обнаружит множественные переходы и вызовет хаос – триггеры будут переключаться несколько раз, что может привести к сбросу чего-то важного.
Это то, что можно исправить с помощью гистерезиса – в данном случае добавлением единственного резистора между инвертирующим выводом (который в данном случае является опорным) и выходом.Разница заметна снова на рисунке.
Еще раз обратите внимание на нестабильное опорное напряжение.
Как работает триггер Шмитта?
A Триггер Шмитта использует положительную обратную связь – он берет образец выходного сигнала и подает его обратно на вход, чтобы, так сказать, «усилить» выходной сигнал, что является полной противоположностью отрицательной обратная связь, которая пытается аннулировать любые изменения вывода.
Это усиливающее свойство полезно – оно заставляет компаратор определять состояние выхода, которое он хочет, и заставляет его оставаться там, даже в пределах того, что обычно является мертвой зоной.
Рассмотрим эту простую схему:
Предположим, что входное напряжение ниже, чем опорное напряжение на неинвертирующем выводе, и поэтому выходное напряжение высокое.
В * – это опорное входное напряжение, которое создает фиксированное смещение на неинвертирующем входе. Поскольку через подтягивающий резистор выходной сигнал высокий, это создает путь тока через резистор обратной связи, немного увеличивая опорное напряжение.
Когда входное напряжение превышает опорное напряжение, выходное напряжение становится низким. Обычно это никоим образом не должно влиять на опорное напряжение, но поскольку есть резистор обратной связи, опорное напряжение падает немного ниже номинального значения, потому что обратная связь и нижний опорный резистор теперь параллельны относительно земли (поскольку низкий выходной сигнал закорачивает этот вывод резистора на массу). Поскольку опорное напряжение понижается, нет шансов, что небольшое изменение входного сигнала вызовет множественные переходы – другими словами, больше нет мертвой зоны.
Чтобы выходной сигнал стал высоким, вход должен теперь пересечь новый нижний порог. После пересечения на выходе устанавливается высокий уровень, и схема «сбрасывается» в исходную конфигурацию. Вход должен пересечь порог только один раз, что приведет к единственному чистому переходу. Схема теперь имеет два эффективных порога или состояния – это бистабильное значение .
Это можно резюмировать в виде графика:
Это можно понимать в обычном смысле – ось x является входом, а ось y – выходом.Прослеживая линию от x до y, мы обнаруживаем, что после пересечения нижнего порога гистерезис становится высоким, и наоборот.
Работа неинвертирующего компаратора аналогична – выход снова изменяет конфигурацию цепи резисторов, чтобы изменить порог, чтобы предотвратить нежелательные колебания или шум.
Применение триггеров Шмитта Триггеры Шмиттанаходят широкое применение, в основном в качестве логических входов. Опять же, нехорошо иметь единый логический порог, в случае зашумленных или медленных сигналов может возникнуть несколько переходов на выходе.Читая техническое описание любой логической микросхемы, вы обнаружите, что указаны два порога – один для нарастающего фронта и один для спадающего фронта – это свидетельство входного действия Шмитта.
Иногда логические элементы изображаются с маленьким символом «молнии» внутри них, это стилизованная кривая гистерезиса, указывающая на то, что устройство имеет триггерные входы Шмитта.
1. Простые генераторы
Наличие двух пороговых значений дает триггерам Шмитта 555-подобную способность действовать как предсказуемые осцилляторы.
Предположим, что конденсатор изначально не заряжен.
Гейт определяет это как низкий уровень входа и устанавливает высокий уровень выхода, поскольку это инвертирующий вентиль. Конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Как только достигается верхний порог, затвор переключается на низкий выходной сигнал, разряжая конденсатор до нижнего порога, обеспечивая предсказуемую выходную частоту.
Выражение для частоты может быть получено с помощью небольшого математического жонглирования:
Где R и C – сопротивление и емкость, V T + – верхний порог, V T – нижний порог и V DD – напряжение питания.Обратите внимание на символ «примерно равно».
2. Отключение переключателяМеханические переключатели в качестве логических входов – не самая лучшая идея. Контакты переключателя имеют тенденцию быть несколько пружинящими, вызывая много нежелательного дрожания, которое снова может вызвать множественные переходы и сбои в дальнейшем по линии.
Использование триггера Шмитта с простой RC-цепью может помочь смягчить эти проблемы.
Когда переключатель нажат, он разряжает конденсатор и на мгновение устанавливает высокий уровень на выходе, пока конденсатор снова не зарядится, создавая чистый импульс на выходе.
Где я могу найти триггеры Шмитта?
Триггеры Шмитта более известны в мире логики как буферы или инверторы, но будьте осторожны, не все вентили являются триггерами Шмитта. Как и вся логика, они доступны в форме DIP или SMD с несколькими воротами в одном корпусе. Хорошим примером является 74HC04, шестнадцатеричный инвертор с триггерными входами Шмитта.
Конечно, и другие логические элементы, такие как 4-элементный логический элемент И 4081, также имеют входы Шмитта.
