Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Компаратор на lm358 схема – Морской флот

Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.

Обозначение и технические характеристики

Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход, как и у АЦП. Для отображения сигнала используется специальный индикатор.

УГО отображение компаратора выглядите следующим образом:

Фото – УГО компаратора

Изначально использовался только интегрированный компаратор напряжения (MAX 961ESA, PIC 16f628a), который известен как высокоскоростной. Он требует определенного дифференциального напряжения в определенном диапазоне, который существенно ниже, чем напряжение сети питания. Эти приборы не допускают никаких других внешних сигналов, которые находятся вне диапазона напряжения сети.

Сейчас гораздо чаще используется аналоговый цифровой компаратор (Attiny/ Atmega 2313), у которого транзисторный ввод. У него вводный потенциал сигнала находится в диапазоне менее 0,3 Вольт и не поднимается выше. Устройство может быть также ультра быстрого типа (стереокомпаратор), благодаря чему входной сигнал меньше обозначенного диапазона, к примеру, 0,2 Вольта. Как правило, используемый диапазон ограничивается только конкретным входным напряжением.

Фото – Компаратор

Помимо простого прибора, также существует видеоспектральный компаратор на ОУ (операционном усилителе). Это прибор, у которого очень тонко сбалансирована разница входа и высокого сопротивления сигнала. Благодаря такой характеристики, операционный компаратор используется в низкопроводимых схемах с небольшим вольтажем.

Фото – схема компаратора

В теории, частотный операционный усилитель работает в конфигурации с открытым контуром (без отрицательной обратной связи) и может быть использован в качестве компаратора низкой производительности. Но при этом, не инвертирующий вход (+ V) находится на более высоком напряжении, чем на инвертирующий (V-). Высокое усиление, выходящее из операционного усилителя, провоцирует выход низкого напряжения на входе в устройство.

Когда неинвертирующий вход падает ниже инвертирующего входа, выходной сигнал насыщается при отрицательном уровне питания, то он все равно может проводить импульсы. Выходное напряжение ОУ ограничивается только напряжением питания. Принципиальная электрическая схема ОУ работает в линейном режиме с отрицательной обратной связью, с помощью сбалансированного сплит-источника питания (питание от ± V S ). Многие приборы, работающие с компаратором, также имеют свойство фиксировать полученные данные при помощи видео-, фото- или документальной записи. Эти электронные принципы не работают в системах, где используются разомкнутые контуры и низкопроводящие элементы.

Фото – простой компаратор

Но у компараторного усилителя существует несколько существенных недостатков:

  1. Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью. Но при этом, ОУ имеет более длительный режим восстановления;
  2. Почти все операционные усилители имеют конденсатор внутренней компенсации, который ограничивает скорость нарастания выходного напряжения для высокочастотных сигналов. Исходя из этого, данная схема немного задерживает импульс;
  3. Компаратор не имеет внутреннего гистерезиса.

Из-за этих недостатков, компаратор для управления различными схемами, в большинстве случаев, используется без усилителя, исключением является генератор.

Компаратор предназначен для производственных процессов с ограниченным выходным напряжением, которое легко взаимодействует с цифровой логикой. Поэтому его часто используются в различных термических приборах (терморегулятор, реле температуры). Также его применяют для сравнения сигналов и сопротивлений таких устройств, как таймер, стабилизатор и прочая схемотехника.

Фото – аналоговый компаратор

Видео: компараторы

Принцип работы

Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.

Фото – схема работы компаратора

Схема включения, по которой можно понять принцип работы компаратора, показана выше. Используя аналоговый сигнал во + входе, именуемым «неинвертируемым», и выходе, который называется под названием «инвертируемый», устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. При этом если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора Q8 на эквивалентной схеме LM339, которую нужно включить. Но, если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0», из-за чего, коллектор будет находиться в закрытом виде.

Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания. Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.

Назначение

Зачем нужен компаратор и как его использовать без усилителя? В большинстве случаев, этот прибор применяется в несложных компьютерных схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения. Это может быть зарядное устройство для ноутбука или телефона, весы (определитель массы), датчик сетевого напряжения AVR, таймер (компоратор типа lm 358, микроконтроллер и т. д. Также его применяют различные интегральные микросхемы для контроля входных импульсов, обеспечивая связь между источником сигнала и его центром назначения.

Фото – компараторы для компьютера

Наиболее популярным примером является компаратор триггер (регулятор) Шиммера. Он работает в режиме многоканальности, соответственно, может сравнивать большое количество сигналов. В частности, данный триггер применяется для того, чтобы восстановить цифровой сигнал, который искажает связь в зависимости от уровня напряжения и расстояния источника питания.

Это аналог стандартного компаратора, просто с более расширенным функционалом, который обеспечивает измерение нескольких входящих сигналов.

Фото – ОУ компаратор

Также есть компаратор шероховатости. Это устройство, которое помогает визуально определить состояние поверхности, которая уже подвергалась обработке. Применение этого приспособления обосновано необходимостью определять допуски обработанных ранее поверхностей.

Программирование и компаратор

Компоратор используется не только как часть электрической схемы ШИМ и т. д., его часто используют для создания отдельных программ или их компонентов. Например, устройство часто используется для создания java-коллекций.

  1. Чтобы работать, Вам понадобится специальная программа Maven. Для начала Вам нужно создать проект, для полноценной работы необходимо подключение к интернету. Создаете новый проект, в структуре выберете два компонента: comparator и pojo. Наличие проверяется при помощи утилиты JUnit 4.11;
  2. Установите pom. xml и создайте новый файл. Прерывание процесса недопустимо, поэтому очень важно на каждом этапе сохранять. После осуществляется создание и настройка POJO, где указываются нужные настройки. Параметры зависят от требований к конкретной библиотеке. Это могут быть даты рождения, общая информация по проживанию и т. д.;
  3. И только после создается компаратор. Это класс, который используется для поверки данных и их распределения по нужным папкам. Использование данного класса необходимо, если нужно отсортировать определенную информацию по заданным параметрам (цвета, размеры, даты). Благодаря этому обеспечивается защита данных и их классификация по определенному принципу.

Купить готовый компаратор можно в любом магазине радиотехнических приборов и электротехники. Цена прибора варьируется в зависимости от его назначения и количества каналов.

Операционный усилитель LM358 стал одним из самых популярных типов компонентов аналоговой электроники. Этот небольшой компонент может быть использован в самых разнообразных схемах, осуществляющих усиление сигналов, в различных генераторах, АЦП и прочих полезных устройствах.

Все радиоэлектронные компоненты следует разделять по мощности, диапазону рабочих частот, напряжению питания и прочим параметрам. А операционный усилитель LM358 относится к среднему классу устройств, которые получили самую широкую сферу применения для конструирования различных устройств: приборы контроля температуры, аналоговые преобразователи, промежуточные усилители и прочие полезные схемы.

Описание микросхемы LM358

Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики, позволяющие создавать много различных устройств. К основным показательным характеристикам компонента следует отнести нижеследующие.

Приемлемые рабочие параметры: в микросхеме предусмотрено одно и двухполюсное питание, широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В, приемлемая скорость нарастания выходного сигнала, равная всего 0,6 В/мкс. Также микросхема потребляет всего 0,7 мА, а напряжение смещения составит всего 0,2мВ.

Описание выводов

Микросхема реализована в стандартных корпусах DIP, SO и имеет 8 выводов для подключения к цепям питания и формирования сигналов. Два из них (4, 8) используются в качестве выводов двухполярного и однополярного питания в зависимости от типа источника или конструкции готового устройства. Входы микросхемы 2, 3 и 5, 6. Выходы 1 и 7.

В схеме операционного усилителя имеются 2 ячейки со стандартной топологией выводов и без цепей коррекции. Поэтому для реализации более сложных и технологичных устройств потребуется предусматривать дополнительные схемы преобразования сигналов.

Микросхема является популярной и используется в бытовых приборах, эксплуатируемых при нормальных условиях, и в особых с повышенной или пониженной температурой окружающей среды, высокой влажностью и прочими неблагоприятными факторами. Для этого интегральный элемент выпускается в различных корпусах.

Аналоги микросхемы

Являясь средним по параметрам, операционный усилитель LM358 имеет аналоги по техническим характеристикам. Компонент без буквы может быть заменен на OP295, OPA2237, TA75358P, UPC358C, NE532, OP04, OP221, OP290. А для замены LM358D потребуется использовать KIA358F, NE532D, TA75358CF, UPC358G. Интегральная микросхема выпускается в серии с другими компонентами, которые имеют отличия лишь в температурном диапазоне, предназначенные для работы в суровых условиях.

Встречаются операционные усилители с максимальной температурой до 125 градусов и с минимальной до 55. Из-за чего сильно разнится и стоимость устройства в различных магазинах.

К серии микросхем относятся LM138, LM258, LM458. Подбирая альтернативные аналоговые элементы для применения в устройствах важно учитывать рабочий температурный диапазон. Например, если LM358 с пределом от 0 до 70 градусов недостаточно, то можно использовать более приспособленные к суровым условиям LM2409. Также довольно часто для изготовления различных устройств требуется не 2 ячейки, а 1, тем более, если место в корпусе готового изделия ограничено. Одними из самых подходящих для использования при конструировании небольших устройств являются ОУ LM321, LMV321, у которых также есть аналоги AD8541, OP191, OPA337.

Особенности включения

Существует много схем подключения операционного усилителя LM358 в зависимости от необходимых требований и выполняемых функций, которые будут к ним предъявлены при эксплуатации:

  • неинвертирующий усилитель;
  • преобразователь ток-напряжение;
  • преобразователь напряжение-ток;
  • дифференциальный усилитель с пропорциональным коэффициентом усиления без регулировки;
  • дифференциальный усилитель с интегральной схемой регулирования коэффициента;
  • схема контроля тока;
  • преобразователь напряжение-частота.

Популярные схемы на lm358

Существуют различные устройства, собранные на LM358 N , выполняющие определенные функции. При этом это могут быть всевозможные усилители как УМЗЧ, так и в промежуточных цепях измерений различных сигналов, усилитель термопары LM358, сравнивающие схемы, аналого-цифровые преобразователи и прочее.

Неинвертирующий усилитель и источник опорного напряжения

Это самые популярные типы схем подключения, применяемые во многих устройствах для выполнения различных функций. В схеме неинвертирующего усилителя выходное напряжения будет равно произведению входного на пропорциональный коэффициент усиления, сформированный отношением двух сопротивлений, включенных в инвертирующую цепь.

Схема источника опорного напряжения пользуется высокой популярностью благодаря своим высоким практическим характеристикам и стабильности работы в различных режимах. Схема отлично удерживает необходимый уровень выходного напряжения. Она получила применение для построения надежных и высококачественных источников питания, аналоговых преобразователей сигналов, в устройствах измерения различных физических величин.

Генератор синусоидальных сигналов

Одной из самых качественных схем синусоидальных генераторов является устройство на мосте Вина. При корректном подборе компонентов генератор вырабатывает импульсы в широком диапазоне частот с высокой стабильностью. Также микросхема LM 358 часто используется для реализации генератора прямоугольных импульсов различной скважности и длительности. При этом сигнал является стабильным и высококачественным.

Усилитель

Основным применением микросхемы LM358 являются усилители и различная усилительная аппаратура. Что обеспечивается за счет особенностей включения, выбора прочих компонентов. Такая схема применяется, например, для реализации усилителя термопары.

Усилитель термопары на LM358

Очень часто в жизни радиолюбителя требуется осуществлять контроль температуры каких-либо устройств. Например, на жале паяльника. Обычным градусником это не сделаешь, тем более, когда необходимо изготовить автоматическую схему регулирования. Для этого можно использоваться ОУ LM 358. Эта микросхема имеется малый тепловой дрейф нуля, поэтому относится к высокоточным. Поэтому она активно используется многими разработчиками для изготовления паяльных станций, прочих в устройствах.

Схема позволяет измерять температуру в широком диапазоне от 0 до 1000 о С с достаточно высокой точностью до 0,02 о С. Термопара изготовлена из сплава на основе никеля: хромаля, алюмеля. Второй тип металла имеет более светлый цвет и меньше подвержен к намагничиванию, хромаль темнее, магнитится лучше. К особенностям схемы стоит отнести наличие кремниевого диода, который должен быть размещен как можно ближе к термопаре. Термоэлектрическая пара хромаль-алюмель при нагреве становится дополнительным источником ЭДС, что может внести существенные коррективы на основные измерения.

Простая схема регулятора тока

Схема включает кремниевый диод. Напряжения перехода с него используется как источник опорного сигнала, поступающий через ограничивающий резистор на неинвертирующий вход микросхемы. Для регулировки тока стабилизации схемы использован дополнительный резистор, подключенный к отрицательному выводу источника питания, к неивертирующему входу МС.

Схема состоит из нескольких компонентов:

  • Резистора, подпирающего ОУ минусовым выводом и сопротивлением 0,8 Ом.
  • Резистивного делителя напряжения, состоящего из 3 сопротивлений с диодом, выступающего источником опорного напряжения.

Резистор номиналом 82 кОм подключен к минусу источника и положительному входу МС. Опорное напряжение формируется делителем, состоящим из резистора 2,4 кОм и диода в прямом включении. После чего ток ограничивается резистором 380 кОм. ОУ управляет биполярным транзистором, эмиттер которого подключен непосредственно к инвертирующему входу МС, образовав отрицательную глубокую связь. Резистор R 1 выступает измерительным шунтом. Опорное напряжение формируется при помощи делителя, состоящего из диода VD 1 и резистора R 4.

В представленной схеме при условии использования резистора R 2 сопротивлением 82 кОм ток стабилизации в нагрузке составляет 74мА при входном напряжении 5В. А при увеличении входного напряжения до 15В ток увеличивается до 81мА. Таким образом, при изменении напряжения в 3 раза ток изменился не более, чем на 10%.

Зарядное устройство на LM 358

С использованием ОУ LM 358 часто изготавливают зарядные устройства с высокой стабилизацией и контролем выходного напряжения. Как пример, можно рассмотреть зарядное устройство для Li — ion с питанием от USB . Эта схема представляет собой автоматический регулятор тока. То есть, при повышении напряжения на аккумуляторе зарядный ток падает. А при полном заряде АКБ схема прекращает работать, полностью закрывая транзистор.

по входам + и — поставить делители напряжений состоящих из термосопротивления и резистора МЛТ
(по 100К четыре сопротивления). К минусу питания термосопротивления к плюсу МЛТ, т.е регистрировать разницу температур в гараже и на улице. Запитать схему от элементов 4,5 Вольта. Вопрос . Как будет уплывать точность настройки с понижением напряжения с 4,5 В. до 3,5В.Спасибо. Где почитать чтобы самому дошло.

Подадим на неинвертирующий вход усилителя опорное напряжение в 1.5 вольта, а на инвертирующий вход синусоидальный сигнал амплитудой 1 вольт и постоянной составляющей 1.5 вольта.

Vcc – 1.5= 5 – 1. 5 = 3.5 В

То есть пока входной сигнал меньше опорного – на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения. Как только входной сигнал превысит опорный – выходное напряжение операционного усилителя станет равно нулю.

Описанная схема представляет собой инвертирующий компаратор. Если мы поменяем источники напряжения местами, то получим неинвертирующий компаратор. Попробуй самостоятельно разобраться, как при этом поведет себя схема.

Электрическая схема инвертирующего триггера Шмитта представлена ниже.

Благодаря такому поведению схемы, зашумленный сигнал не будет вызывать колебаний на выходе усилителя.

Как и простейшая схема компаратора, триггер Шмитта имеет «неинвертирующую версию», но здесь мы на ней останавливаться уже не будем.

О расчете такой схемы и примерах ее использования в следующей статье….

Схема лм358 как компаратора

Очень важно контролировать разряд любого аккумулятора, ведь у каждого из них есть некое пороговое напряжение, ниже которого его нельзя разряжать, иначе аккумулятор потеряет значительную часть свой ёмкости, быстрее деградирует и не сможет выдавать заявленный ток, придётся покупать новый, а он не дешевый.


В этой статье я расскажу и покажу как сделать очень простой индикатор напряжение для кислотно-свинцовых аккумуляторов 12V, широко использующихся в автомобилях, а также скутерах, мотоциклах и прочем транспорте. Если вы поймете принцип работы схемы-индикатора и назначение каждой детали, то сможете подстроить её практически для любого вида перезаряжаемых батарей, изменяя номиналы определенных электронных компонентов.

Принципиальная схему с указанными номиналами может давать вам примерную информацию о значении напряжения на выводах батареи тремя светодиодами. Цвет светодиода, в принципе можно выбирать любой понравившейся, но рекомендую использовать именно такие, как у меня, они дают четкое представление о положении батареи благодаря ассоциациям.

Итак, когда горит зеленый, то напряжение АКБ в норме (от 11,6 до 13 Вольт), если же светит белый – это значит U=13 и более, а когда же яркий красный работает, то необходимо срочно отключать нагрузку и ставить аккумулятор на подзарядку током 0,1C, напряжение 11,5 Вольт и ниже, АКБ разрядился более чем на 80 процентов. Напомню, что эти значения примерные и у вас будут немного отличаться из-за разброса характеристик используемыъ компонентов.

Ток потребление такого светодиодного оповещателя небольшой, до 15 mA. Кого это напрягает – не беда, в разрыв ставим тактовую кнопочку и радуемся. С этого момента проверка батареи ведется нажатием кнопки и анализом цвета свечения.

Защищаем плату от воды и крепим на аккумулятор, теперь очень удобно – примитивный вольтметр всегда с источником тока, в любую секунду можно протестировать его.

Печатная плата сделана миниатюрная, всего 2,2 сантиметров. В моем случае используется микросхема lm358 в DIP-8 корпусе. Резисторы желательно брать с точностью 1% (прецизионные), кроме токоогрничительных. СветxXодиоды используются практически любые (3mm, 5mm) с током 20 mA.

Проверка производиться с помощью лабораторного блока питания на линейном стабилизаторе LM317, как видно из фото срабатывание четкое, могут светиться два светодиода, правильным будет последний. Для более точной настройки я крайне рекомендую использовать подстрочные резисторы, как на плате номер два, с помощью них вы очень точно отрегулируете те напряжение, при которых будут загораться светодиоды.

Разберем работу схемы светодиодного индикатора уровня напряжения АКБ. Самой главной деталью является конечно же микросхема LM393 или LM358 (аналог КР1401СА3 / КФ1401СА3), в середине её есть два компаратора (треугольники).

Как видно из рисунка ниже всего восемь ножек, восьмая и четвертая питание, а остальные – это входы и выходы компараторов. Возьмем сначала один для объяснение его работы, три вывода, два входа (прямой (неинвертирующий) “+” и инвертирующий “–“) и один выход. На неинвертирующий (+) подается опорное напряжение (то, с котором будет сравнено напряжение, подаваемое на инвертирующий (-) вход).

Если U на прямом больше, чем на инвертирующем входе, то на выходе имеем минус питания, а если же наоборот (на инвертирующем большее значение напряжения, чем на прямом) на выходе плюс питания.

Стабилитрон включается в цепь наоборот (то есть анод к минусу, а катод к плюсу), у него есть так называемый рабочий ток, при котором он и будет хорошо стабилизировать, посмотрите на график ниже и всё поймете.

Этот ток разный для разных по мощности и напряжении стабилитронов, в документации стабилитрона указывается минимальный (Iz) и максимальный ток (Izrm) стабилизации. Выбирайте нужный в этих промежутках, нам хватит и минимального – это значение тока достигается благодаря резистору.

А вот и простенькие расчеты: полное U=10 Вольт, стабилитрон у нас на 5,6 Вольт, значится 10-5,6=4,4 Вольт. По документации (даташиту) min Iст=5 mA. Считаем R=4,4 V / 0,005 A = 880 Ом. Значение сопротивления резистора немного могут отклоняться, как у меня, ничего страшного, главное чтобы ток был не менее Iz.

Тройной делитель напряжение состоящий из резисторов 100 кОм, 10 кОм и 82 кОм. На каждом из этих пассивных компонентов “осаживается” определенной напряжение. Оно у нас подается на инвертирующий входа.

В зависимости от степени разряженности/заряженности АКБ на них падает разное напряжение. Схема, построенная таким образом, что стабилитрон ZD1 5V6 подает на прямые входа собственно 5,6 Вольт (опорное U, то с чем будет сравнено напряжение на непрямых входах). И если, например, аккумулятор разряжен сильно, то на непрямой вход первого компаратора подается меньшее напряжение, чем на прямой, а на вход второго большее.

Таким образом первый дает минус на выходе, а второй плюс – светит только красный. Зеленый светиться тогда, когда компаратор I выдает плюс, а II минус. Белый, когда оба дают на выходе плюс, из-за этого могут светиться сразу два последних светоизлучающих диода.

Чуть ниже смотрите фото готового индикатора напряжения.

И ещё хочу отметить один момент,если у вас автомобиль Опель, и вы хотите что-либо с ним сделать, например тюнинг или просто подремонтировать, то есть отличная компания, которая как раз этим и занимается.

В данной статье разберёмся как работает компаратор на операционном усилителе.

Операционные усилители – очень мощный инструмент современного радиолюбителя. Одной из самых простых схем его использования является подключение по схеме компаратора.

Название компаратор прижилось в отечественной литературе. Произошло оно от заимствования с английского слова compare = сравнить. Поэтому многие радиолюбители называют компаратор сравнивающим устройством.

Обычно для экономии стоимости данные схемы реализуют на операционных усилителях, но бывают и специализированные микросхемы компараторов. Они, как правило, имеют лучшее быстродействие и меньшее падение напряжения на самой микросхеме, но их невозможно использовать в качестве операционного усилителя. В данной статье речь пойдёт о использовании именно операционника (ОУ) в качестве компаратора. А вариант с использованием специализированных компараторов будет рассмотрен позже.

Наглядно эта схема показана на следующем рисунке:

Рис. 1. Схема подключения операционного усилителя в качестве компаратора.

Давайте вместе разберемся в её работе.

Наиболее понятно, работа данной схемы представляется в виде работе некоторого постоянно сравнивающего устройства, которое постоянно сравнивает сигнал 1 и сигнал 2 подаваемые на вход компаратора. Выход оно устанавливает исходя из следующего:

Сигнал 1 больше по напряжению, чем сигнал 2?

Если да, то выход устанавливается в 10В (напряжение питание операционного усилителя). Если нет, то в 0В.

Рис.2. Наглядное описание работы компаратора

На первый взгляд в работе данной схемы нет ничего необычного, но существует бесчисленное множество применений работы данной схемы. В основном это устройства, которые переводят аналоговый сигнал в некоторую логическую величину: ДА или НЕТ. Это может быть и индикатор зарядки батареи, и датчик критического уровня жидкости в сосуде или любой другой аналоговый сигнал, который переходи какое-то определённое значение.

Разберём несколько из примеров использования компараторов (рекомендованных для домашней сборки), для того чтобы лучше разобраться в том, как работает данная схема.

1. Датчик перегрева радиатора

Данная схема работает по следующему принципу: В зависимости от температуры терморезистор R5 будет иметь разное значение сопротивления. С ростом температуры его сопротивление увеличивается.

Если температура не достигла заданной, то напряжение на выходе компаратора равно 0, и светодиод не горит.

При достижении температуры, установленной потенциометром R3, компаратор переключается, светодиод загорается, информируя нас о том, что терморезистор R5 перегрелся. В этот момент нужно как-то охладить работу вашей схемы, например, включив вентилятор или насос для прокачки воды. Это легко реализовать подключением в качестве нагрузки к выходу компаратора обычное электромагнитное реле.

Рис.3. Схема подключения датчика температуры.

2. Индикатор зарядки/разрядки батареи с двумя фиксированными уровнями.

Задача данного датчика крайне проста: проинформировать держателя батарейки о полном её заряде и скором прекращении работы. Данная схема отличается от предыдущей тем, что строиться на базе не одного, а двух компараторах, но это не беда для современной техники. Дело в том, что большинство современных операционных усилителей выпускаются в корпусе DIP8/SO8 и в своём составе содержат два операционных усилителя. К примеру, вот фрагмент даташита (технического описания микросхемы) используемого мною ОУ:

Рис. 4. Расположение выводов у микросхемы ОУ NE5532.

Решается она следующим образом: входное напряжение поступает на сложный делитель R3-R5-R7. В результате получаются два аналоговых уровня соответствующих не инвертирующим входам ОУ.

Тот, что получается между резисторами R3-R5 будет говорить нам о глубоком разряде аккумулятора, так как он будет срабатывать при достаточно низком напряжении.

Тот, что получается между резисторами R5-R7 будет говорить нам о полном заряде аккумулятора, так как он будет срабатывать при высоком напряжении на клеммах аккумулятора.

Сразу замечу, что схема мной собиралась не раз и тестировалась на лабораторном блоке питания и реальной батарейке. По этому все комментарии по настройке тут особо не нужны, так как схема работает сразу практически без настройки. Схема отлично работает с 9В свинцовыми и МеОН аккумуляторами. Для популярных в последнее время Li-ion батареек она несколько изменяется: современные Li-ion батарейки работают в диапазоне 4,2-2,4В. Для них питание операционного усилителя выбирается на уровне 2,4В (под стандартный стабилизатор), фиксированный уровень сравнения вместо 2,5В становится 1,2В и используются низковольтные ОУ. В остальном схема точно такая-же.

Рис.5. Схема индикатора зарядки/разрядки батареи.

Несколько тонкостей работы с компараторами.

Данный материал написан для людей, которые уже попробовали поработать с компараторами и хотят углубиться в данной теме:

1. Чувствительность компаратора зависит от величины минимального напряжения между входами. Если вы стараетесь сделать очень точные измерения, по типу вытащить 0,001*С из схемы срабатывания охлаждения, то будьте готовы к тому, что у вас это не получиться в виду ограничений микросхемы

2. Во время переключения некоторое время компаратор переключается. Это свойство проявляется в основном при детекции вч сигналов. Если ваши рабочие частоты лежат до 100 кГц, то о данном параметре на всех современных ОУ можете не заморачиваться. В противном случае смотрите на величину скорости роста сигнала. Обычно у современных ОУ эта величина составляет единицы/десятки вольт в микросекунду. В вашем случае она считается по формуле:

Если данная величина получилась больше, чем параметр ОУ, то меняйте оу. На экране осциллографа при этом у вас будет сильное сваливание от прямоугольного сигнала на выходе ОУ к треугольному сигналу.

3. В некоторых случаях полезно реализовать гистерезис(запаздвание) на положительной обратной связи, но это рассмотрим подробнее в одном из следующих занятий практикума.

В конце концов вот вам приятный подарок, раз уж вы дочитали до конца. Вот видео автора данной статьи о компараторах, из которого можно подчеркнуть много интересного и полезного.

Аналоги LM358

Ниже приведен список зарубежных и отечественных аналогов операционного усилителя LM358:

  • GL358
  • NE532
  • OP221
  • OP290
  • OP295
  • TA75358P
  • UPC358C
  • AN6561
  • CA358E
  • HA17904
  • КР1040УД1 (отечественный аналог)
  • КР1053УД2 (отечественный аналог)
  • КР1401УД5 (отечественный аналог)

Список ранее опубликованных глав

      1. Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители
      2. Инвертирующий усилитель
      3. Неинвертирующий усилитель
      4. Инвертирующий сумматор
      5. Дифференциальный усилитель
      6. Интегратор
      7. Дифференциатор
      8. Трансимпедансный усилитель
      9. Однополярная схема измерения тока
      10. Биполярная схема измерения тока
      11. Однополярная схема измерения тока с широким рабочим диапазоном (3 декады)
      12. ШИМ-генератор на ОУ
      13. Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
      14. Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
      15. Активный полосовой фильтр
      16. Однополупериодный инвертирующий выпрямитель
      17. Выпрямитель на ОУ
      18. Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием
      19. Ограничитель скорости изменения напряжения
      20. Схема формирования дифференциального сигнала
      21. Схема инвертирующего усилителя со смещением инвертирующего входа
      22. Схема неинвертирующего усилителя со смещением инвертирующего входа
      23. Схема неинвертирующего усилителя со смещением неинвертирующего входа
      24. Схема инвертирующего усилителя со смещением неинвертирующего входа

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

LM358 DataSheet на русском, описание и схема включения

Микросхема LM358 как написано в его DataSheet является универсальным решением, так как схема включения большинства популярных устройств весьма проста, в случаях отсутствия жестких требований к высокому быстродействию, рассеиваемой мощности и нестандартному питающему напряжению. Небольшая стоимость, отсутствие необходимости подключения дополнительных элементов частотной коррекции, возможность использования во всем диапазоне стандартных питающих напряжений (до +32В) и низкий потребляемый ток, делают его кандидатом номер один для электронных проектов с ОУ.

LM358 цоколевка

LM358 состоит из двух ОУ, каждый имеет по 4 вывода, имеющих свое назначение. Всего получается 8 контактов. Производятся в нескольких видах корпусного исполнения, для объемного DIP и поверхностного монтажа на плату SO. Так же могут встречается в усовершенствованных корпусах SOIC, VSSOP, TSSOP.

Назначение контактов для всех видов корпусов совпадает: 2,3, 5,6, — входы, 1,7 – выходы, 4 – минус источника питания, 8 – плюс источника питания.

Технические характеристики

Ниже указаны предельные допустимые значения условий эксплуатации для диапазона рабочих температур окружающей среды TA от 0 до +70 °C, если не указано иное.

Основные электрические характеристики, при температуре окружающей среды TA = 25 °C.

Рекомендуемые условия эксплуатации в диапазоне рабочих температур окружающей среды, если не указано иное:

Подверженность устройства повреждению от электростатического разряда (ESD):

Также у данного устройства есть тепловые характеристики:

Схемы подключения

Ниже приведем несколько простых схем включения lm358 которые могут вам пригодится. Все они являются ознакомительными, так что обязательно проверяйте все перед внедрением в производственной сфере.

Схема в мощном неинвертирующим усилителе.

Преобразователь напряжения — ток.

Схема с дифференциальным усилителем.

Неинвертирующий усилитель средней мощности.

Аналоги

Аналогами LM358 можно считать микросхемы в которых указываются идентичные характеристики. К таким относятся: LM158, LM258, LM2904, LM2409. Эти микросхемы незначительно отличаются от описываемой своими тепловыми параметрами и подойдут в качестве замены для большинства проектов.

Для ее замены можно использовать: GL 358, NE 532, OP 04, OP 221, OP 290, OP 295, OPA 2237, TA7 5358-P, UPC 358C, AN 6561, CA 358E, HA 17904. Отечественные аналоги lm358: КР 1401УД5, КР 1053УД2, КР 1040УД1.

Для замены также может подойти аналог по электрическим параметрам, но уже c четырьмя ОУ в одной микросхеме — LM324.

Маркировка

Префикс LM сначала использовался при маркировке общего назначения компанией National Semiconductor. Цифры “358” это ее серийный номер. В 2011 году эта компания была приобретена другим производителем электроники Texas Instruments. С этого года префикс “LM” является кодом производителя Texas Instruments, но несмотря на это, этот код используют и другие производители при маркировке своей продукции. Микросхемы LM358, LM358-N и LM358-P имеют одинаковые технические параметры. У большинства компаний-производителей символами “-N” , “-P” обозначаются пластиковые корпуса PDIP.

В технических описания встречается такие виды: LM358A, LM358B, LM358BA. Так указывается версии следующего поколения промышленного стандарта LM358. Устройства «B» могут быть доступны в более современных микрокорпусах TSOT и WSON.

Применение

Lm358 широко используется в:

  • устройствах типа «мигающий маяк»;
  • блоках питания и зарядных устройствах;
  • схемах управления двигателем;
  • материнских платах;
  • сплит системах внутреннего и наружного применения;
  • бытовой технике: посудомоечные, стиральные машины, холодильные установки;
  • различных видах инверторов;
  • источниках бесперебойного питания;
  • контроллерах и др.

Возможности применения микросхемы производители обычно указывают в технических описаниях на свои устройства.

DataSheet на LM358

Texas Instrument; STMicroelectronics.

shematok.ru

Типовые схемы включения

Пришлось просмотреть несколько спецификаций от разных фабрик, чтобы найти самый полноценный. Большинство короткие и малоинформативные.   Чтобы было максимально понятно, как работают схемы включения LM358 и LM358N, ознакомитесь с типовым включением.

Светодиодный драйвер для светодиода

LM358 схема включения: неинвертирующий усилитель

Коэффициент усиления этой схемы равен (1+R2/R1).
Зная сопротивления резисторов и входное напряжение можно посчитать выходное:
Uвых=Uвх*(1+R2/R1).
При следующих значениях резисторов коэффициент усиления будет равен 101.

Индикатор напряжения на двухцветном светодиоде

Еще одна популярная схема индикации, это схема с использованием двухцветного светодиода для отображения степени заряда батареи или же сигнализации о включении или выключении лампы в другом помещении. Это может быть очень удобно, например, если выключатель света в подвале расположен до лестницы ведущей вниз (кстати, не забудьте прочитать интересную статью о том как сделать подсветку лестницы светодиодной лентой). До того как спуститься туда, вы зажигаете свет, и индикатор загорается красным, в выключенном состоянии вы видите зеленое свечение на клавише. В этом случае вам не придется заходить в темную комнату и уже там нащупывать выключатель. Когда вы покинули подвал, вы по цвету светодиода знаете, горит свет в подвале или нет. Одновременно с этим, вы контролируете исправность лампочки, потому что в случае ее перегорания, красным светодиод светиться не будет. Вот схема индикатора напряжения на двухцветном светодиоде.

В заключении можно сказать, что это лишь основные возможные схемы использования светодиодов для индикации напряжения. Все они несложные, и в своей реализации под силу даже дилетанту. В них не использовалось никаких дорогостоящих интегральных микросхем и тому подобное. Рекомендуем обзавестись таким устройством всем любителям и профессионалам электрикам, чтобы никогда не подвергать свое здоровье опасности, приступая к ремонтным работам, не проверив наличие напряжения.

5.

4 Тепловые характеристики
Тепловые характеристики LMx58, LMx58x, LM2904V, LM2904 LMx58, LMx58x, LM2904V LMx58, LMx58x, LM2904V Ед. Изм.
D (SOIC) DGK (VSSOP) P (PDIP) PS (SO) PW (TSSOP) FK (LCCC) JG (CDIP)
8 PINS 8 PINS 8 PINS 8 PINS 8 PINS 20 PINS 8 PINS
RθJA Тепловое сопротивление кристалл-окружающая среда 97 172 85 95 149 °C/Вт
RθJC(top) Тепловое сопротивление кристалл – корпус 72.2 5.61 14.5

LM358 схема включения: преобразователь напряжение — ток


Выходной ток этой схемы будет прямо пропорционален входному напряжению и обратно пропорционален значению сопротивления R1.
I=Uвх/R, [А]=[В]/[Ом].
Для сопротивления резистора R1 равного 1 Ом, каждый Вольт входного напряжения будет давать, один Ампер выходного напряжения.

DataSheet на LM358

Texas Instrument;
STMicroelectronics.

Схемы компаратора | 2 важных типа | инвертирование

Схема компаратора

Первоначальный загрузчик изображения обложки был –  Зефирис at Английский Википедия., Микросхемы, CC BY-SA 3.0

Contents [show]

Что такое схема компаратора?

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

Что делает схема компаратора?

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

Схема компаратора | схема компаратора операционного усилителя

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

Схема компаратора

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

Как работает схема компаратора?

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

  • Если напряжение на неинвертирующем выводе выше, чем напряжение на инвертирующем выводе, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
  • Если напряжение инвертирующего терминала выше, чем напряжение на неинвертирующем терминале, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.

Схема компаратора напряжения на ОУ 741

Операционный усилитель 741 – это интегральная схема, содержащая операционный усилитель. Компаратор напряжения может быть создан с использованием операционного усилителя 741. На рисунке ниже представлена ​​принципиальная схема неинвертирующего компаратора напряжения с использованием операционного усилителя 741.

Компаратор на ОУ 741

блок-схема компаратора

Работу компаратора можно представить с помощью блок-схем. На следующем изображении представлена ​​блок-схема компаратора.

Блок-схема компаратора

реле цепи компаратора

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

схема компаратора использует

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

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

нечеткая цепь компаратора

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

Как сделать компаратор?

Компаратор – это особенное и простое в изготовлении электрическое устройство. Чтобы построить компаратор, нам понадобится операционный усилитель и напряжения питания. Сначала на операционный усилитель подается положительное и отрицательное напряжение насыщения. Выход будет изменяться в этом диапазоне напряжений. Затем вводятся их инвертирующие и неинвертирующие клеммы. Опорное напряжение предусмотрено в неинвертирующем терминале, и входное напряжение обеспечиваются в инвертирующем терминале. С этой схемой не связана система обратной связи.

Схема компаратора напряжения

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

Принципиальная схема фазового компаратора

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

микросхемы компаратора

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

Типичный компаратор IC

Схема компаратора lM358

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

LM358 Компаратор IC

внутренняя цепь компаратора

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

Схема компаратора | Схема транзисторного компаратора

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

Схема компаратора триггера Шмитта

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

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

Схема компаратора таймера 555

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

схема компаратора с использованием lm324

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

Номер контактаОписание
1Выход первого компаратора
2Инвертирующий вход первого компаратора
3Неинвертирующий вход первого компаратора
4Напряжение питания 5В
5Неинвертирующий вход второго компаратора
6Инвертирующий вход второго компаратора
7Выход второго компаратора
8Выход третьего компаратора
9Инвертирующий вход третьего компаратора
10Неинвертирующий вход третьего компаратора
11Контакт заземления (GND)
12Неинвертирующий вход четвертого компаратора
13Инвертирующий вход четвертого компаратора
14Выход четвертого компаратора

Принципиальная схема компаратора LM324 изображена на схеме ниже.

схема компаратора lm139

lm139 – еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и дополнительной МОП-логикой. IC имеет задержку распространения 0.7 микросекунды.

На изображении ниже изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm139.

схема компаратора lm319

lm319 – еще одна микросхема компаратора с 14 контактами. Он имеет два отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы в широком диапазоне напряжений питания. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой и комплементарной МОП-логикой, RTL, DTL. IC имеет задержку распространения 0.025 микросекунды.

Схема компаратора напряжения lm311

lm311 – еще одна микросхема компаратора с восемью контактами. Имеет единственный компаратор. Микросхема имеет время отклика минимум 0.200 наносекунды и типичное усиление напряжения 200.

На изображении ниже изображена внутренняя принципиальная схема компаратора lm311.

LM 311 Компараторы

схема компаратора lm339

lm339 – еще одна микросхема компаратора. Он имеет четыре отдельных прецизионных компаратора. Микросхема предназначена для работы от одного источника питания и для широкого диапазона напряжений. Он специально разработан для прямого взаимодействия с транзисторно-транзисторной логикой, дополнительной МОП-логикой и DTL, ECL, MOS-логикой. IC имеет задержку распространения 0.7 микросекунды.

пример схемы компаратора операционного усилителя

Компараторные схемы операционного усилителя используются в различных приложениях. Например, чтобы убедиться, что входное значение достигло пика или определенного значения или нет, или для квантования в АЦП, также в оконных детекторах, детекторах перехода через ноль и т. Д.

Схема компаратора окна напряжения

Оконный компаратор относится к схеме, которая работает только в определенном кадре, окне или напряжении. Компаратор напряжения сравнивает два сигнала и выдает выходной сигнал. Для схемы компаратора окна, есть то, что называется сэндвич эффект: если входное напряжение идет выше, чем опорное напряжение низкого уровня. Контур включен, и если входное напряжение становится выше, чем опорное напряжение высокого уровня, то схема выключена.

Компоненты, необходимые для компаратора окна напряжения:

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

Схема компаратора окна напряжения представлена ​​на рисунке ниже.

схема компаратора с фиксацией

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

схема компаратора операционного усилителя с гистерезисом

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

схема рекуперативного компаратора

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

схема компаратора температуры

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

Часто задаваемые вопросы

1. как работает схема компаратора?

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

  • Если напряжение на неинвертирующем выводе выше, чем напряжение на инвертирующем выводе, выход переключается на положительное напряжение насыщения операционного усилителя.
  • Если напряжение инвертирующего терминала выше, чем напряжение на неинвертирующем терминале, выход переключается на отрицательное напряжение насыщения операционного усилителя.

2. Типы схем компаратора

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

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

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

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

4. В схеме компаратора ОУ, почему используется опорное напряжение

Ответ: Сравнение производится между двумя или более количествами. Чтобы указать, что более важно, нам нужна ссылка, чтобы решить. Нам нужно определить, какое напряжение более важно для компаратора. Поэтому опорное напряжение используется, чтобы принять решение.

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

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

Дополнительные статьи по электронике нажмите сюда

О судипте Рой

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

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

Компаратор с гистерезисом на lm358

Подадим на неинвертирующий вход усилителя опорное напряжение в 1.5 вольта, а на инвертирующий вход синусоидальный сигнал амплитудой 1 вольт и постоянной составляющей 1.5 вольта.

Vcc – 1.5= 5 – 1.5 = 3.5 В

То есть пока входной сигнал меньше опорного — на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения. Как только входной сигнал превысит опорный – выходное напряжение операционного усилителя станет равно нулю.

Описанная схема представляет собой инвертирующий компаратор. Если мы поменяем источники напряжения местами, то получим неинвертирующий компаратор. Попробуй самостоятельно разобраться, как при этом поведет себя схема.

Электрическая схема инвертирующего триггера Шмитта представлена ниже.

Благодаря такому поведению схемы, зашумленный сигнал не будет вызывать колебаний на выходе усилителя.

Как и простейшая схема компаратора, триггер Шмитта имеет «неинвертирующую версию», но здесь мы на ней останавливаться уже не будем.

О расчете такой схемы и примерах ее использования в следующей статье….

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments)

Перед вами – глава из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах каталога компании КОМПЭЛ. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей. Если же знаний недостаточно, следует вначале ознакомиться с учебными курсами TI Precision Labs (TIPL). Авторы обещают обновлять и дополнять статьи цикла.

Мы публикуем главы Поваренной книги на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.

Компаратор с гистерезисом и без гистерезиса

Исходные данные для расчета представлены в таблицах 74 и 75.

Таблица 74. Исходные данные для расчета компаратора

ВходВыходПитание
ViMinViMaxVoMinVoMaxVccVeeVref
0 В5 В0 В5 В5 В0 В5 В

Таблица 75. Пороговые значения

Нижний порог переключения VLВерхний порог переключения VHVH – VL
2,3 В2,7 В0,4 В

Описание схемы

Компараторы используются, чтобы сравнить два входных сигнала и сформировать выходной сигнал в зависимости от того, какой из входных сигналов больше (рисунок 84). Шум или дребезг входных сигналов могут привести к множественным переключениям компаратора. Для борьбы с такими переключениями используется гистерезис, устанавливающий верхнюю и нижнюю границу переключения.

Рис. 84. Схемы компараторов с гистерезисом (слева) и без гистерезиса (справа)

Рекомендуем обратить внимание:

  • следует использовать компаратор с минимальным собственным током потребления;
  • точность задания пороговых значений гистерезиса определяется точностью номиналов резисторов;
  • задержка срабатывания определяется параметрами используемого компаратора.

Порядок расчета компаратора с гистерезисом

  • Выбираем значение резистора R1 = 100 кОм. Значения пороговых напряжений были определены в таблице исходных данных (таблица 74): VL = 2,3 В, VH = 2,7 В.
  • Рассчитаем R2 по формуле 1:
  • Рассчитаем R3 по формуле 2:
  • Проверяем полученное значение гистерезиса, согласно формуле 3:

Порядок расчета компаратора без гистерезиса

  1. Выбираем пороговое значение Vth = 2,5 В.
  2. Выбираем значение резистора R4 = 100 кОм.
  3. Рассчитываем R5 по формуле 4:

Моделирование схемы

Временные диаграммы работы схемы представлены на рисунках 85 и 86.

Рис. 85. Временные диаграммы работы схемы: шум присутствует только в начальный короткий интервал времени 0…120 мкс

Рис. 86. Увеличенная осциллограмма напряжений: интервал 40…110 мкс

Рекомендации

Параметры компаратора, используемого в расчете, приведены в таблице 76.

Таблица 76. Параметры компаратора, используемого в расчете

2,7…5,5 В
VinCMVee – 200 мВ…Vсс + 200 мВ
VoutVee + 230 мВ…Vcc – 210 мВ (при 4 мА)
Vos1 мВ
Iq40 мкА
Ib1 пА
UGBW
SR
Число каналов1, 2

Список ранее опубликованных глав

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

Подадим на неинвертирующий вход усилителя опорное напряжение в 1.5 вольта, а на инвертирующий вход синусоидальный сигнал амплитудой 1 вольт и постоянной составляющей 1.5 вольта.

Vcc – 1.5= 5 – 1.5 = 3.5 В

То есть пока входной сигнал меньше опорного — на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения. Как только входной сигнал превысит опорный – выходное напряжение операционного усилителя станет равно нулю.

Описанная схема представляет собой инвертирующий компаратор. Если мы поменяем источники напряжения местами, то получим неинвертирующий компаратор. Попробуй самостоятельно разобраться, как при этом поведет себя схема.

Электрическая схема инвертирующего триггера Шмитта представлена ниже.

Благодаря такому поведению схемы, зашумленный сигнал не будет вызывать колебаний на выходе усилителя.

Как и простейшая схема компаратора, триггер Шмитта имеет «неинвертирующую версию», но здесь мы на ней останавливаться уже не будем.

О расчете такой схемы и примерах ее использования в следующей статье….

«>

Компаратор с гистерезисом на LM358 в автомобиль.

Компаратор с гистерезисом на LM358 в автомобиль.

Схема и печатаная плата компаратора с гистерезисом на ОУ LM358 для авто с регурировкой в DipTrace.

Знакомый попросил сделать автоматическое отключение видео-регистратора или радар-детектора в автомобиле. Основная проблема в том, что он не хотел тянуть провод для определения включения зажигания. В лампе подсветки над лобовым стеклом присутствует питание постоянно. Он сам нашел даже схему на attiny, а я решил что хоть на мк это и просто, но не интересно 🙂

Выбор пал на ОУ LM358, так как валялись без дела и достаточно распространенный ОУ.

Схема включения самая обычная, но я в нее добавил, для более точной настройки пару потенциометров.

C1, C2 я установил для сглаживания питания.

Стабилитрон D3 на 6.8В (какой был, можно меньше). Чем больше R3 тем меньше будет потребление платки, но стабилитрон может перестать работать, нужно смотреть характеристики стабилитрона.

Так как включать устройство мне нужно примерно около 13В, то цепочка R7, R6, R9 должна обеспечивать возможность регулировки срабатывания компаратора. 6.8В это примерно половина от 13В.

Формула делителя напряжения U(вых) = U(вх) * R2 / (R1 + R2) = 13В * 11000 / 21000 = около 6.8В.

С3, С4 должны помочь сгладить скачки и не дать переключится компаратору от кратковременных скачков напряжения.

R4, R8, R5 обратная связь, обеспечивающая гистерезис. Формулу расчета с картинками легко найти в интернете. Я подобрал опытным путем номиналы R4 = 10k, R5 = 220k, и для регулировки гистерезиса установил R8 на 100k.

Так как в авто все вокруг это масса, то решение было принято рвать + цепь с помощью P-канального полевого транзистора. Я установил IRF9540N. На плате есть два вывода питания, на всякий случай. К одному из них я припаял понижающий преобразователь на 5В для питания видео-регистратора.

На коленке все работает, в авто пока не проверял.

https://www.instagram.com/p/CKn_b_SlJNC

При копировании материалов ссылка на https://terraideas.ru/ обязательна

Аналоговый компаратор. Триггер Шмитта – chipenable.ru

   Аналоговый компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения двух сигналов. Простейшая схема компаратора может быть построена на операционном усилителе без обратной связи. На один из входов операционного усилителя подается известное опорное напряжение, на другой –  сравниваемый аналоговый сигнал, например сигнал с датчика.  



   Разберем, как работает эта схема. 

Поведение операционного усилителя без обратной связи описывается уравнением:

 

Uout = (Uin1 – Uin2)*G

 

   где Uout – напряжение на выходе операционного усилителя, Uin1 – напряжение на неинвертирующем входе, Uin2 – напряжение на инвертирующем входе, G – коэффициент усиления с разомкнутой петлей обратной связи.

 

   В инженерных расчетах коэффициент усиления идеального операционного усилителя (G) обычно принимается равным бесконечности. Мы возьмем реальный операционный усилитель – LM358. Его коэффициент усиления равен приблизительно 100000.

   Подадим на неинвертирующий вход усилителя опорное напряжение в 1.5 вольта, а на инвертирующий вход синусоидальный сигнал амплитудой 1 вольт и постоянной составляющей 1.5 вольта.   

 

 По приведенной выше формуле рассчитаем выходное напряжение операционного усилителя для двух случаев.

 

1) Uin2 < Uin1 на 1 мВ

  Uout = (Uin1 – Uin2)* G = 1 мВ * 100000 = 100 В 

 

2) Uin2 > Uin1 на 1 мВ

  Uout = (Uin1 – Uin2)* G = -1 мВ * 100000 = -100 В

 

   Это в теории, на практике выходное напряжение операционного усилителя естественно не может выйти за пределы питающих напряжений. Реальное выходное напряжение операционного усилителя в этих случаях будет равно его положительному +Usat или отрицательному напряжению насыщения –Usat (saturation – насыщение). 

   У большинства операционных усилителей, включая и LM358, положительное и отрицательное  напряжение насыщения при однополярном питании равно  Vcc – (1..2) и 0 Вольт соответственно, где Vcc – это напряжение питания. Также существуют операционные усилители, у которых выходное напряжение насыщения практически равно напряжению питания (rail-to-rail усилители).  Да, и не забудь, что на выходное напряжение усилителя оказывает влияние нагрузка. Низкоомная нагрузка на выходе усилителя будет уменьшать его выходное напряжение.

 

С учетом выше сказанного:

 

1) Uout = ~Vcc  – 1.5= 5 – 1.5 = 3.5 В

2)Uout = ~0 В

 

   То есть пока входной сигнал меньше опорного – на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения. Как только входной сигнал превысит опорный – выходное напряжение операционного усилителя станет равно нулю. 

 

   Описанная схема представляет собой инвертирующий компаратор. Если мы поменяем источники напряжения местами, то получим неинвертирующий компаратор. Попробуй самостоятельно разобраться, как при этом поведет себя схема.  

 

   Компаратор можно использовать для обработки сигналов датчиков. Например, на компараторе можно построить простой датчик освещенности. 

 

 

 

   К сожалению, такая схема компаратора обладает существенным недостатком. При подаче на вход усилителя зашумленного сигнала, на выходе будут наблюдаться многократные переключения напряжения. Если выход операционного усилителя управляет электромагнитным реле, такое поведение схемы вызовет подгорание контактов реле.  


   Для устранения этих колебаний в схему добавляют управляемую положительную обратную связь.

 

   Триггер Шмитта – это компаратор с положительной обратной связью. В этой схеме часть выходного сигнала операционного усилителя подается на неинвертирующий вход и задает пороги переключения схемы. 

 

Электрическая схема инвертирующего триггера Шмитта представлена ниже. 

 

Разберемся, как она работает. 

   Операционный усилитель у нас запитан от двуполярного 5-ти вольтового источника питания.  На инвертирующий вход Uin2 подается синусоидальный сигнал амплитудой +-2 В. Резисторы R1 и R2 имеют номиналы 25 кОм и 10 кОм соответственно. 

   Напряжение на неинвертирующем входе снимается с делителя напряжения подключенного к выходу операционного усилителя и  мы можем рассчитать его значение для положительного и отрицательного напряжения насыщения.

 

1) Uin1 = +Usat*R2/(R1+R2) = 3.5*10/35 = 1 В

 

2) Uin1 = -Usat*R2/(R1+R2) = -3.5*10/35 = -1 В

 

   Когда на выходе усилителя положительное напряжение насыщения – на неинвертирующем входе напряжение 1 В. Допустим, входной сигнал медленно нарастает от нуля. Пока напряжение сигнала меньше напряжения на неинвертирующем входе – ничего не происходит. Как только сигнал превысит порог в  1 вольт, выходное напряжение операционного усилителя «переключится» и станет равным отрицательному напряжению  насыщения. Это изменит напряжение на неинвертирующем входе, оно станет равным (-1) вольт. 

    Входной сигнал будет нарастать до своего максимум, а потом пойдет на спад. Когда его амплитуда станет меньше 1 вольта, на выходе усилителя будет по-прежнему отрицательное напряжение насыщения. И только когда входной сигнал пересечет порог (-1) вольт, выходное напряжение снова «переключится» и станет равным положительному напряжению насыщения. Естественно это повлечет за собой изменение порогового напряжения.. 

     На графике ниже ты можешь видеть, как меняется выходной сигнал операционного усилителя в зависимости от входного.

 

 

   Благодаря такому поведению схемы, зашумленный сигнал не будет вызывать колебаний на выходе усилителя.

 

  Триггер Шмитта демонстрирует такое свойство систем, как гистерезис. Которое заключается в том, что реакция системы на текущее воздействие зависит от воздействия, действующего на нее ранее. То есть поведение системы зависит от ее истории. 

   Если выразить поведение схемы в виде графика зависимости выходного напряжения от входного, то мы получим так называемую петлю гистерезиса.

 

 

 

Где Uht – верхний порог триггера Шмитта, Ult- нижний порог  

 

Uht = +Usat*R2/(R2+R1)

Uht = -Usat*R2/(R2+R1)

 

 

 Еще одно свойство триггера Шмитта, возникающее вследствие положительной обратной связи – это увеличение скорость переключения выходного напряжения, по сравнению с простым компаратором. Как только выходное напряжение операционного усилителя начинает меняться, положительная обратная связь увеличивает разностное напряжение  (Uin1 – Uin2) и еще больше изменяет выходное напряжение, что в свою очередь еще больше увеличивает разностное. 

 

   Как и простейшая схема компаратора, триггер Шмитта имеет «неинвертирующую версию», но здесь мы на ней останавливаться уже не будем.

   Теперь о недостатках схемы.

   Пороговые значения триггера Шмитта задаются с помощью делителя напряжения, и они симметричны относительно «нуля питания». Именно поэтому в схеме используется двуполярный источник питания. Хотелось бы иметь возможность запитывать схему от однополярного источника и задавать несимметричные пороговые напряжения.  

   О расчете такой схемы и примерах ее использования в следующей статье….

Конфигурация выводов микросхемы LM358, работа, примеры схем LM358

(Последнее обновление: 2 апреля 2021 г.)

Описание:

LM358 содержит два независимых операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления, маломощный двухканальный операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией. Для работы обоих операционных усилителей в LM358 потребуется один источник питания. Мы также можем использовать раздельный блок питания. Устройство имеет низкое напряжение питания.

LM358 IC также может использоваться как стандартный операционный усилитель преобразователя, и он подходит для наших нужд.Он может работать с напряжением от 3 В до 32 В постоянного тока и током до 20 мА на канал. Он состоит из 8 контактов, на которых расположены два операционных усилителя.

В этой ИС у нас есть два операционных усилителя, которые мы можем использовать в качестве компаратора. LM- Низкое энергопотребление также делает LM358 хорошим выбором для работы от батареи. Обычно мы получаем сигнал от датчика, обычно это небольшой рейтинг. Мы ничего не можем сделать с этим рейтингом, например, мы получаем 0,3В от датчика. Используя 0,3 В, мы не можем включить / выключить светодиод или реле.Микросхема LM-358 получает сигнал от датчика и сравнивает его с опорным напряжением. Затем эта ИС решит, больше или меньше напряжение, чем опорное напряжение, выдав высокий или низкий уровень на выходе.

LM358 – универсальное применение, его можно использовать в качестве компаратора для сравнения различных сигналов, усиления сигналов от различных преобразователей или датчиков до блоков усиления постоянного тока или любой функции операционного усилителя.

Ссылки для покупок на Amazon:

LM358:

Прочие инструменты и компоненты:

Супер стартовый набор для начинающих

Цифровые осциллографы

Переменное питание

Цифровой мультиметр

Наборы паяльников

Малые переносные сверлильные станки для печатных плат

* Обратите внимание: это партнерские ссылки.Я могу получить комиссию, если вы купите компоненты по этим ссылкам. Буду признателен за вашу поддержку!

Конфигурация выводов LM358: .
Номер контакта Имя контакта Описание
1 ВЫХОД 1 Этот вывод является выходом первого операционного усилителя
2 ВХОД 1 – Этот вывод является инвертирующим входом первого операционного усилителя
3 ВХОД 1 + Этот вывод является неинвертирующим входом первого операционного усилителя
4 GND или Это заземление или отрицательный вывод на операционный усилитель
5 ВХОД 2 + Этот вывод является неинвертирующим входом второго операционного усилителя
6 ВХОД 2 – Этот вывод является инвертирующим входом второго операционного усилителя
7 ВЫХОД 2 Этот вывод является выходом второго операционного усилителя
8 Этот вывод является источником положительного напряжения для обоих операционных усилителей

Операционный усилитель:

Операционный усилитель , или для краткости операционный усилитель, по сути, представляет собой устройство усиления напряжения с высоким коэффициентом усиления, связанное по постоянному току, они идеально разработаны для преобразования сигналов, усиления постоянного тока, фильтрации и для использования с внешними компонентами обратной связи, такими как конденсаторы и резисторы между ними. его выходные и входные клеммы.

Операционный усилитель выполняет разные функции в зависимости от его конфигурации обратной связи, резистивной, емкостной или того и другого, на основе этого можно использовать дифференциальный усилитель, интегратор или сумматор.

Неинвертирующий вход:

Неинвертирующий вход операционного усилителя отмечен знаком «+» на принципиальной схеме в LM-358, неинвертирующий вход имеет контакт номер 3. Было обнаружено, что положительное напряжение, приложенное к неинвертирующему входу, затем оно не изменится, и на выходе возникнет положительное колебание.Если изменяющаяся форма волны, такая как синусоида, применяется к неинвертирующему входу, например к контакту 3 в LM-358, то на выходе она будет отображаться в том же смысле. Он не был перевернут.

Инвертирующий вход:

Инвертирующий вход операционного усилителя отмечен знаком «-» на принципиальной схеме в LM-358, инвертирующий вход имеет номер пина 2.

Отрицательное колебание напряжения возникает, когда на инвертирующий вход подается положительное положительное напряжение.Таким образом, на инвертирующий вход был подан синус, на выходе он будет инвертирован.

LM358 Рейтинг:

Если рейтинг LM-358 превышает эти значения, он будет поврежден, он будет работать с рейтингом, указанным ниже:

  • Интегрирован с двумя операционными усилителями в одном корпусе
  • Широкий диапазон источников питания
  • Одиночное питание – от 3 В до 32 В
  • Двойное питание – от ± 1,5 В до ± 16 В
  • Диапазон входного дифференциального напряжения ± 32
  • Низкий ток потребления – 700 мкА
  • Диапазон входного синфазного напряжения -0.3 по 32
  • Однополярное питание для двух операционных усилителей обеспечивает надежную работу
  • Температура перехода 150 ° C
  • Рабочая температура окружающей среды – от 0 ° C до 70 ° C
  • Диапазон температур хранения – от 65 ° C до 150 ° C
  • Температура паяльника – 260 ˚C (в течение 10 секунд – предписано)
  • Выходы с защитой от короткого замыкания
  • Доступные пакеты: TO-99, CDIP, DSBGA, SOIC, PDIP, DSBGA

Преимущества LM358:

LM-358 имеет различные преимущества, некоторые из которых приведены ниже.

  • Нет необходимости в отдельном питании ОУ
  • LM-358 совместим со всеми формами логики.
  • Два операционных усилителя с внутренней компенсацией, мы можем использовать оба операционных усилителя одновременно, или, если нам нужен только один операционный усилитель, мы можем использовать его.
  • Потребляемая мощность, подходящая для работы от аккумулятора.
  • Устраняет необходимость в двойных расходных материалах
  • Обеспечивает прямое обнаружение вблизи GND и VOUT
  • Блок усиления постоянного тока, благодаря которому он имеет минимальные помехи для радиочастотных сигналов
  • Общее преобразование сигнала, поскольку его можно использовать в качестве компаратора, он сравнивает два сигнала
  • Преобразователи-усилители, которые могут преобразовывать звуковые сигналы в электрические
  • Общее усиление сигнала Он усиливает сигнал
  • Активные фильтры, поскольку они удаляют шум из сигнала
  • Схемы операционных усилителей.
  • Измерительные преобразователи с токовой петлей от 4 до 20 мА.
  • Схемы обычных операционных усилителей
  • Его можно использовать как интегратор, сумматор, дифференциатор, сумматор, повторитель напряжения и т. Д.
  • Источники питания и мобильные зарядные устройства
  • Управление двигателем: индукционный переменный ток, бесщеточный постоянный ток, щеточный постоянный ток высокого напряжения, низкого напряжения, постоянный магнит и шаговый двигатель
  • Настольный ПК и материнская плата содержат LM-358
  • Кондиционеры внутренние и наружные
  • Стиральные, сушильные машины и холодильники

Номера для замены / эквивалента / других деталей:

LM2904, LM258, LM324 также можно использовать в качестве замены LM 358, если пространство не является проблемой.

Операционные усилители с однополярным и двойным питанием:

Эти сдвоенные операционные усилители отличаются низким энергопотреблением, диапазон входного синфазного напряжения означает, что они усиливают сигнал, который появляется на общей линии, идущей на землю / VEE, а также в режиме однополярного или раздельного питания. Серия LM358 содержит два операционных усилителя, что эквивалентно половине LM324, которая содержит четыре операционных усилителя.

Характеристики
  • Работа с одинарным и раздельным питанием
  • Выходы с защитой от короткого замыкания
  • с внутренней компенсацией
  • Истинный дифференциальный входной каскад
  • Низкие входные токи смещения
  • Работа LM-358 с однополярным питанием 3.От 0 В до 32 В
  • Диапазон синфазного режима расширяется до отрицательного напряжения

Принцип

Если мы хотим использовать его в качестве компаратора, мы можем дать напряжение от 3 до 32 В. Если мы хотим использовать LM-358 в качестве операционного усилителя, мы дадим напряжение от ± 1,6 В до ± 16 В. Контакт 8 является входом основного источника питания. LM-358 содержит два операционных усилителя, вход первого усилителя – контакт 2 и контакт 3, а выход – контакт 1, если мы хотим использовать второй усилитель, вход для этого усилителя находится на контакте 5 и 6, а выход на выводе 7.

Если мы хотим сравнить два сигнала, то мы подадим один сигнал на вывод 2, а другой – на вывод 3. Напряжение на выводе 2 будет сравниваться с напряжением на выводе 3, а напряжение на выводе 6 будет сравниваться с напряжением на выводе контакт 5, соответствующий двум независимым выходам: 1OUT и 2OUT.

Когда вход на неинвертирующем (+) контакте 2 больше, чем вход на инвертирующем входе (-), контакт 3, аналогично Когда вход на неинвертирующем (+) контакте 5 больше, чем вход на инвертирующем входе (-) контакт 6 выход обоих операционных усилителей будет высоким.

Когда вход на неинвертирующем (+) контакте 2 меньше, чем вход на инвертирующем входе (-), контакт 3, аналогично Когда вход на неинвертирующем (+) контакте 5 меньше, чем вход на инвертирующем входе (-) контакт 6 выход обоих операционных усилителей будет низким.

Подтягивающий резистор на выходе LM358 не требуется.

LM358 Базовые проекты:

Инфракрасный датчик приближения с LM358:

Используемых компонентов:

  • LM358
  • Резистор 10 кОм
  • Резистор 220 Ом
  • ИК-передатчик LED
  • ИК-приемник LED
  • Цветной светодиод
  • Аккумулятор 5V
  • Переменный резистор 10 кОм

ИК-светодиод :

ИК-светодиод – это твердотельное устройство молнии, которое при включении испускает электромагнитное излучение в той или иной форме.ИК-светодиоды излучают свет дольше, чем видимый свет. Из нашего домашнего опыта мы знаем светодиоды, излучающие видимый свет. Но есть также некоторые специальные светодиоды, излучающие инфракрасные лучи. Так же, как могут быть видимы светодиоды разных цветов, инфракрасные светодиоды также излучают лучи с разной длиной волны. Инфракрасные лучи могут иметь разную длину волны и принимать любое значение, принадлежащее их диапазону волн. Таким образом, очень важно, чтобы используемый ИК-фотодиод был способен обнаруживать конкретную длину волны ИНФРАКРАСНОГО света, излучаемого ИК-светодиодом.

ИК-ФОТОДИОД :

Это диод особого типа, который генерирует ток при воздействии света. Он подключен с обратным смещением для обнаружения инфракрасных лучей. В отсутствие ИК-излучения, когда на него не падает свет, он имеет очень высокое сопротивление и через него протекает небольшой ток, известный как темновой ток. Но когда на него падают инфракрасные лучи, генерируется больше носителей заряда, и его сопротивление уменьшается, и начинает течь ток, который пропорционален интенсивности излучения, падающего на фотодиод.В датчике приближения этот механизм используется фотодиодом для генерации электрического сигнала.

Как это работает:

Принцип действия датчика приближения очень прост. ИК-светодиод и фотодиод подключены параллельно друг другу, которые будут действовать как передатчик и приемник. Фотодиод подключен с обратным смещением. Когда препятствие появляется перед излучателем лучей, который представляет собой ИК-светодиод, который излучает свет, когда этот свет отражается назад, он перехватывается фотодиодом, который действует как приемник.Отраженные лучи уменьшат сопротивление фотодиода, из-за чего будут производиться большие носители заряда и будет генерироваться электрический сигнал.

Этот сигнал на практике представляет собой напряжение на резисторе 10 кОм, который является потенциометром, мы можем регулировать это напряжение, регулируя это напряжение, расстояние также будет изменяться. Он напрямую подается на неинвертирующий конец операционного усилителя. Функция операционного усилителя заключается в сравнении двух входов, заданных ему на выводе 2 и выводе 3. Сигнал с фотодиода подается на неинвертирующий вывод (вывод 3), к которому подключен резистор 10 кОм, и пороговое напряжение. от потенциометра поступает на инвертирующий штифт (контакт 2), который регулируется.Если напряжение на неинвертирующем контакте 2 больше, значит, свет не падает на фотодиод, чем напряжение на инвертирующем контакте, выход операционного усилителя высокий, в противном случае выход низкий.

Цифровой выход может иметь вид высокого или низкого уровня. Роботы, избегающие препятствий, или робот-следящий за линией используют цифровой выходной сигнал датчика приближения, чтобы остановить движение робота или изменить его направление. Как только препятствие подходит достаточно близко, сигнал может быть напрямую подан на входные штыри двигателя через схему h-моста для управления двигателями.

Аналоговый выход – это непрерывный диапазон значений от нуля до некоторого конечного значения. Драйвер двигателя или другие переключающие устройства не могут напрямую использовать аналоговый сигнал. Сначала они должны быть обработаны микроконтроллерами и преобразованы в цифровую форму с помощью АЦП и некоторого кодирования. Эта форма вывода требует дополнительного микроконтроллера, но исключает использование операционного усилителя.

Режим работы компаратора простой:

Если Vin> Vref, то Vout = Vcc,

Опорное напряжение устанавливается на выводе 2, и если Vin

Стоит отметить, что на выходе напряжение будет примерно равно напряжению питания Vout ~ Vcc.

Учитывая это, мы подключим выход ИК-приемника к неинвертированному входу (плюс). Это означает, что мы подключаем ИК-приемник к входному контакту 2 LM-358. Изначально мы сказали, что у нас будет около 0,56 В на выходе фотодиода, если он не улавливает инфракрасное излучение.

Итак, мы должны изначально дать Vref больше, чем напряжение 0,56 В. Здесь мы будем использовать потенциометр, чтобы установить значение выше 0.56V к контакту Vref. В этом случае в состоянии 0 у нас Vin

Когда приемник улавливает излучение, он пропускает более высокий ток, ток, который обгонит Vref, и у нас будет Vin> Vref и Vout = Vcc, около 9V

Солнечный трекер с использованием LM-358:
Необходимые компоненты
НАИМЕНОВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ КОЛИЧЕСТВО
LM-358 1
BC-547 2
BC-557 2
Резистор 1 кОм 2
Резистор 10 кОм 2
Двигатель постоянного тока 1
Потенциометр 50 кОм 1
LDR 2
Аккумулятор 9-12В 1

BC547 Транзистор

В этом проекте используются два транзистора BC547.BC547 – это биполярный транзистор NPN . Обычно он используется как переключатель и усилитель. Мы использовали BC547 в качестве переключателя в этой схеме. Чем меньше ток, подаваемый на базу, он может контролировать большее количество токов на коллекторе и эмиттере.

BC557 Транзистор

BC547 – это биполярный транзистор PNP . Обычно он используется как переключатель и усилитель. Когда заземление (0) приложено к базе, тогда коллектор и эмиттер будут закрыты (смещение в прямом направлении), а когда положительное напряжение приложено к базе, то коллектор и эмиттер будут открыты (смещение в обратном направлении)

LDR (светозависимый резистор)

LDR или светозависимый резистор – это переменный резистор.Он также известен как фоторезистор. Эти LDR, светозависимый резистор или фоторезистор работают по принципу «фотопроводимости». Изменение сопротивления LDR зависит от интенсивности света, падающего на поверхность LDR. Когда свет падает на поверхность LDR, сопротивление LDR уменьшается и увеличивается проводимость элемента. Когда свет не падает на поверхность LDR, сопротивление LDR велико и снижает проводимость элемента.

Схема подключения солнечного трекера на основе LM358

LDR1 соединен последовательно с R1 (10K) , который изменяет напряжение.Точка подключения LDR1 и R1 является входом для неинвертирующего контакта LM358, , который подключен к контакту 3 микросхемы LM358, который является входом первого операционного усилителя.

Аналогичным образом LDR2 соединяется с R2 (10K) последовательно. Точка подключения LDR2 и R2 является выходом LDR2 , который подключен к контакту 5 микросхемы LM358. Контакт 5 – это неинвертирующий вход микросхемы LM358 второго операционного усилителя.

Переменный резистор 10K (RV1) , фиксированная клемма 1 подключена к Vcc , а фиксированная клемма 2 подключена к заземлению . Клемма Variable клеммы переменного резистора (RV1) подключена к контактам 2 и 6 микросхемы IC . Контакты 2 и 6 – это инвертирующие входные клеммы операционных усилителей IC 1 и соответственно.

Выходной контакт операционного усилителя 1 (контакт 1 IC) подключен к клемме базы транзистора Q1 и Q3 , а выходной контакт операционного усилителя 2 (контакт 7 IC) подключен к базе. вывод транзистора Q2 и Q4 .

Транзистор (BC547) Вывод коллектора Q1 и Q2 соединен с Vcc , а вывод коллектора транзистора (BC557) Q3 и Q4 соединен с заземлением .

Клемма эмиттера транзистора Q1 и Q3 закорочена на и подключена к клемме двигателя через точку подключения диодов D1 и D3 . Клемма эмиттера транзистора Q2 и Q4 обе закорочены и подключены к клемме двигателя через точку подключения диодов D2 и D4 .

Работа одноосной солнечной системы слежения с использованием LM358

LM358 – главный контроллер, управляющий всей системой. Здесь он работает как компаратор напряжения, выход компаратора напряжения будет высоким, когда напряжение на неинвертирующей входной клемме (+) больше, чем напряжение на инвертирующей входной клемме (-).

Когда свет не падает на поверхность LDR, его сопротивление велико, тогда все напряжение распределяется по LDR, и выход имеет низкий уровень (земля).Когда свет падает на поверхность LDR, его сопротивление низкое, тогда все напряжение распределяется через резистор, и выход имеет высокий уровень (VCC).

Переменный резистор используется для установки опорного напряжения на инвертирующей (-) клемме операционного усилителя 1 и операционного усилителя 2.

Транзисторы BC547 и BC557 образуют H-образный мост, который управляет направлением двигателя.

Когда свет падает на LDR, выходное напряжение LDR увеличивается. Таким образом, напряжение на неинвертирующем (+) выводе также увеличивается, когда это напряжение больше опорного напряжения, тогда выход операционного усилителя становится ВЫСОКИМ.

ВХОД A ВХОД B ВЫХОД
0 0 СТОП
0 1 ЧАСЫ WISE
1 0 ПРОТИВ ЧАСОВОЙ СТРЕЛКИ
1 1 СТОП

Дополнительные транзисторы симметрии BC547 и BC557 образуют H-мост, с помощью которого мы контролируем вращение двигателя.

  1. Рассмотрим случай, когда выход первого компаратора высокий, а выход второго компаратора низкий. Двигатель будет вращаться по часовой стрелке, когда включатся Q1 и Q4.
  2. Рассмотрим случай, когда выход первого компаратора низкий, а выход второго компаратора высокий. Двигатель будет вращаться против часовой стрелки при включении транзисторов Q2 и Q3.
  • Если на выходе обоих компараторов низкий уровень, транзисторы Q3 и Q4 включаются, но ток через двигатель не течет.
  1. Аналогично, если на выходе обоих компараторов высокий уровень, транзисторы Q1 и Q2 включаются, но ток через двигатель не течет.

Контроль батареи с помощью LM358:

Цепь индикатора уровня заряда батареи

с использованием двойного операционного усилителя Ic LM358 для контроля низкого, нормального и полного уровня заряда батареи 12 В.

Используемые компоненты:

Резисторы: (1/4 Вт)
R1 – 10K
R2 – 10K
R3 – 10K (потенциометр)
R4 – 10K (потенциометр)
R5 – 1.5K
R6 – 1,5K
R7 – 1K
R8 – 1,5K
R9 – 1,5K
LM358 IC
Светодиоды:
Красный
Зеленый
Желтый
100mA Fuses
12V Аккумулятор

Описание схемы:

Эта схема контролирует питание от батареи 12 В. Он покажет уровень заряда аккумулятора с указанием низкого напряжения, нормального напряжения и полного напряжения. Потенциометр регулирует положение, при котором красный / желтый и желтый / зеленый светодиоды не горят или не горят. Например, красный светодиод загорается при 11 В, а зеленый – при 12 В.Между этими значениями постоянно горит светодиодный индикатор. Этот проект также можно использовать для мониторинга 4 В, 6 В, 24 В и т. Д. С небольшими изменениями.

Фотодиод с LM358:

Используемых компонентов:
  • LM358
  • Фотодиод
  • Потенциометр 10K
  • Резистор 10 кОм
  • Транзистор BC547
  • светодиод
  • Резистор

10K соединен с фотодиодом последовательно, выход фотодиода подан на контакт номер 3 LM-358. В этом проекте, когда излучение будет падать на фотодиод, светодиод будет включаться и выключаться.Потенциометр подключен к контакту 2, который будет работать как опорное напряжение. Выходной сигнал операционного усилителя указан на базе BC547. Коллектор соединен со светодиодом, а эмиттер – с землей.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Цепи компаратора напряжения

by Lewis Loflin

На этой странице представлена ​​основная информация о компараторе напряжения. интегральных схем и должен служить справочным материалом для других схем.В Показанные схемы основаны на четырехканальном компараторе напряжения LM339 или LM393. Двойной компаратор напряжения. Эти устройства функционально идентичны. В Компаратор напряжения LM311 также может использоваться для этих приложений, а также имеет ряд уникальных особенностей.

Здесь я сосредоточусь на примерах, не представленных в моем Руководстве по примерам схем компаратора. Я хотел бы поблагодарить Роба Пейсли за его тяжелую работу и вдохновение.

Видео на YouTube: Введение в схемы компаратора

См. Мою страницу Просмотр схем оконного компаратора


Фиг.1 Внутренние соединения четвертого компаратора 1/4
LM339.
Щелкните по картинке, чтобы увеличить ее.

На рис. 1 показана внутренняя эквивалентная схема одиночного компаратора в счетверенном компараторе LM339. (См. Внутренние соединения корпуса для LM339.) Он состоит из операционного усилителя с выходным транзистором с открытым коллектором.


Рис. 2 Компаратор
на базе LM741 использует биполярный источник питания – щелкните изображение для полного размера.

На рис. 2 показано использование схемы компаратора операционного усилителя LM741.Это требует двухполюсного источника питания и создает ряд проблем. Мы можем использовать операционный усилитель LM358 с однополярным питанием. К счастью, все LM339, LM393 и LM311 являются компараторами с однополярным питанием и выходами с открытым коллектором.

Все они работают одинаково: когда напряжение на опорном входе больше входного напряжения, выход включается или выключается.


Рис. 3 Неинвертирующий компаратор.

Рис. 4 Инвертирующий компаратор.

Фиг.5 Функциональный эквивалент LM339.

LM311 отличается от LM339 и LM393 тем, что эмиттер выходного транзистора должен быть заземлен снаружи.

В случае LM358 или LM741 он выдает напряжение, в то время как открытый коллектор включается, создавая путь к земле – электронный переключатель ВКЛ-ВЫКЛ.

Еще раз повторить правило для входов компаратора с выходами с открытым коллектором:

Ток БУДЕТ течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе MINUS выше, чем напряжение на входе PLUS.

Ток НЕ БУДЕТ течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе МИНУС ниже, чем напряжение на входе ПЛЮС.


Фиг.6

Гистерезис

Гистерезис определяется как:

При медленном изменении входного сигнала могут появиться колебания на выходе, пока входной сигнал остается близким к опорному напряжению. Также сигнал низкой амплитуды на высоком импедансе может вызывают колебания из-за шумового фона.Такое нежелательное поведение можно решить с помощью гистерезис. Принцип гистерезиса состоит из двух различных входных пороговых напряжений. в зависимости от фактического состояния выхода.

Рис. 7 Триггер Шмитта на основе компаратора.

На рис. 7 показан триггер Шмитта на основе компаратора, который используется для обеспечения четкого переключения с зашумленными или нестабильными сигналами. Когда входное напряжение на TP2 меньше TP1, компаратор находится в состоянии ВЫКЛ. ТР3 подтягивается почти до 12 вольт резистором R4 3 кОм.


Рис. 8

Рис. 8 иллюстрирует, как, когда компаратор выключен, R4 и R1 образуют последовательность 30K, которая параллельна R2, смещающему TP1 (Vref) до 6,56 вольт.

Без R1 Vref было бы 6 вольт.


Рис. 9

Когда компаратор включен, TP3 переключается на землю через внутренний транзистор с открытым коллектором, где резистор R1 47 кОм теперь включен параллельно с резистором R3 10 кОм, образуя общее сопротивление 8245 Ом. Это снижает Vref на TP1 до 5.36 вольт.

Для включения компаратора требуется 6,56 В на Vin, но для выключения напряжение должно упасть до 5,36 В. Это обеспечивает коммутационный промежуток или значение гистерезиса ~ 1,2 В, что обеспечивает стабильную работу.


Рис. 9 Инвертирующий компаратор операционного усилителя LM358.
Щелкните по картинке, чтобы увеличить ее.


Рис. 10 Схема компаратора фотоэлемента включается в темноте.

Самые популярные видео и веб-страницы

Другие схемы

LM358 Компаратор: Схема инфракрасного датчика [FAQ]

I Введение

Цепи инфракрасного датчика широко используются в современной жизни.Как придешь? Благодаря своим характеристикам низкое энергопотребление, высокая надежность и небольшие взаимные помехи. Например, банк открывается и закрывается автоматически. Когда человек входит в банк, дверь открывается автоматически, а после выхода дверь закрывается. Или смеситель в ресторанах, таких как KFC. Когда мы кладем руки под кран, вода автоматически вытекает. И когда наши руки покидают кран, вода автоматически отключается. Во всех вышеперечисленных сценариях применяется технология инфракрасного датчика.

Этот блог поможет вам понять схемы инфракрасных датчиков LM358 , которые вносят удобство в нашу жизнь.

Каталог

II Структура цепи и принцип работы

Цепь инфракрасного датчика состоит из следующих цепей:

  • Цепь инфракрасного датчика. Схема инфракрасного датчика с передающей инфракрасной трубкой D1 и инфракрасной приемной трубкой D2 в качестве сердечника;
  • Схема компаратора отбора проб .Схема стробоскопического компаратора с регулируемым сопротивлением R3 и общим операционным усилителем LM358 в качестве сердечника;
  • Цепь вывода звука и дисплея . Схема вывода звука и отображения с транзистором 9012, V1, V2, зуммером Y1 и светодиодом D3 в качестве основных компонентов.

Схема инфракрасного датчика также может реализовать ситуацию, описанную ниже. Когда рука находится рядом с инфракрасной передающей трубкой и инфракрасной приемной трубкой: звучит зуммер и загорается светодиодный индикатор.Когда рука убрана, звук прекратится, и светодиодный индикатор погаснет. Исходя из этого, мы можем обнаружить, что чувствительность этой схемы очень высока. Схема инфракрасного датчика применяется во многих жизненных сценариях. И это схема, которую должны освоить разработчики схем.

III Схемотехника

Когда мы включаем в схему питание 5 В, включается инфракрасная излучающая трубка D1. Если препятствий нет, инфракрасная приемная трубка D2 не принимает инфракрасный свет. И инфракрасная приемная трубка D2 все еще находится в состоянии обратной блокировки.Напряжение отрицательного полюса инфракрасной приемной трубки D2 все еще высокое. И отправил на 3 контакта LM358. Когда инфракрасная передающая трубка D1 приближается рукой, инфракрасный свет блокируется. И он отразился на инфракрасную приемную трубку D2. После того, как инфракрасная приемная трубка D2 получает инфракрасный свет, она немедленно включается. Таким образом, напряжение отрицательного электрода инфракрасной приемной трубки D2 резко падает. И это напряжение подается на 3 контакта LM358.

3.1 Цепь инфракрасного датчика

Когда мы включаем в цепь питание 5 В, включается инфракрасная излучающая трубка D1. Если препятствий нет, инфракрасная приемная трубка D2 не принимает инфракрасный свет. И инфракрасная приемная трубка D2 все еще находится в состоянии обратной блокировки. Напряжение отрицательного полюса инфракрасной приемной трубки D2 все еще высокое. И отправил на 3 контакта LM358. Когда инфракрасная передающая трубка D1 приближается рукой, инфракрасный свет блокируется.И он отразился на инфракрасную приемную трубку D2. После того, как инфракрасная приемная трубка D2 получает инфракрасный свет, она немедленно включается. Таким образом, напряжение отрицательного электрода инфракрасной приемной трубки D2 резко падает. И это напряжение подается на 3 контакта LM358.

3.2 Схема компаратора выборки

Напряжение на контакте 2 LM358 зависит от регулируемого резистора R3. Мы можем настроить регулируемый резистор R3 на подходящее значение (напряжение около 2.5В. Таким образом, можно гарантировать, что напряжение на контакте 3 LM358 больше, чем на контакте 2 LM358. Когда V +> V-, вывод 1 LM358 будет выводить высокий уровень. И это будет отправлено на базы PNP-транзисторов V1 и V2 через токоограничивающий резистор R4, в результате чего транзисторы V1 и V2 будут отключены. Зуммер Y1 не звучит, а светодиод D3 гаснет.

Если напряжение на контакте 3 LM358 упадет до напряжения ниже, чем на контакте 2 ,, ситуация изменится. Когда V +

3.3 Результат теста

С учетом вышеупомянутой схемы и анализа схема готова к действию чувствительности. Когда рука перемещается к верхней части инфракрасного излучателя D1 и инфракрасного приемника D2, раздается звуковой сигнал и загорается светодиод. Когда рука покидает верхнюю часть D1 и D2, зуммер перестает звучать, а светодиод гаснет. Пока что эта конструкция схемы инфракрасного считывания дает желаемый эффект!

IV Способы отладки цепи инфракрасного датчика

4.1 Наблюдение

Проверьте, правильно ли установлен каждый компонент. Здесь следует обратить особое внимание на следующие моменты:

  1. Положительные и отрицательные полюса инфракрасного излучающего диода;
  2. Положительный и отрицательный полюсы инфракрасного приемного диода;
  3. Последовательность выводов LM358;
  4. Последовательность выводов транзистора 9012.

4.2 Сопротивление

Проверьте правильность подключения линии в соответствии с принципиальной схемой.Здесь можно использовать мультиметр, чтобы определить, включена ли каждая цепь. В основном мы проверяем следующие два места:

  1. Проверьте, подключен ли каждый GND к отрицательной клемме источника питания;
  2. Проверьте, подключен ли каждый VCC к разъему питания.

4.3 Анализ базовой схемы

4.3.1 Техническое обслуживание цепи передачи инфракрасного излучения

Инфракрасный свет, излучаемый цепью инфракрасного излучения, невидим для человеческого глаза.Как мы можем увидеть инфракрасный свет? Вы можете использовать функцию камеры вашего мобильного телефона. В процессе обслуживания вы можете использовать мобильный телефон, чтобы проверить исправность инфракрасной светоизлучающей цепи. Здесь мы в основном проверяем следующие два места:

  1. Сопротивление токоограничивающего резистора;
  2. Правильно ли установлена ​​положительная и отрицательная полярность инфракрасного светодиода.

4.3.2 Техническое обслуживание инфракрасного приемного контура

Используйте мультиметр для измерения катода приемного инфракрасного диода.Здесь нам нужно соблюдать два значения напряжения:

  1. Наблюдайте за значением напряжения (будь то низкий уровень), когда инфракрасная излучающая трубка помещается вручную;
  2. Значение напряжения при снятии трубки инфракрасного приемника вручную (будь то высокий уровень).

4.3.3 Техническое обслуживание цепи выборки напряжения

Проверить, составляет ли значение напряжения на третьей ножке регулируемого резистора R3 около 2,5 В. Кроме того, изменяется ли значение напряжения при вращении регулируемого резистора?

4.3.4 Техническое обслуживание цепи компаратора напряжения

В основном используйте мультиметр для измерения напряжения на контакте 1 LM358. Здесь нам нужно соблюдать два значения напряжения:

  1. Наблюдайте за значением напряжения на контакте 1 LM358 (независимо от того, низкий ли он уровень), когда трубка инфракрасного передатчика помещается вручную;
  2. Наблюдайте за значением напряжения на контакте 1 LM358 (независимо от того, высокий ли он уровень), когда руку убирают с инфракрасной приемной трубки.

Рисунок 1.Схема компаратора LM358

4.3.5 Техническое обслуживание цепи аварийной сигнализации и цепи светодиодного дисплея

Вы можете напрямую добавить заземление к основанию V1 и V2, чтобы увидеть, горят ли аварийный сигнал и светодиод. Поврежденными компонентами могут быть 9012 и светодиоды.

V Заключение

В этом блоге разработана простая и удобная схема инфракрасного датчика. Его конструкция основана не только на микросхемах и технологиях LM358, но и на знании цифровых и аналоговых схем.Он также может увеличить расстояние излучения, отрегулировав сопротивление потенциометра, чтобы цепь можно было использовать в качестве сигнала тревоги.

Конечно, в этой схеме все еще есть дефекты. Считается, что эта инфракрасная сенсорная схема LM358 может использоваться в относительно хороших внешних условиях. Это означает, что исследований безопасности и стабильности схемы не так много, а некоторые защитные компоненты не используются. Однако из процесса проектирования и метода отладки всей схемы видно, что схема очень проста и легко понять, является ли это основным принципом, сложностью используемого чипа, количеством различных компонентов и конечным результатом. разводка проводов.Более того, эти устройства очень распространены, дешевы и достойны рекламы.


Лист данных на компоненты

Лист данных LM358


FAQ

LM358 – это микросхема с двумя операционными усилителями, интегрированная с двумя операционными усилителями, питаемыми от общего источника питания. Его можно рассматривать как половину четырехъядерного ОУ LM324, содержащего четыре ОУ с общим источником питания. Диапазон дифференциального входного напряжения может быть равен диапазону напряжения источника питания.

LM358 может использоваться в качестве усилителя преобразователя, блока усиления постоянного тока и т. Д. Он имеет большое усиление постоянного напряжения 100 дБ. Эта ИС может работать с широким диапазоном источников питания от 3 В до 32 В для одиночного источника питания или от ± 1,5 В до ± 16 В для двойного источника питания, а также поддерживает большие колебания выходного напряжения.

  • Почему lm358 используется в ИК-датчике?

IC Lm358 используется в качестве компаратора, когда ИК-приемник воспринимает ИК-излучение.Когда o / p lm358 становится высоким, тогда загорается светодиод, подключенный к o / p. Выходной контакт IC LM358 используется для взаимодействия с микроконтроллером PIC.

IC LM358– LM358 состоит из двух независимых операционных усилителей с высоким коэффициентом усиления в одном корпусе. Важной особенностью этой ИС является то, что нам не требуется независимый источник питания для работы каждого компаратора для широкого диапазона источников питания. LM358 может использоваться как усилитель преобразователя, блок усиления постоянного тока и т. Д.

  • В чем разница между lm358n и lm358p?

Суффикс обозначает код упаковки производителя. Буква «N» используется большинством производителей для обозначения 8-выводного пластикового корпуса. Буква «P» используется некоторыми производителями для пластиковых 8-выводных корпусов. Raven Luni прав, разницы между двумя устройствами НЕТ, только производители.

  • Как узнать, сломан ли мой операционный усилитель lm358?

Измерьте напряжение постоянного тока на входе +.затем измерьте напряжение постоянного тока на выходе. если результаты существенно отличаются, скорее всего, выстрелил в операционный усилитель. если они такие же, операционный усилитель, скорее всего, в порядке, а проблема в другом.

  • В чем разница между lm386 и lm358?

LM386 – это полноценный усилитель мощности звука, LM358 – двойной операционный усилитель. При использовании LM358, например. в качестве предварительного усилителя вам потребуется отдельный усилитель мощности.

В операционном усилителе с двойным питанием клемма V + операционного усилителя получает положительное напряжение, а клемма V- подключается к отрицательному напряжению. Следовательно, любой входной сигнал, подаваемый в операционный усилитель, может колебаться от источника положительного напряжения к источнику отрицательного напряжения.

Ниже приводится список интегральных схем серии LM. … Серия LM возникла на основе интегральных схем производства National Semiconductor.Префикс LM означает линейный монолитный и относится к аналоговым компонентам, интегрированным в единый кремний.

  • Как импортировать lm358 в LTspice?

1. Загрузите файл модели и разархивируйте.
2. Поместите файл .cir в ту же папку, что и схему.
3. Поместите на схему символ «opamp2».
4. Измените значение «opamp2» на LMX58_LM2904.
5. Разместите директиву на схеме “. Lib LMx58_LM2904.CIR »без кавычек.

Проведение экспериментов с LM358

В этом проекте сделана схема, которая может включать устройство, когда на него падает свет . Для этого я буду использовать LM358 IC, который является операционным усилителем. Я сделал схему с LDR и еще несколькими компонентами. Но когда я заменяю LDR фотодиодом, фототранзистором и транзистором (L14F1), моя схема работает хорошо, не меняя никаких других компонентов.Прежде чем разобраться в схеме, которую я разработал, сначала давайте взглянем на компоненты, используемые в схеме.

]]>]]>

1. IC LM358 – LM358 состоит из двух независимых операционных усилителей с высоким коэффициентом усиления в одном корпусе. Важной особенностью этой ИС является то, что нам не требуется независимый источник питания для работы каждого компаратора для широкого диапазона источников питания. LM358 может использоваться в качестве усилителя преобразователя, блока усиления постоянного тока и т. Д. Он имеет большое усиление постоянного напряжения 100 дБ.Эта ИС может работать с широким диапазоном источников питания от 3 В до 32 В для одиночного источника питания или от ± 1,5 В до ± 16 В для двойного источника питания, а также поддерживает большие колебания выходного напряжения.

Конфигурация выводов ИС показана ниже –

Рис.1: Конфигурация контактов IC LM358

Из рисунка выше видно, что операционный усилитель имеет два входа и один выход в одном независимом LM358. Входы находятся на выводах 2 (отрицательный вывод) и 3 (положительный вывод), положительный вывод используется для положительной обратной связи, а отрицательный вывод используется для отрицательной обратной связи.В идеальных условиях, когда обратная связь не применяется, коэффициент усиления операционного усилителя должен быть бесконечным. Когда напряжение на контакте 2 больше, чем напряжение на контакте 3, выходное напряжение будет увеличиваться в сторону максимального положительного значения, а небольшое увеличение на отрицательном контакте по сравнению с положительным контактом снизит выходной сигнал до отрицательного максимума. Эта особенность операционного усилителя делает его пригодным для определения уровня.

2. LDR – LDR – это устройство, чувствительность которого зависит от интенсивности падающего на него света.Сопротивление LDR уменьшается, когда интенсивность падающего на него света увеличивается, и наоборот (сопротивление увеличивается, когда интенсивность падающего на него света уменьшается). В темноте или при отсутствии света LDR демонстрирует сопротивление в диапазоне мегаом, которое уменьшается до нескольких сотен Ом в присутствии яркого света.

Испытания LDR

LDR можно проверить с помощью мультиметра. Держите мультиметр в области измерения сопротивления или сопротивления. Когда вы закрываете LDR, его сопротивление будет очень высоким, а когда вы поместите его на свет, оно уменьшится.Это явление указывает на правильную работу LDR. Мы используем это свойство LDR, чтобы убедиться, что ваша LDR работает правильно. Датчик, поскольку при переменном освещении можно получить переменное падение напряжения.

3. Фотодиод – Фотодиоды преобразуют свет в ток или напряжение в зависимости от режима работы. Это PN-переход или структура PIN. Когда фотон достаточной энергии попадает в диод, он создает свободный электрон и дырку. Теперь дырки движутся к аноду, а электроны – к катоду, и создается фототок.

Тестирование фотодиода

Проверить это можно с помощью мультиметра. Поместите мультиметр в диапазон мВ. Теперь наденьте провод мультиметра на провода фотодиода. Снимайте показания как в темноте, так и при свете. Он показывает отклонение при чтении в светлое и темное время суток (в темноте чтение будет больше), чем ваш фотодиод работает нормально.

4. Фототранзистор -Фототранзистор – это датчик света, аналогичный базовому транзистору, но с прозрачной крышкой.Фототранзисторы обеспечивают гораздо лучшую чувствительность, чем фотодиод. Фототранзистор имеет большую базовую область, чем коллектор, по сравнению с другим транзистором. Их изготавливают диффузионным методом или методом имплантации железа. Фототранзистор работает в активной области. Обычно его основание оставляют открытым, чтобы почувствовать, как на него падает свет. Когда свет падает на его основание, он вызывает образование пары электронных дырок. Это явление в основном происходит в коллекторном переходе с обратным смещением, поскольку электронно-дырочная пара электрического поля перемещается и обеспечивает ток базы, заставляя электрон инжектироваться в эмиттер.

Тестирование фототранзистора

Проверить фототранзистор можно с помощью мультиметра. Установите мультиметр в область измерения сопротивления, затем наденьте провода мультиметра на коллектор и эмиттер. Теперь проливаем свет на фототранзистор и убираем свет. Вы можете видеть, что отклонение показаний мультиметра при освещении невелико по сравнению с темнотой. Если это явление происходит, то вы можете сказать, что ваш фототранзистор исправен. Вы также можете использовать транзистор L14F1 вместо фототранзистора, и процесс проверки аналогичен тому, как мы проверяли фототранзистор.

Всегда рекомендуется проверять компоненты перед использованием.

Применение схем

– Схема, которую я сделал, может использоваться как датчик темноты или датчик света с очень небольшой модификацией. Поэтому вы используете его как контуров безопасности , как в охранной сигнализации , утренней сигнализации , волшебный глаз , багажной сигнализации , или она будет светиться в темноте или выключать свет утром и т. Д. В соответствии с вашим приложением .

– На принципиальной схеме я использовал светодиод, чтобы показать выход. Вы также можете использовать реле вместо светодиода для подключения зуммера или любого внешнего компонента, такого как лампочка, дверной звонок и т. Д.

Рабочий контур

Работа схем очень проста, поскольку мы знаем, что LM358 сравнивает напряжение, подаваемое на входной контакт, и выдает вам выходной сигнал. Уровень напряжения, который мы хотим обнаружить, подается на любой из входных контактов, а обнаруживаемое напряжение подается на другой контакт.Для цепей датчика темноты мы прикладываем напряжение к отрицательному выводу, а обнаруживаемое напряжение – к положительному выводу. Всякий раз, когда входное напряжение подается на положительный вывод из-за света, который падает на LDR, фотодиод и фототранзистор, немного поднимается выше напряжения на отрицательном выводе, выход внезапно повышается до положительного максимума и остается положительным до тех пор, пока входное напряжение не упадет ниже уровня, который необходимо определить. Транзистор T1 используется для усиления сигналов для возбуждения светодиода, а резистор R1 используется в качестве ограничителя тока для защиты светодиода, а для схемы светового датчика происходит прямо противоположное вышеупомянутому явлению.Вы просто меняете LDR с фотодиодом и фототранзистором и видите, что схема работает правильно, и чувствительность схемы также увеличивается. Вы также можете подключать к выходу различные компоненты и устройства, поэтому попробуйте подключить собственное устройство и посмотрите выход.

Рис. 2: Прототип для проведения экспериментов с LM358 на макетной плате

Принципиальные схемы



Из архива: Electronic Projects


Словарь электронных и технических терминов.Схема компаратора рабочего окна усилителя

Общие технические условия
“A” “B” “C”, “D”, “E”, “F”, “ГРАММ”, “ЧАС”, “Я”, “J”, “К”, “L”, «М»,
«Н», “О”, “П” “Q”, “Р”, “S”, “Т”, “U”, “V”, “W”, “ИКС”, “Y”, “Z”

Оконный компаратор

Компаратор принимает один входной сигнал и сравнивает этот сигнал с опорным напряжением, приложенным к другому входу. Оконный компаратор использует два эталона напряжения и сравнивает входящий сигнал с обоими эталонами. Схема компаратора выдает один уровень, когда входящий сигнал находится в пределах окна напряжения, и противоположный уровень, когда входящий сигнал выходит за пределы окна [два эталонных напряжения].


LM358 Компаратор окон

Выбор компонентов

Поскольку для оконного компаратора требуются два операционных усилителя, в конструкции использовался двойной корпус LM358. Однако также можно было использовать два одиночных операционных усилителя или четырехъядерный операционный усилитель. Но LM358 – это сдвоенный маломощный операционный усилитель в 8-выводном корпусе [DIP или SOIC] или металлический корпус TO99.

Напомним, что операционный усилитель может работать как компаратор напряжения, но компаратор напряжения никогда не будет работать как операционный усилитель.Поэтому на самом деле не имеет значения, какой компонент используется для сравнения напряжения, хотя это может иметь значение для значений окружающих компонентов. В этом примере схемы используется соединение «проводное ИЛИ», поэтому, если на любом из выходов усилителей падает низкий уровень, транзистор включается.

Два диода 1N914 отделяют друг от друга выходы, так что, если какой-либо из них становится низким, операционный усилитель включает транзистор. Схема предполагает стандартный выход операционного усилителя, но компаратор может иметь совершенно другую структуру выхода.Например, компаратор может иметь открытый коллектор, тотемный столб или выходную структуру с открытым коллектором и открытым эмиттером. Таким образом, интерфейс между операционным усилителем и транзистором может меняться в зависимости от используемого устройства. 1N914 – это обычный слабосигнальный диод [быстродействующий диод], который может быть заменен любым количеством аналогичных компонентов.

В этой схеме используется NPN-транзистор общего назначения 2N3904, еще одна очень распространенная деталь. Как и диод, транзистор можно заменить любым другим NPN-транзистором общего назначения.Транзистор используется просто как переключатель, который настраивается, когда на одном из операционных усилителей падает низкий уровень, и позволяет одному из диодов проводить ток.

Окно напряжения

Окно напряжения задается двумя значениями напряжения: верхний предел применяется к верхнему компаратору, а нижний предел применяется к нижнему компаратору. Между ними прикладывается входное напряжение, и его абсолютное значение сравнивается с двумя опорными значениями. Эталоном напряжения может быть любое значение до предела напряжения, используемого для питания операционных усилителей.Также для правильной работы схемы верхний предел должен быть более положительным, чем нижний предел.

Оба компаратора имеют высокий уровень, когда входное напряжение находится между опорными напряжениями. Если входной сигнал превышает верхний предел [Vhigh], то верхний компаратор становится низким. Или, если входной сигнал падает ниже нижнего предела [Vlow], нижний компаратор становится низким. Таким образом, два компаратора образуют окно напряжения, которое выводит высокий уровень, когда вход находится между окном, или низкий уровень, когда вход идет выше или ниже окна.

Обратите внимание, что термин «компаратор» используется для описания функции или применения интегральных схем, но операционные усилители используются в примере в качестве компараторов. Как описано в теме «Компаратор напряжения», эти типы микросхем также могут быть использованы; однако выходная цепь может быть другой. Например, некоторые микросхемы компаратора могут иметь выход с открытым коллектором, и их нужно поднимать высоко.

LM358 Варианты комплектации

При покупке LM358 существует ряд возможных вариантов упаковки, хотя не все варианты могут быть доступны у всех производителей.На рисунке выше показан LM358 в 8-контактном пластиковом DIP-корпусе, обозначенном буквой «N» после обозначения детали. 8-контактный двухрядный керамический корпус также доступен для военных температурных диапазонов; хотя для керамической детали будет использоваться номер детали LM158, чтобы указать на работу в более высоком температурном диапазоне.

LM358 также производится в металлическом корпусе со сквозным отверстием в виде 8-выводного корпуса TO-5 или 8-выводного корпуса TO-99.

Корпуса для поверхностного монтажа включают 8-контактный корпус SO или 14-контактный керамический корпус SOIC, также доступен 8-контактный корпус Bump.

Не все варианты упаковки подходят для всех температурных диапазонов, и не все производители предлагают все варианты упаковки.

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 повышающая передача, выходное напряжение переключается на напряжение, представляющее логику 1.Фактически, компаратор можно рассматривать 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 имеет более гибкую схему подключения, 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 отключения , 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).

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 после начала перехода 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 назад и вперед. 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 положительный и отрицательный 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 овердрайв, 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.

В операциях 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 приведенных выше 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 перегрузку 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 V oh и V ol от устройства к устройству. 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 удерживать выходной сигнал на фиксированном значении, когда оно 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.

Почему вы должны выбрать компаратор вместо операционного усилителя?

Существует множество причин, по которым вы не должны использовать операционный усилитель в качестве компаратора , что также является причиной существования специализированных микросхем компаратора. В этой статье мы более подробно рассмотрим эти причины, а также на практике продемонстрируем различия между операционным усилителем и компаратором , сравнив их друг с другом.

Причины использования операционных усилителей в качестве компараторов

Как правило, операционные усилители и компараторы относятся к одному семейству дифференциальных усилителей с высоким коэффициентом усиления и имеют много общих свойств – дифференциальный вход и несимметричный выход, который вырабатывает напряжение в ответ на разницу входного напряжения. Даже схематические обозначения для двух частей одинаковы, как показано на рисунке ниже.

РИС.1 СИМВОЛЫ СХЕМЫ ОП-УСИЛИТЕЛЯ И КОМПАРАТОРА

Одна из наиболее распространенных причин использования операционных усилителей в качестве компараторов заключается в том, что операционные усилители доступны в корпусах, содержащих два или даже четыре операционных усилителя.В подобных случаях один или несколько операционных усилителей могут не использоваться, и вместо использования компаратора в другом месте схемы можно использовать один из операционных усилителей. По большей части это нормально, но вскоре могут возникнуть проблемы, если различия в способах работы компараторов и операционных усилителей не будут четко поняты.

Заглянем внутрь операционных усилителей и компараторов

Первым шагом к пониманию различий между операционными усилителями и компараторами было бы взглянуть на внутреннюю схему.Здесь показаны внутренние схемы операционного усилителя LM358 и компаратора LM393. Поскольку обе части популярны и легко доступны, они также используются в практических демонстрациях.

РИС.2 ВНУТРЕННЯЯ СХЕМА LM358 И LM393

На первый взгляд, входные каскады выглядят более или менее одинаково (за исключением дополнительных диодов на компараторе), с той лишь разницей, что выходные каскады.

Цифровые и аналоговые выходы:

Самая большая разница в том, что выход компаратора – с открытым коллектором, а выход операционного усилителя – комплементарная пара NPN-PNP.Это уже указывает на самую большую разницу между ними – один из них предназначен для обеспечения цифровых выходов, а другой – аналогового.

Поскольку компаратор, по сути, представляет собой 1-битный аналого-цифровой преобразователь, цифровой выход предназначен для взаимодействия с широким спектром семейств логики, каждое из которых имеет свой высокий и низкий порог. Выход с открытым коллектором может быть частью более сложной схемы сдвига уровня, чтобы гарантировать, что цифровой вход переведен на правильный уровень.Другой цифровой трюк – это соединение нескольких выходов « wire-OR » – соединение их вместе с одним подтягивающим резистором, когда на любом из выходов компаратора низкий уровень, общий выход низкий. Это полезно при обнаружении неисправностей и оконных компараторах, где выходы нескольких компараторов связаны вместе. Это было бы невозможно с дополнительным выходным каскадом. Другой юмористический анекдот заключается в том, что, хотя операционный усилитель можно использовать в качестве компаратора, компаратор нельзя использовать как операционный усилитель – выходной каскад просто не предназначен для работы при напряжении между шинами питания.

Выход операционного усилителя, однако, более сложен, поскольку он предназначен для точной репликации аналоговых сигналов с очень низким уровнем искажений.

Также следует отметить, что выходные транзисторы операционного усилителя не являются силовыми транзисторами и, следовательно, не предназначены для работы с насыщением на одной из шин, как компаратор. Чтобы выход был насыщенным, операционный усилитель может потреблять больше тока, чем обычно, что приводит к нагреву. Выведение выходных транзисторов из состояния насыщения также может занять больше времени благодаря хранению заряда в базе.

Однако выходы компаратора

спроектированы таким образом, чтобы полностью насыщать шины, а иногда даже имеют цепи, предотвращающие насыщение. Это может показаться нелогичным, но для силовых транзисторов с довольно большой емкостью база-эмиттер выход из состояния насыщения может занять некоторое время. По этой причине в некоторых компараторах используются схемы, в которых выходные транзисторы работают близко к насыщению, поэтому им не нужно время, чтобы переключиться на другую шину. Хорошим примером этого является LM311.

Компенсационный конденсатор (куб.см):

Второе большое различие между двумя схемами – это наличие «C C » в схеме операционного усилителя. Это компенсирующий конденсатор , который снижает коэффициент усиления операционного усилителя на высоких частотах. Это необходимое дополнение к операционному усилителю, где важна стабильность постоянного тока – на выходе не должно быть колебаний. Этот конденсатор также является основной причиной относительной «медлительности» операционного усилителя – компенсационный конденсатор ограничивает скорость нарастания выходного напряжения.Это означает, что операционному усилителю требуется конечное время, чтобы переместить свой выход между шинами питания. Это (в сочетании с проблемами насыщения) может привести к значительной задержке времени отклика операционного усилителя, используемого в качестве компаратора.

Компаратор, с другой стороны, не имеет таких ограничений. Любая небольшая разница на входе приводит к резкому и быстрому переходу выходного сигнала к шинам питания, что хорошо для цифровых систем, где скорость очень ценится.

Перевернутые входные контакты:

Третье и менее заметное отличие состоит в том, что инвертирующие и неинвертирующие входы на схемах операционного усилителя и компаратора поменяны местами (по отношению к токовым зеркалам, которые действуют как активные нагрузки для входных транзисторов).Это связано с тем, что компаратор спроектирован так, чтобы быть стабильным в конфигурации с разомкнутым контуром (или с положительной обратной связью), а операционный усилитель спроектирован так, чтобы иметь некоторую форму отрицательной обратной связи.

Ограничения входа и выхода для операционного усилителя и компаратора

Различия во внутренних схемах операционных усилителей и компараторов представляют собой «микроскопические» различия. Существуют и другие «макроскопические» различия, которые проявляются в виде диапазона входного напряжения, который рассчитан на работу каждого типа устройства.

Это во многом связано с типом обратной связи, для работы с которой предназначены операционный усилитель и компаратор.

В случае компаратора, который может работать с разомкнутым контуром или с положительной обратной связью, выход должен быстро реагировать, если один из входов выше или ниже другого, насыщением на одной из направляющих, представляя цифровой 0 или 1.

С другой стороны, операционный усилитель, который предназначен для использования с внешней сетью с отрицательной обратной связью, пытается сохранить оба входа одинаковыми, изменяя выход и надеясь, что внешняя сеть сведет входной дифференциал к нулю.

Очевидный вывод из этого состоит в том, что компараторы имеют гораздо больший диапазон входных синфазных (и дифференциальных) напряжений, чем операционные усилители.

Это особенно верно при напряжениях, близких к шинам питания, почти все операционные усилители работают с входами (и выходами) с точностью до нескольких вольт или более от шин питания (существуют операционные усилители с рельсовым входом и выходом, но они приходят со своими проблемами), и любой выход за эти пределы обычно приводит к нежелательному поведению:

1. Старые типы операционных усилителей страдали от проблемы, называемой « инверсия фазы », когда вывод входа за пределы синфазного диапазона приводил к реверсированию выхода по фазе – в основном инвертированию выхода.

2. Входное смещение и входной ток смещения не являются постоянными в диапазоне входного напряжения. Это проблема, которая проявляется, особенно в операционных усилителях RRIO. Перенапряжение на входе иногда может активировать защитные ограничивающие диоды, которые шунтируют ток на любую из шин питания.Некоторые операционные усилители даже имеют пару антипараллельных диодов на двух входах , при любая большая разница сразу видна как уменьшение входного импеданса. Это может быть или не быть проблемой, в зависимости от ввода. При использовании в линейном режиме эти диоды не представляют проблемы, поскольку отрицательная обратная связь пытается сохранить нулевой входной дифференциал. Но при использовании разомкнутого контура с большими колебаниями входного напряжения эти диоды могут перейти в проводимость, уменьшая входное сопротивление и вызывая чрезмерный нагрев и, в конечном итоге, разрушение микросхемы.

Операционный усилитель LM358 против компаратора LM393 – практический пример

Лучший способ сравнить время переключения операционного усилителя и компаратора – это создать простую схему компаратора.

Здесь операционный усилитель LM358 настроен как компаратор, а LM393 также настроен как компаратор. На входе сигнал прямоугольной формы от таймера CMOS 555, обеспечивающий быстрые фронты. Все микросхемы питаются от источника питания 5 В.

Для первой демонстрации LM358 и LM393 настроены как неинвертирующих компараторов , что означает, что выход становится высоким, когда напряжение на неинвертирующем входе превышает инвертирующий вход.Здесь инвертирующий вход поддерживается на уровне 2,5 В, что составляет половину напряжения питания.

РИС.3 ВЫХОДНЫЕ ВОЛНЫ

Здесь розовый сигнал – это вход, желтый сигнал – это выход LM393, а синий сигнал – это выход LM358.

Хорошо видно, что выход операционного усилителя демонстрирует все характеристики, описанные ранее: время отклика медленное, скорость нарастания и спада ограничена, а выходное напряжение не достигает положительного напряжения питания.С другой стороны, желтый выход компаратора является почти точной копией быстрого входа.

В то время как задержка срабатывания операционного усилителя близка к 5 мкс, а время нарастания составляет 15 мкс, компаратор отвечает за 250 нс, а время нарастания меньше 100 нс.

РИС. 4 СИГНАЛИЗАЦИЯ КОМПАРАТОРА ОП-УСИЛИТЕЛЯ

РИС.5 ГРАФИК СРАВНЕНИЯ

Заключение

В этой статье описываются различия между операционными усилителями и компараторами и почему они не всегда взаимозаменяемы.Необходимо внимательно следить за тем, чтобы прикладная часть была полностью изучена, чтобы обеспечить наилучшую производительность.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *