При проектирането електронни схеми често селага се сравняват нивата двепрежения. Зази цел се използва устройството компаратор.именованието единицата идва оттинското comparare, или по-скоро сравнявам.
Съдържание
Какво представлява компараторътпрежение
Компараторът обикновено е устройство с два входа за сравняваните стойности (напрежения) и изход за резултата от сравнението. Компараторът има два входа за сравняваните стойности - директен и инверсивен вход. Изходът сестройва логическа единица, ако директното входнопрежение превишава инверснотопрежение, и нула, ако е обратното. Един компаратор серича инвертиращ компаратор, акозликата между директния и инвертиращия вход е положителна, а в обратната ситуация е нула.
Принципбота компаратора
Удобно е се изгради компаратор с помощта операционен усилвател (OP-AMP). Зази цел той използва директно своите свойства:
- Усилванезликата в сигнала между директния и инвертиращия вход;
- безкрайна (на практика от 10 000 и повече) печалба.
Работата DTто компаратор може сезгледа със следната схема:
Да предположим, че има операционен усилвател с коефициент усилване 10000, захранващотопрежение е двуполюсно, + 5 V и минус 5 V. Разделителят е зададено референтно ниво от точно 0 волта инвертиращия вход, а директния вход се приемат минус 5 волта от плъзгача потенциометъра. Операционният усилвател трябва усилвазликата 10 000 пъти,то теоретично изхода трябва се появипрежение от минус 50 000 волта. Но операционният усилвател няма откъде получиковапрежение, затова създаваксималното възможно захранващопрежение, минус 5 волта.
Ако започнете повишаватепрежението директния вход, Op-Amp ще се опита зададезликата впрежението между входовете, умножена по 10000. Той ще успее, когато входнотопрежение се доближи до нула и стане около минус 0,0005 V. С по-нататъшното увеличаване входнотопрежение положителния вход изходнотопрежение ще се повиши до нула или по-високо, а при +0,0005 волта ще стане +5 волта и по-нататъшно повишаване не е възможно. По тозичин, когато входнотопрежение премине нулевото ниво (по-точно от минус 0,0005 волта до +0,0005 волта), ще има скок в изходнотопрежение от минус 5 волта до +5 волта. С други думи, докатопрежението директния вход е по-ниско от това инвертиращия вход, изхода компаратора се задава нула. Ако е по-висока, се задава единица.
Интерес представлява участъкът отзликата в нивото входовете от минус 0,0005 волта до +0,0005 волта. Теоретично преминаването този етап ще доведе до плавнорастване захранващотопрежение от отрицателно към положително. практика този диапазон е много тесен и се дължи смущения, шум, нестабилност захранващотопрежение и др. Акопреженията входовете приблизителновни, ще има случайно задействане компаратора в двете посоки. Колкото по-нисък е коефициентът усилване операционния усилвател, толкова по-широк е този прозорец нестабилност. Ако компараторът контролира задвижващ механизъм, това ще доведе до задействането му при удар (щракване реле, затръшване клапан и т.н.), което може доведе до механично счупване или прегряване.
За се избегне това, се създава плитка положителна обратна връзка чрез включването резистора, обозначен с прекъснатата линия. Това създава лек хистерезис чрез изместване праговете превключване, когатопрежението се повишава и понижава по отношение еталона.примергоре компараторът ще превключва при 0,1 волта, адолу - точно при нула (в зависимост от дълбочината обратната връзка). Това ще премахне възможността за нестабилност. Номиналната стойност този резистор може бъде от няколкостотин килоома до няколко мегаома. Колкото по-ниско е съпротивлението, толкова по-голяма езликата между праговете.
Предлагат се и специализирани чипове за компаратори.пример LM393. Те имат бърз операционен усилвател (или повече) и могат имат вграден делител, който осигурява референтнопрежение. Другазлика между тези компаратори и устройствата,зирани операционни усилватели, е, че много от тях изискват еднопосочно захранване. Повечето операционни усилватели се нуждаят от двуполярнопрежение. Изборът типа чип се определя от дизайна устройството.
Характеристики цифровите компаратори
Компараторите се използват и в цифровата технология,кар че пръв поглед това звучирадоксално. В края краищата имамо две нивапрежение - едно и нула. Сравняването им е безсмислено. Но е възможно се сравнят две двоични числа, в които могат се преобразуват всякакви аналогови стойности (включителнопрежение).
Да предположим, че има две двоични думи с еднаква дължина в битове:
X=X3X2X1X0 и Y=Y3Y2Y1Y.
Те се считат завни по стойност, ако всички битовевни по битов принцип:
1101=1101 => X=Y.
Ако поне един бит езличен, числата невни. По-голямото число се определя чрез сравняване бит по бит,то се започне отй-големия бит:
- 1101>101 - тук първият бит X е по-голям от първия бит Y и X>Y;
- 1101>101 - първите битовевни, но вторият бит X е по-голям и X>Y;
- 111<1110 - Y има третия бит повече и стойността долния бит X е без значение, X
Реализацията това сравнение може се изградизата логически схеми с I-NE, OR-NEзови елементи, но е по-лесно се използват готови продукти.пример, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), домашна K564IP2 и други серии микросхеми. Те от 2 до 8 цифрови компаратори със съответния брой входове занни и управляващи входове. Изходите цифровите компаратори в повечето случаи 3:
- повече;
- по-малко от;
- равни.
Зазлика от аналоговите устройства, при двоичните компараторивенството входовете не е нежелателна ситуация и не се избягва.
Такова устройство може лесно бъде създадено програмно с помощта функциите булевата алгебра. Алтернативно, много микроконтролери имат вградени аналогови компаратори с отделни външни изводи, коитоват вътрешната схема готов резултат от сравняването две стойностито 0 или 1. Това спестява ресурсилките компютърни системи.
Когато се използва компараторпрежение
Компараторът се използва в широк спектър от приложения. Върху него може се изградипример прагово реле. Необходим е сензор, който преобразува всяка величина впрежение.зи стойност може бъде:
- ниво осветеност;
- ниво шума;
- нивото течността в съда или резервоара;
- всяка друга стойност.
Потенциометърът може се използва застройка нивото компаратора. Изходният сигнал се подава чрез ключ към индикатор или изпълнително устройство.
Ако хистерезисът се увеличи, компараторът може действато тригер Шмит. Когато входа се подававно променящо сепрежение, изходът е двоичен сигнал със стръмни ръбове.
Два елемента могат се свържат, за образуват компаратор с двоен праг или компаратор с прозорец.
Тук праговотопрежение се задава поотделно за всеки компаратор - за горния компаратор директния вход и за долния компаратор обратния вход. Свободните входове се комбинират и към тях се подава измерванотопрежение. Изходите свързани с ИЛИ. Когатопрежението превиши зададената горна или долна граница, един от компараторите извежда високо ниво.
Многостепенният компаратор е сглобен от няколко елемента, които могат се използватто линеен индикатор запрежение или стойност, която се преобразува впрежение. За четири нива схемата ще бъде следната:
Взи схема входа всеки елемент се подавазлично референтнопрежение. Инвертиращите входове се свързват заедно и към тях се подава измерваният сигнал. Когато нивото задействане е достигнато, съответният светодиод светва. Ако излъчващите елементи подредени в линия, се получава светлинна лента, чиято дължина се променя в зависимост от нивото приложенотопрежение.
Същата схема може се използва ито аналогово-цифров преобразувател (АЦП). Той преобразува входнотопрежение в подходящ двоичен код. Колкото повече елементи включени в АЦП, толкова по-висока езделителната способност и толкова по-точно е преобразуването. практика линейният код е неудобен за използване и се преобразува в познат код с помощта енкодер. Енкодерът може бъде изграден с помощта логически елементи, готови микросхеми или ROM с подходящ фърмуер.
Сферата приложение компараторите в професионалните и любителските схеми е широка. Компетентното прилагане тези елементи позволява решаването широк спектър от задачи.
Свързани статии:
