વોલ્ટેજ તુલનાકાર શું છે અને તે શું છે

ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ ડિઝાઇન કરતી વખતે, બે વોલ્ટેજના સ્તરની તુલના કરવી જરૂરી છે. આ હેતુ માટે, તુલનાત્મક તરીકે આવા ઉપકરણનો ઉપયોગ થાય છે. નોડનું નામ લેટિન કમ્પેરેરમાં અથવા તો સરખામણી કરવા માટે અંગ્રેજીમાં પાછું જાય છે.

વોલ્ટેજ કમ્પેરેટર શું છે

સામાન્ય રીતે કહીએ તો, કમ્પેરેટર એ એક એવું ઉપકરણ છે જેમાં મૂલ્યો (વોલ્ટેજ) માટે બે ઇનપુટ હોય છે અને સરખામણીના પરિણામ માટે આઉટપુટ હોય છે. તુલનાકર્તા પાસે તુલનાત્મક પરિમાણોને ફીડ કરવા માટે બે ઇનપુટ્સ છે - પ્રત્યક્ષ અને વ્યસ્ત. જો ડાયરેક્ટ ઇનપુટનું વોલ્ટેજ ઇનવર્સ ઇનપુટના વોલ્ટેજ કરતાં વધી જાય તો આઉટપુટ લોજિકલ પર સેટ થાય છે અને જો ઊલટું હોય તો શૂન્ય. જો વ્યુત્ક્રમ ઇનપુટ અને ડાયરેક્ટ ઇનપુટ વચ્ચેનો સકારાત્મક તફાવત એક સમાન હોય અને વિપરીત પરિસ્થિતિમાં શૂન્ય હોય, તો તુલના કરનારને ઇન્વર્ટિંગ કમ્પેરેટર કહેવામાં આવે છે.

તુલનાત્મક સંચાલન સિદ્ધાંત

તેનો ઉપયોગ કરીને તુલનાત્મક બનાવવાનું અનુકૂળ છે ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર (OP-AMP). આ હેતુ માટે તેના ગુણધર્મોનો સીધો ઉપયોગ થાય છે:

• ડાયરેક્ટ અને ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ્સ વચ્ચે સિગ્નલ તફાવતનું એમ્પ્લીફિકેશન;
• અનંત (વ્યવહારમાં - 10000 અને તેથી વધુ) લાભ.

તુલનાત્મક તરીકે ડીટીનું કાર્ય નીચેના સર્કિટ સાથે ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે:

ધારો કે 10000 ના ગેઇન સાથે DT છે, સપ્લાય વોલ્ટેજ દ્વિધ્રુવી છે, + 5 V અને ઓછા 5 V છે. વિભાજક ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ પર બરાબર 0 વોલ્ટના સંદર્ભ સ્તર પર સેટ છે અને ડાયરેક્ટ ઇનપુટ પર પોટેન્ટિઓમીટર સ્લાઇડરમાંથી માઇનસ 5 વોલ્ટ લેવામાં આવે છે. ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર એ તફાવતને 10000 ગણો વધારવો જોઈએ, સૈદ્ધાંતિક રીતે આઉટપુટ પર માઈનસ 50000 વોલ્ટનો વોલ્ટેજ હોવો જોઈએ. પરંતુ આવા વોલ્ટેજ મેળવવા માટે op-amp માટે ક્યાંય નથી, તેથી તે મહત્તમ શક્ય બનાવે છે - સપ્લાય વોલ્ટેજ, માઈનસ 5 વોલ્ટ.

જો તમે ડાયરેક્ટ ઇનપુટ પર વોલ્ટેજ વધારવાનું શરૂ કરો છો, તો ઓપ-એમ્પ ઇનપુટ વચ્ચેના વોલ્ટેજ તફાવતને 10000 વડે ગુણાકાર કરીને સેટ કરવાનો પ્રયાસ કરશે. જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ શૂન્યની નજીક આવે અને લગભગ 0.0005V માઇનસ થઈ જાય ત્યારે તે સફળ થશે. પોઝિટિવ ઇનપુટ પર ઇનપુટ વોલ્ટેજમાં વધુ વધારા સાથે, આઉટપુટ વોલ્ટેજ શૂન્ય અથવા તેનાથી વધુ થઈ જશે, અને +0.0005 વોલ્ટ પર +5 V ની બરાબર થઈ જશે અને વધુ વધશે નહીં - ત્યાં ક્યાંય નથી. આમ, જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ શૂન્ય સ્તરને પસાર કરે છે (વધુ સ્પષ્ટ રીતે, માઇનસ 0.0005 વોલ્ટથી +0.0005 વોલ્ટ) ત્યારે આઉટપુટ વોલ્ટેજમાં માઇનસ 5 વોલ્ટથી +5 વોલ્ટ સુધી જમ્પ આવશે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જ્યાં સુધી ડાયરેક્ટ ઇનપુટ પરનો વોલ્ટેજ ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ કરતાં ઓછો હોય, ત્યાં સુધી તુલનાત્મક આઉટપુટ પર શૂન્ય સેટ થાય છે. જો વધારે હોય, તો તે એક છે.

માઈનસ 0.0005 વોલ્ટથી + 0.0005 વોલ્ટ સુધીના ઇનપુટ્સ પર લેવલ ડિફરન્સનો સેક્શન રસપ્રદ છે. સિદ્ધાંતમાં, તે નકારાત્મકથી હકારાત્મક સપ્લાય વોલ્ટેજમાં સરળ વધારો કરશે. વ્યવહારમાં, આ શ્રેણી ખૂબ જ સાંકડી છે, અને અવાજ, હસ્તક્ષેપ, સપ્લાય વોલ્ટેજની અસ્થિરતા વગેરેને કારણે જ્યારે ઇનપુટ્સ પરના વોલ્ટેજ લગભગ સમાન હોય છે, ત્યારે બંને દિશામાં તુલનાકારનું અસ્તવ્યસ્ત ટ્રિગરિંગ થશે. ઓપ-એમ્પનો ફાયદો જેટલો ઓછો છે, અસ્થિરતાની આ વિન્ડો જેટલી વિશાળ છે.જો તુલનાકાર એક્ટ્યુએટરને નિયંત્રિત કરે છે, તો તે તેને કુનેહ (રિલે ક્લિકિંગ, વાલ્વ સ્લેમિંગ, વગેરે) માં ચલાવવાનું કારણ બનશે, જે તેની યાંત્રિક નિષ્ફળતા અથવા ઓવરહિટીંગ તરફ દોરી શકે છે.

આને અવગણવા માટે, ડેશેડ લાઇન દ્વારા દર્શાવેલ રેઝિસ્ટરને ચાલુ કરીને છીછરા હકારાત્મક પ્રતિસાદ બનાવવામાં આવે છે. જ્યારે સંદર્ભની તુલનામાં વોલ્ટેજ ઉપર અને નીચે જાય છે ત્યારે આ સ્વિચિંગ થ્રેશોલ્ડને સ્થાનાંતરિત કરીને થોડી માત્રામાં હિસ્ટેરેસિસ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઉપરનો તુલનાકાર 0.1 વોલ્ટ પર સ્વિચ કરશે અને બરાબર શૂન્ય પર નીચે જશે (પ્રતિસાદની ઊંડાઈ પર આધાર રાખીને). આ અસ્થિરતા વિન્ડોને દૂર કરશે. આ રેઝિસ્ટરનું રેટિંગ કેટલાક સો કિલોહમ્સથી થોડા મેગાઓહ્મ સુધીનું હોઈ શકે છે. પ્રતિકાર ઓછો, થ્રેશોલ્ડ વચ્ચેનો તફાવત વધુ.

વિશિષ્ટ તુલનાત્મક ચિપ્સ પણ ઉપલબ્ધ છે. ઉદાહરણ તરીકે LM393. આ ચિપ્સમાં ઝડપી ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર (અથવા અનેક) હોય છે અને તેમાં બિલ્ટ-ઇન ડિવાઈડર હોઈ શકે છે જે સંદર્ભ વોલ્ટેજ બનાવે છે. Op-Amps પર બનેલા આ તુલનાકારો અને ઉપકરણો વચ્ચેનો બીજો તફાવત એ છે કે તેમાંના ઘણાને સિંગલ-એન્ડેડ પાવર સપ્લાયની જરૂર છે. મોટાભાગના ઓપેસિટરને દ્વિ-ધ્રુવીય વોલ્ટેજની જરૂર હોય છે. ચિપ પ્રકારની પસંદગી ઉપકરણની ડિઝાઇન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

ડિજિટલ તુલનાકારોની વિશેષતાઓ

ડિજિટલ ટેક્નોલોજીમાં પણ તુલનાકર્તાઓનો ઉપયોગ થાય છે, જો કે તે પ્રથમ નજરમાં વિરોધાભાસી લાગે છે. છેવટે, ત્યાં માત્ર બે વોલ્ટેજ સ્તરો છે - એક અને શૂન્ય. તેમની સરખામણી કરવાનો કોઈ અર્થ નથી. પરંતુ તમે બે દ્વિસંગી સંખ્યાઓની તુલના કરી શકો છો, જેમાં તમે કોઈપણ એનાલોગ મૂલ્યો (વોલ્ટેજ સહિત) પણ કન્વર્ટ કરી શકો છો.

ધારો કે બિટ્સમાં સમાન લંબાઈના બે દ્વિસંગી શબ્દો છે:

X=X₃એક્સ₂એક્સ₁એક્સ₀ અને Y=Y₃વાય₂વાય₁વાય.

જો તમામ બિટ્સ બિટવાઇઝ સમાન હોય તો તેઓ મૂલ્યમાં સમાન ગણવામાં આવે છે:

1101=1101 => X=Y.

જો ઓછામાં ઓછું એક બીટ અલગ હોય, તો સંખ્યાઓ અસમાન છે. મોટી સંખ્યા એ સૌથી વધુ બીટથી શરૂ કરીને થોડી-થોડી-બીટ સરખામણી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:

• 1101>101 - અહીં X નો પહેલો બીટ Y ના પહેલા બીટ કરતા મોટો છે અને X>Y;
• 1101>101 - પ્રથમ બિટ્સ સમાન છે, પરંતુ X નો બીજો બિટ મોટો છે અને X>Y;
• 111<1110 - Y પાસે મોટો ત્રીજો બીટ છે અને X ના નીચેના બીટમાં મોટી કિંમત કોઈ વાંધો નથી, X<>

આવી સરખામણીનો અમલ I-NE, OR-NE બેઝ એલિમેન્ટ લોજિક સર્કિટ્સ પર બનાવી શકાય છે, પરંતુ શેલ્ફની બહારના ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ કરવો વધુ સરળ છે. ઉદાહરણ તરીકે, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), ઘરેલું K564IP2 અને માઇક્રોસર્કિટ્સની અન્ય શ્રેણી. તેઓ ડેટા ઇનપુટ્સ અને કંટ્રોલ ઇનપુટ્સની અનુરૂપ સંખ્યા સાથે 2-8 બીટ તુલનાત્મક છે. ડિજિટલ તુલનાકારોના આઉટપુટ મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં 3 છે:

• વધુ;
• કરતાં ઓછું
• સમાન

એનાલોગ ઉપકરણોથી વિપરીત, દ્વિસંગી તુલનાકારોમાં ઇનપુટ્સ પર સમાનતા એ અનિચ્છનીય પરિસ્થિતિ નથી અને તેઓ તેને ટાળવાનો પ્રયાસ કરતા નથી.

આવા ઉપકરણને બુલિયન બીજગણિત ફંક્શનનો ઉપયોગ કરીને સરળતાથી બનાવી શકાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, ઘણા માઇક્રોકન્ટ્રોલર્સમાં અલગ બાહ્ય પિન સાથે ઓન-બોર્ડ એનાલોગ તુલનાત્મક હોય છે, જે આંતરિક સર્કિટને 0 અથવા 1 તરીકે બે મૂલ્યોની તુલના કરવાનું તૈયાર પરિણામ આપે છે. આ નાની કમ્પ્યુટર સિસ્ટમના સંસાધનોને બચાવે છે.

જ્યાં વોલ્ટેજ કમ્પેરેટરનો ઉપયોગ થાય છે

કમ્પેરેટરનો ઉપયોગ એપ્લીકેશનની વિશાળ શ્રેણીમાં થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેનો ઉપયોગ થ્રેશોલ્ડ રિલે બનાવવા માટે થઈ શકે છે. આને એક સેન્સરની જરૂર છે જે કોઈપણ મૂલ્યને વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરે છે. આવા મૂલ્ય હોઈ શકે છે:

• પ્રકાશનું સ્તર;
• અવાજ સ્તર;
• જહાજ અથવા ટાંકીમાં પ્રવાહીનું સ્તર;
• કોઈપણ અન્ય મૂલ્યો.

પોટેન્ટિઓમીટરનો ઉપયોગ તુલનાકારના પ્રતિભાવ સ્તરને સેટ કરવા માટે કરી શકાય છે. આઉટપુટ સિગ્નલ સૂચક અથવા એક્ટ્યુએટરની કી દ્વારા આપવામાં આવે છે.

જો હિસ્ટેરેસિસ વધે છે, તો તુલનાકાર શ્મિટ ટ્રિગર તરીકે કાર્ય કરી શકે છે. જ્યારે ઇનપુટ પર ધીમે ધીમે બદલાતા વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે આઉટપુટ છે સ્વતંત્ર સંકેત બેહદ ધાર સાથે.

બે ઘટકોને ડ્યુઅલ-થ્રેશોલ્ડ કમ્પેરેટર અથવા વિન્ડો કમ્પેરેટરમાં જોડી શકાય છે.

અહીં, દરેક તુલનાકાર માટે થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ અલગથી સેટ કરવામાં આવે છે - સીધા ઇનપુટ પર ઉપલા માટે, વ્યસ્ત ઇનપુટ પર નીચલા વોલ્ટેજ માટે. ફ્રી ઇનપુટ્સને જોડવામાં આવે છે અને માપેલ વોલ્ટેજ તેમના પર લાગુ થાય છે. આઉટપુટ "માઉન્ટિંગ OR" સર્કિટ અનુસાર જોડાયેલા છે. જ્યારે વોલ્ટેજ સેટ અપર અથવા નીચલી મર્યાદા કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે એક તુલનાકર્તા આઉટપુટ પર ઉચ્ચ સ્તર આપે છે.

મલ્ટિ-લેવલ કમ્પેરેટર ઘણા ઘટકોમાંથી એસેમ્બલ કરવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ રેખીય વોલ્ટેજ સૂચક તરીકે અથવા વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત મૂલ્ય તરીકે થઈ શકે છે. ચાર સ્તરો માટે સર્કિટ આના જેવું હશે:

આ સર્કિટમાં, દરેક તત્વ તેના ઇનપુટ પર લાગુ અલગ સંદર્ભ વોલ્ટેજ ધરાવે છે. ઇન્વર્ટિંગ ઇનપુટ્સ એકસાથે જોડાયેલા હોય છે અને માપવાના સિગ્નલ તેમની પાસે આવે છે. જ્યારે ટ્રિગરિંગ લેવલ પહોંચી જાય છે, ત્યારે સંબંધિત LED લાઇટ થાય છે. જો ઉત્સર્જક તત્વો એક લીટીમાં ગોઠવાયેલા હોય, તો તમને એક લાઇટ બાર મળે છે, જેની લંબાઈ લાગુ કરેલ વોલ્ટેજના સ્તર અનુસાર બદલાય છે.

સમાન સર્કિટનો ઉપયોગ એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર (ADC) તરીકે થઈ શકે છે. તે ઇનપુટ વોલ્ટેજને અનુરૂપ બાઈનરી કોડમાં રૂપાંતરિત કરે છે. એડીસીમાં જેટલા વધુ તત્વોનો સમાવેશ થાય છે, તેટલી વધુ અંક ક્ષમતા, વધુ સચોટ રૂપાંતરણ. વ્યવહારમાં, લાઇન કોડ વાપરવા માટે અસુવિધાજનક છે, અને તે એન્કોડરની મદદથી સામાન્ય કોડમાં રૂપાંતરિત થાય છે. એન્કોડર લોજિક એલિમેન્ટ્સ પર બનાવી શકાય છે, તૈયાર માઇક્રોસિર્કિટનો ઉપયોગ કરી શકાય છે અથવા યોગ્ય ફર્મવેર સાથે ROM નો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

વ્યાવસાયિક અને કલાપ્રેમી સર્કિટરીમાં તુલનાકારોના ઉપયોગનો ક્ષેત્ર વિશાળ છે. આ તત્વોની સક્ષમ એપ્લિકેશન કાર્યોની વિશાળ શ્રેણીને હલ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

સંબંધિત લેખો: