वोल्टेज तुलनित्र क्या है और इसके लिए क्या है

इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिजाइन करते समय, दो वोल्टेज के स्तर की तुलना करना अक्सर आवश्यक होता है। इस प्रयोजन के लिए, तुलनित्र के रूप में ऐसे उपकरण का उपयोग किया जाता है। नोड का नाम लैटिन तुलना में वापस जाता है, या तुलना करने के लिए अंग्रेजी में।

वोल्टेज तुलनित्र क्या है

सामान्यतया, एक तुलनित्र एक उपकरण है जिसमें मूल्यों (वोल्टेज) की तुलना के लिए दो इनपुट होते हैं और तुलना के परिणाम के लिए एक आउटपुट होता है। तुलनात्मक मापदंडों को खिलाने के लिए तुलनित्र के पास दो इनपुट हैं - प्रत्यक्ष और उलटा। आउटपुट को तार्किक एक पर सेट किया जाता है यदि प्रत्यक्ष इनपुट का वोल्टेज उलटा इनपुट के वोल्टेज से अधिक हो और शून्य इसके विपरीत हो। यदि व्युत्क्रम इनपुट और प्रत्यक्ष इनपुट के बीच एक सकारात्मक अंतर विपरीत स्थिति में एक और शून्य के बराबर होता है, तो तुलनित्र को इनवर्टिंग तुलनित्र कहा जाता है।

तुलनित्र संचालन सिद्धांत

इसका उपयोग करके एक तुलनित्र बनाना सुविधाजनक है ऑपरेशनल एंप्लीफायर (ऑप एंप)। इस प्रयोजन के लिए इसके गुणों का सीधे उपयोग किया जाता है:

• प्रत्यक्ष और इनवर्टिंग इनपुट के बीच सिग्नल अंतर का प्रवर्धन;
• अनंत (व्यवहार में - 10000 और अधिक से) लाभ।

एक तुलनित्र के रूप में डीटी के कार्य को निम्नलिखित परिपथ के साथ माना जा सकता है:

मान लीजिए कि 10000 के लाभ के साथ एक डीटी है, आपूर्ति वोल्टेज द्विध्रुवी है, + 5 वी और माइनस 5 वी। विभक्त इनवर्टिंग इनपुट पर बिल्कुल 0 वोल्ट के संदर्भ स्तर पर सेट किया जाता है, और माइनस 5 वोल्ट को सीधे इनपुट पर पोटेंशियोमीटर स्लाइडर से लिया जाता है। ऑपरेशनल एम्पलीफायर को अंतर को 10000 गुना बढ़ाना चाहिए, सैद्धांतिक रूप से आउटपुट पर माइनस 50000 वोल्ट का वोल्टेज होना चाहिए। लेकिन ऑप-एम्प को ऐसा वोल्टेज प्राप्त करने के लिए कहीं नहीं है, इसलिए यह अधिकतम संभव - आपूर्ति वोल्टेज, माइनस 5 वोल्ट बनाता है।

यदि आप प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज बढ़ाना शुरू करते हैं, तो Op-Amp इनपुट के बीच वोल्टेज अंतर को 10000 से गुणा करने का प्रयास करेगा। यह तब सफल होगा जब इनपुट वोल्टेज शून्य तक पहुंच जाएगा और शून्य से 0.0005V हो जाएगा। सकारात्मक इनपुट पर इनपुट वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, आउटपुट वोल्टेज शून्य या अधिक हो जाएगा, और +0.0005 वोल्ट पर +5 वी के बराबर हो जाएगा और आगे नहीं बढ़ेगा - कहीं नहीं है। इस प्रकार, जब इनपुट वोल्टेज शून्य स्तर (अधिक सटीक रूप से, शून्य से 0.0005 वोल्ट से +0.0005 वोल्ट) से गुजरता है, तो आउटपुट वोल्टेज में माइनस 5 वोल्ट से +5 वोल्ट तक की छलांग होगी। दूसरे शब्दों में, जब तक प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज इनवर्टिंग इनपुट की तुलना में कम होता है, तब तक तुलनित्र आउटपुट पर शून्य सेट होता है। यदि उच्चतर है, तो यह एक है।

ब्याज माइनस 0.0005 वोल्ट से + 0.0005 वोल्ट तक के इनपुट पर स्तर के अंतर का खंड है। सिद्धांत रूप में, इसमें नकारात्मक से सकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज तक एक सहज वृद्धि होगी। व्यवहार में, यह सीमा बहुत संकीर्ण है, और शोर, हस्तक्षेप, आपूर्ति वोल्टेज अस्थिरता, आदि के कारण जब इनपुट पर वोल्टेज लगभग बराबर होते हैं, तो दोनों दिशाओं में तुलनित्र की अराजक ट्रिगरिंग होगी। Op-Amp का लाभ जितना कम होगा, अस्थिरता की यह खिड़की उतनी ही चौड़ी होगी।यदि तुलनित्र एक्चुएटर को नियंत्रित करता है, तो यह इसे चातुर्य (रिले क्लिकिंग, वाल्व स्लैमिंग, आदि) में संचालित करने का कारण बनेगा, जिससे इसकी यांत्रिक विफलता या अधिक गर्मी हो सकती है।

इससे बचने के लिए, धराशायी रेखा द्वारा इंगित अवरोधक को चालू करके एक उथली सकारात्मक प्रतिक्रिया बनाई जाती है। जब वोल्टेज संदर्भ के सापेक्ष ऊपर और नीचे जाता है तो स्विचिंग थ्रेसहोल्ड को स्थानांतरित करके यह थोड़ी मात्रा में हिस्टैरिसीस बनाता है। उदाहरण के लिए, ऊपर तुलनित्र 0.1 वोल्ट पर और नीचे बिल्कुल शून्य पर (प्रतिक्रिया की गहराई के आधार पर) स्विच करेगा। यह अस्थिरता खिड़की को खत्म कर देगा। इस रेसिस्टर की रेटिंग कुछ सौ किलोमीटर से लेकर कुछ मेगाहोम तक हो सकती है। प्रतिरोध जितना कम होगा, थ्रेसहोल्ड के बीच का अंतर उतना ही अधिक होगा।

विशिष्ट तुलनित्र चिप्स भी उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए LM393. इन चिप्स में एक तेज परिचालन एम्पलीफायर (या कई) होता है और इसमें एक अंतर्निहित विभक्त हो सकता है जो एक संदर्भ वोल्टेज बनाता है। Op-Amps पर निर्मित इन तुलनित्रों और उपकरणों के बीच एक और अंतर यह है कि उनमें से कई को सिंगल-एंडेड पावर सप्लाई की आवश्यकता होती है। अधिकांश ऑपेसिटर्स को द्वि-ध्रुवीय वोल्टेज की आवश्यकता होती है। चिप प्रकार की पसंद डिवाइस के डिजाइन द्वारा निर्धारित की जाती है।

डिजिटल तुलनित्र की विशेषताएं

डिजिटल तकनीक में तुलनित्र का भी उपयोग किया जाता है, हालाँकि यह पहली नज़र में विरोधाभासी लगता है। आखिरकार, केवल दो वोल्टेज स्तर हैं - एक और शून्य। उनकी तुलना करने का कोई मतलब नहीं है। लेकिन आप दो बाइनरी नंबरों की तुलना कर सकते हैं, जिसमें आप किसी भी एनालॉग वैल्यू (वोल्टेज सहित) को भी बदल सकते हैं।

मान लीजिए कि बिट्स में समान लंबाई के दो बाइनरी शब्द हैं:

एक्स = एक्स₃एक्स₂एक्स₁एक्स₀ और वाई = वाई₃यू₂यू₁यू.

यदि सभी बिट बिटवाइज़ समान हैं, तो उन्हें मूल्य में समान माना जाता है:

1101=1101 => एक्स=वाई।

यदि कम से कम एक बिट भिन्न है, तो संख्याएँ असमान हैं। बड़ी संख्या बिट तुलना द्वारा निर्धारित की जाती है, उच्चतम बिट से शुरू होती है:

• 1101>101 - यहाँ X का पहला बिट Y के पहले बिट से बड़ा है, और X>Y;
• 1101>101 - पहला बिट बराबर है, लेकिन X का दूसरा बिट बड़ा है और X>Y;
• 111<1110 - Y का तीसरा बिट बड़ा है और X के निचले बिट में बड़ा मान कोई मायने नहीं रखता, X<>

इस तरह की तुलना का कार्यान्वयन I-NE, OR-NE आधार तत्व तर्क सर्किट पर बनाया जा सकता है, लेकिन ऑफ-द-शेल्फ उत्पादों का उपयोग करना आसान है। उदाहरण के लिए, 4063 (सीएमओएस), 7485 (टीटीएल), घरेलू K564आईपी2 और अन्य श्रृंखला के माइक्रोक्रिकिट्स। वे 2-8 बिट तुलनित्र हैं जो संबंधित डेटा इनपुट और नियंत्रण इनपुट के साथ हैं। डिजिटल तुलनित्र के आउटपुट ज्यादातर मामलों में 3 हैं:

• अधिक;
• से कम;
• बराबर।

एनालॉग उपकरणों के विपरीत, बाइनरी तुलनित्र में इनपुट पर समानता एक अवांछनीय स्थिति नहीं है और वे इससे बचने की कोशिश नहीं करते हैं।

इस तरह के उपकरण को बूलियन बीजगणित कार्यों का उपयोग करके आसानी से बनाया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, कई माइक्रोकंट्रोलर में अलग-अलग बाहरी पिन के साथ ऑन-बोर्ड एनालॉग तुलनित्र होते हैं, जो आंतरिक सर्किट को दो मानों की 0 या 1 के रूप में तुलना करने का एक तैयार परिणाम देते हैं। यह छोटे कंप्यूटर सिस्टम के संसाधनों को बचाता है।

जहां वोल्टेज तुलनित्र का उपयोग किया जाता है

तुलनित्र का उपयोग अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जाता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग थ्रेसहोल्ड रिले बनाने के लिए किया जा सकता है। इसके लिए एक सेंसर की आवश्यकता होती है जो किसी भी मान को वोल्टेज में परिवर्तित करता है। ऐसा मूल्य हो सकता है:

• रोशनी का स्तर;
• शोर स्तर;
• पोत या टैंक में तरल स्तर;
• कोई अन्य मूल्य।

तुलनित्र के प्रतिक्रिया स्तर को निर्धारित करने के लिए पोटेंशियोमीटर का उपयोग किया जा सकता है। आउटपुट सिग्नल इंडिकेटर या एक्चुएटर की कुंजी के माध्यम से दिया जाता है।

यदि हिस्टैरिसीस बढ़ जाता है, तो तुलनित्र एक श्मिट ट्रिगर के रूप में कार्य कर सकता है। जब इनपुट पर धीरे-धीरे बदलते वोल्टेज को लागू किया जाता है, तो आउटपुट होता है असतत संकेत खड़ी किनारों के साथ।

दो तत्वों को दोहरे दहलीज तुलनित्र, या विंडो तुलनित्र में जोड़ा जा सकता है।

यहां, प्रत्येक तुलनित्र के लिए थ्रेशोल्ड वोल्टेज अलग से सेट किया गया है - ऊपरी इनपुट के लिए प्रत्यक्ष इनपुट पर, निचले वाले के लिए उलटा इनपुट पर। नि: शुल्क इनपुट संयुक्त होते हैं और मापा वोल्टेज उन पर लागू होता है। आउटपुट "बढ़ते या" सर्किट के अनुसार जुड़े हुए हैं। जब वोल्टेज सेट ऊपरी या निचली सीमा से अधिक हो जाता है, तो तुलनित्रों में से एक आउटपुट पर उच्च स्तर देता है।

एक बहु-स्तरीय तुलनित्र को कई तत्वों से इकट्ठा किया जाता है, जिसका उपयोग रैखिक वोल्टेज संकेतक के रूप में किया जा सकता है, या एक मान जो वोल्टेज में परिवर्तित होता है। चार स्तरों के लिए परिपथ इस प्रकार होगा:

इस सर्किट में, प्रत्येक तत्व के इनपुट पर लागू एक अलग संदर्भ वोल्टेज होता है। इनवर्टिंग इनपुट एक साथ जुड़े हुए हैं और मापा जाने वाला सिग्नल उनके पास आता है। जब ट्रिगरिंग स्तर पर पहुंच जाता है, तो संबंधित एलईडी रोशनी करता है। यदि उत्सर्जक तत्वों को एक लाइन में व्यवस्थित किया जाता है, तो आपको एक लाइट बार मिलता है, जिसकी लंबाई लागू वोल्टेज के स्तर के अनुसार बदलती रहती है।

उसी सर्किट का उपयोग एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) के रूप में किया जा सकता है। यह इनपुट वोल्टेज को संबंधित बाइनरी कोड में परिवर्तित करता है। एडीसी में जितने अधिक तत्व शामिल होते हैं, अंकों की क्षमता उतनी ही अधिक होती है, रूपांतरण उतना ही सटीक होता है। व्यवहार में, लाइन कोड का उपयोग करना असुविधाजनक होता है, और इसे एन्कोडर की सहायता से सामान्य कोड में बदल दिया जाता है। एन्कोडर को तर्क तत्वों पर बनाया जा सकता है, तैयार किए गए माइक्रोक्रिकिट का उपयोग करें या उपयुक्त फर्मवेयर के साथ रॉम का उपयोग करें।

पेशेवर और शौकिया सर्किटरी में तुलनित्रों के आवेदन का दायरा व्यापक है। इन तत्वों का सक्षम अनुप्रयोग कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला को हल करने की अनुमति देता है।

संबंधित आलेख: