Apa itu komparator tegangan dan untuk apa

Saat merancang sirkuit elektronik, seringkali perlu membandingkan level dua tegangan. Untuk tujuan ini, perangkat seperti pembanding digunakan. Nama node kembali ke bahasa Latin comparare, atau lebih tepatnya ke bahasa Inggris untuk membandingkan.

Apa itu komparator tegangan

Secara umum, komparator adalah perangkat dengan dua input untuk nilai (tegangan) yang dibandingkan dan output untuk hasil perbandingan. Komparator memiliki dua input untuk memberi makan parameter yang dibandingkan - langsung dan terbalik. Output diatur ke logika satu jika tegangan input langsung melebihi tegangan input terbalik dan nol jika sebaliknya. Jika perbedaan positif antara input inversi dan input langsung sama dengan satu, dan nol dalam situasi yang berlawanan, komparator disebut pembanding pembalik.

Prinsip operasi komparator

Lebih mudah untuk membangun komparator menggunakan penguat operasional (OP-AMP). Untuk tujuan ini, propertinya langsung digunakan:

• amplifikasi perbedaan sinyal antara input langsung dan input pembalik;
• keuntungan tak terbatas (dalam praktiknya - dari 10.000 dan lebih tinggi).

Kerja DT sebagai pembanding dapat dipertimbangkan dengan rangkaian berikut:

Misalkan ada DT dengan gain 10000, tegangan suplai adalah bipolar, + 5 V dan minus 5 V. Pembagi diatur ke tingkat referensi tepat 0 volt pada input pembalik, dan minus 5 volt diambil dari penggeser potensiometer pada input langsung. Penguat operasional harus memperkuat perbedaan 10000 kali, secara teoritis pada output harus ada tegangan minus 50000 volt. Tetapi tidak ada tempat bagi op-amp untuk mendapatkan tegangan seperti itu, sehingga menciptakan tegangan suplai maksimum yang mungkin, minus 5 volt.

Jika Anda mulai menaikkan tegangan pada input langsung, Op-Amp akan mencoba mengatur perbedaan tegangan antara input dikalikan 10.000. Ini akan berhasil ketika tegangan input mendekati nol dan menjadi sekitar minus 0,0005V. Dengan peningkatan lebih lanjut pada tegangan input pada input positif, tegangan output akan naik ke nol atau lebih tinggi, dan pada +0,0005 volt akan menjadi sama dengan +5 V dan tidak akan naik lebih jauh - tidak ada tempat. Dengan demikian, ketika tegangan input melewati level nol (lebih tepatnya minus 0,0005 volt menjadi +0,0005 volt) akan terjadi lonjakan tegangan output dari minus 5 volt menjadi +5 volt. Dengan kata lain, selama tegangan pada input langsung lebih rendah dari pada input pembalik, nol diatur pada output komparator. Jika lebih tinggi, itu adalah satu.

Yang menarik adalah bagian perbedaan level pada input dari minus 0,0005 volt hingga + 0,0005 volt. Secara teori, itu akan memiliki kenaikan yang mulus dari tegangan suplai negatif ke positif. Dalam prakteknya, kisaran ini sangat sempit, dan karena kebisingan, interferensi, ketidakstabilan tegangan suplai, dll. Ketika tegangan pada input kira-kira sama, akan ada pemicu kacau komparator di kedua arah. Semakin rendah gain Op-Amp, semakin lebar jendela ketidakstabilan ini.Jika komparator mengontrol aktuator, itu akan menyebabkannya beroperasi dengan bijaksana (relay click, valve slamming, dll.), yang dapat menyebabkan kegagalan mekanis atau overheating.

Untuk menghindari hal ini, umpan balik positif yang dangkal dibuat dengan menyalakan resistor yang ditunjukkan oleh garis putus-putus. Ini menciptakan sejumlah kecil histeresis dengan menggeser ambang switching ketika tegangan naik dan turun relatif terhadap referensi. Misalnya, komparator naik akan beralih pada 0,1 volt dan turun tepat nol (tergantung pada kedalaman umpan balik). Ini akan menghilangkan jendela ketidakstabilan. Nilai resistor ini bisa dari beberapa ratus kilohm hingga beberapa megaohm. Semakin rendah resistansi, semakin besar perbedaan antara ambang batas.

Chip komparator khusus juga tersedia. Misalnya LM393. Chip ini memiliki penguat operasional cepat (atau beberapa) dan mungkin memiliki pembagi built-in yang menciptakan tegangan referensi. Perbedaan lain antara komparator ini dan perangkat yang dibangun di atas Op-Amp adalah bahwa banyak dari mereka membutuhkan catu daya ujung tunggal. Kebanyakan opacitors membutuhkan tegangan bi-polar. Pilihan jenis chip ditentukan oleh desain perangkat.

Fitur Komparator Digital

Pembanding juga digunakan dalam teknologi digital, meskipun sekilas terdengar paradoks. Lagi pula, hanya ada dua level tegangan - satu dan nol. Tidak masuk akal untuk membandingkan mereka. Tetapi Anda dapat membandingkan dua bilangan biner, di mana Anda juga dapat mengonversi nilai analog apa pun (termasuk tegangan).

Misalkan ada dua kata biner dengan panjang yang sama dalam bit:

X=X₃X₂X₁X₀ dan Y=Y₃kamu₂kamu₁kamu.

Mereka dianggap sama nilainya jika semua bit sama:

1101=1101 => X=Y.

Jika setidaknya satu bit berbeda, maka angkanya tidak sama. Jumlah yang lebih besar ditentukan oleh perbandingan sedikit demi sedikit, mulai dari bit tertinggi:

• 1101>101 - di sini bit pertama X lebih besar dari bit pertama Y, dan X>Y;
• 1101>101 - bit pertama sama, tetapi bit kedua X lebih besar dan X>Y;
• 111<1110 - Y memiliki bit ketiga yang lebih besar dan nilai yang lebih besar di bit bawah X tidak masalah, X<>

Implementasi perbandingan semacam itu dapat dibangun di atas sirkuit logika elemen dasar I-NE, OR-NE, tetapi lebih mudah untuk menggunakan produk yang tersedia. Misalnya, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), K564IP2 domestik dan rangkaian sirkuit mikro lainnya. Mereka adalah pembanding 2-8 bit dengan jumlah input data dan input kontrol yang sesuai. Output dari komparator digital dalam banyak kasus 3:

• lagi;
• kurang dari;
• setara.

Tidak seperti perangkat analog, kesetaraan input dalam komparator biner bukanlah situasi yang tidak diinginkan dan mereka tidak mencoba untuk menghindarinya.

Perangkat tersebut dapat dengan mudah dibangun menggunakan fungsi aljabar Boolean. Sebagai alternatif, banyak mikrokontroler memiliki pembanding analog on-board dengan pin eksternal terpisah, yang memberikan sirkuit internal hasil siap pakai untuk membandingkan dua nilai sebagai 0 atau 1. Ini menghemat sumber daya sistem komputer kecil.

Di mana komparator tegangan digunakan

Komparator digunakan dalam berbagai aplikasi. Misalnya, dapat digunakan untuk membangun relay ambang batas. Ini membutuhkan sensor yang mengubah nilai apa pun menjadi tegangan. Nilai seperti itu dapat berupa:

• tingkat iluminasi;
• tingkat kebisingan;
• tingkat cairan di kapal atau tangki;
• nilai lainnya.

Potensiometer dapat digunakan untuk mengatur tingkat respons komparator. Sinyal keluaran diberikan melalui kunci ke indikator atau aktuator.

Jika histeresis meningkat, komparator dapat bertindak sebagai pemicu Schmitt. Ketika tegangan yang bervariasi perlahan diterapkan ke input, outputnya adalah: sinyal diskrit dengan tepi curam.

Kedua elemen dapat dihubungkan dalam pembanding ambang ganda, atau pembanding jendela.

Di sini, tegangan ambang diatur secara terpisah untuk setiap komparator - untuk yang atas pada input langsung, untuk yang lebih rendah pada input terbalik. Input gratis digabungkan dan tegangan terukur diterapkan padanya. Output terhubung sesuai dengan sirkuit "pemasangan ATAU". Ketika tegangan melebihi batas atas atau bawah yang ditetapkan, salah satu komparator memberikan level tinggi pada output.

Komparator multi-level dirakit dari beberapa elemen, yang dapat digunakan sebagai indikator tegangan linier, atau nilai yang diubah menjadi tegangan. Untuk empat level rangkaiannya akan seperti ini:

Di sirkuit ini, setiap elemen memiliki tegangan referensi berbeda yang diterapkan pada inputnya. Input pembalik dihubungkan bersama dan sinyal yang akan diukur datang kepada mereka. Saat level pemicu tercapai, LED yang sesuai akan menyala. Jika elemen pemancar diatur dalam garis, Anda mendapatkan bilah cahaya, yang panjangnya bervariasi sesuai dengan tingkat tegangan yang diberikan.

Sirkuit yang sama dapat digunakan sebagai konverter analog-ke-digital (ADC). Ini mengubah tegangan input menjadi kode biner yang sesuai. Semakin banyak elemen yang dimasukkan dalam ADC, semakin tinggi kapasitas digitnya, semakin akurat konversinya. Dalam praktiknya, kode baris tidak nyaman digunakan, dan diubah menjadi kode biasa dengan bantuan encoder. Encoder dapat dibangun di atas elemen logika, menggunakan sirkuit mikro yang sudah jadi atau menggunakan ROM dengan firmware yang sesuai.

Lingkup penerapan komparator dalam sirkuit profesional dan amatir sangat luas. Aplikasi yang kompeten dari elemen-elemen ini memungkinkan untuk menyelesaikan berbagai tugas.

Artikel terkait: