전압 비교기 란 무엇이며 무엇을위한 것입니까?

전자 회로를 설계할 때 종종 두 전압의 레벨을 비교할 필요가 있습니다. 이를 위해 비교기와 같은 장치가 사용됩니다. 노드의 이름은 라틴어 비교 또는 비교를 위해 영어로 돌아갑니다.

전압 비교기 란 무엇입니까?

일반적으로 비교기는 비교되는 값(전압)에 대한 두 개의 입력과 비교 결과에 대한 출력이 있는 장치입니다. 비교기는 비교된 매개변수를 공급하기 위한 두 개의 입력(직접 및 역)이 있습니다. 직접 입력의 전압이 역 입력의 전압을 초과하면 출력이 논리 1로 설정되고 그 반대의 경우 0으로 설정됩니다. 반전 입력과 직접 입력 사이의 양의 차가 1이고 반대 상황에서 0이면 비교기를 반전 비교기라고 합니다.

비교기 작동 원리

다음을 사용하여 비교기를 구축하는 것이 편리합니다. 연산 증폭기 (OP-AMP). 이를 위해 속성이 직접 사용됩니다.

• 직접 입력과 반전 입력 사이의 신호 차이 증폭;
• 무한(실제로 - 10000 이상) 이득.

비교기로서 DT의 작업은 다음 회로로 고려할 수 있습니다.

이득이 10000인 DT가 있고 공급 전압이 양극, + 5V 및 - 5V라고 가정합니다. 디바이더 반전 입력에서 정확히 0볼트의 기준 레벨로 설정되고 직접 입력의 전위차계 슬라이더에서 마이너스 5볼트를 가져옵니다. 연산 증폭기는 차이를 10000배 증폭해야 하며 이론적으로 출력에는 마이너스 50000볼트의 전압이 있어야 합니다. 그러나 연산 증폭기가 그러한 전압을 얻을 수 있는 곳이 없으므로 가능한 최대 공급 전압에서 5볼트를 뺀 값을 생성합니다.

직접 입력에서 전압을 올리기 시작하면 Op-Amp는 10000을 곱한 입력 간의 전압 차이를 설정하려고 시도합니다. 입력 전압이 0에 가까워지고 약 -0.0005V가 되면 성공합니다. 양의 입력에서 입력 전압이 추가로 증가하면 출력 전압이 0 이상으로 상승하고 +0.0005볼트에서 +5V와 같아지고 더 이상 상승하지 않습니다. 아무데도 없습니다. 따라서 입력 전압이 0 레벨(보다 정확하게는 마이너스 0.0005볼트에서 +0.0005볼트)을 통과하면 출력 전압이 마이너스 5볼트에서 +5볼트로 점프합니다. 즉, 직접 입력의 전압이 반전 입력보다 낮으면 비교기 출력에서 ​​0이 설정됩니다. 높으면 하나입니다.

흥미로운 부분은 입력에서 마이너스 0.0005볼트에서 + 0.0005볼트까지의 레벨 차이 섹션입니다. 이론적으로 음의 공급 전압에서 양의 공급 전압으로 부드럽게 상승합니다. 실제로 이 범위는 매우 좁고 잡음, 간섭, 공급 전압 불안정성 등으로 인해 입력 전압이 거의 같을 때 양방향에서 비교기의 혼란스러운 트리거가 발생합니다. Op-Amp의 게인이 낮을수록 이 불안정성의 창은 더 넓어집니다.콤퍼레이터가 액츄에이터를 제어하면 액츄에이터가 그대로 작동하여(릴레이 딸깍, 밸브 슬래밍 등) 기계적 고장이나 과열로 이어질 수 있습니다.

이를 피하기 위해 점선으로 표시된 저항을 켜면 얕은 양의 피드백이 생성됩니다. 이는 전압이 기준에 대해 상승 및 하락할 때 스위칭 임계값을 이동하여 소량의 히스테리시스를 생성합니다. 예를 들어, 비교기는 0.1볼트에서 전환되고 정확히 0에서 아래로 전환됩니다(피드백 깊이에 따라 다름). 이것은 불안정성 창을 제거할 것입니다. 이 저항기의 정격은 수백 킬로옴에서 수 메가옴일 수 있습니다. 저항이 낮을수록 임계값 간의 차이가 커집니다.

특수 비교기 칩도 사용할 수 있습니다. 예를 들어 LM393. 이 칩에는 빠른 연산 증폭기(또는 여러 개)가 있으며 기준 전압을 생성하는 분배기가 내장되어 있을 수 있습니다. 이러한 비교기와 연산 증폭기를 기반으로 하는 장치 간의 또 다른 차이점은 이들 중 다수가 단일 종단 전원 공급 장치가 필요하다는 것입니다. 대부분의 opacitor에는 양극성 전압이 필요합니다. 칩 유형의 선택은 장치 설계에 따라 결정됩니다.

디지털 비교기의 특징

비교기는 디지털 기술에서도 사용되지만 언뜻 보기에는 역설적으로 들립니다. 결국 전압 레벨은 1과 0의 두 가지뿐입니다. 그들을 비교하는 것은 의미가 없습니다. 그러나 두 개의 이진수를 비교할 수 있으며 이 숫자로 모든 아날로그 값(전압 포함)을 변환할 수도 있습니다.

비트 단위로 길이가 같은 두 개의 이진 단어가 있다고 가정합니다.

X=X₃엑스₂엑스₁엑스₀ 및 Y=Y₃와이₂와이₁와이.

모든 비트가 비트 단위로 동일하면 값이 동일한 것으로 간주됩니다.

1101=1101 => X=Y.

적어도 하나의 비트가 다르면 숫자가 같지 않습니다. 더 큰 수는 가장 높은 비트부터 시작하여 비트별 비교에 의해 결정됩니다.

• 1101>101 - 여기에서 X의 첫 번째 비트는 Y의 첫 번째 비트보다 크고 X>Y입니다.
• 1101>101 - 첫 번째 비트는 같지만 X의 두 번째 비트는 더 크고 X>Y입니다.
• 111<1110 - Y는 더 큰 세 번째 비트를 가지며 X의 하위 비트에서 더 큰 값은 중요하지 않습니다. X<>

이러한 비교의 구현은 I-NE, OR-NE 기본 요소 논리 회로에서 구축할 수 있지만 기성품을 사용하는 것이 더 쉽습니다. 예를 들어, 4063(CMOS), 7485(TTL), 국내 K564IP2 및 기타 일련의 미세 회로. 데이터 입력 및 제어 입력의 해당 수를 가진 2-8비트 비교기입니다. 디지털 비교기의 출력은 대부분의 경우 3입니다.

• 더;
• 미만;
• 동일한.

아날로그 장치와 달리 이진 비교기의 입력 평등은 바람직하지 않은 상황이 아니며 피하려고 하지 않습니다.

이러한 장치는 부울 대수 함수를 사용하여 쉽게 만들 수 있습니다. 또는 많은 마이크로컨트롤러에는 별도의 외부 핀이 있는 온보드 아날로그 비교기가 있어 내부 회로에 두 값을 0 또는 1로 비교한 기성품 결과를 제공합니다. 이는 소형 ​​컴퓨터 시스템의 리소스를 절약합니다.

전압 비교기가 사용되는 경우

비교기는 광범위한 응용 분야에서 사용됩니다. 예를 들어 임계값 릴레이를 구축하는 데 사용할 수 있습니다. 이를 위해서는 모든 값을 전압으로 변환하는 센서가 필요합니다. 이러한 값은 다음과 같을 수 있습니다.

• 조명 수준;
• 소음 수준;
• 용기 또는 탱크의 액체 레벨;
• 다른 값.

전위차계를 사용하여 비교기의 응답 수준을 설정할 수 있습니다. 출력 신호는 키를 통해 표시기 또는 액추에이터에 제공됩니다.

히스테리시스가 증가하면 비교기가 슈미트 트리거로 작동할 수 있습니다. 천천히 변화하는 전압이 입력에 적용될 때 출력은 다음과 같습니다. 이산 신호 가파른 가장자리.

두 요소는 이중 임계값 비교기 또는 창 비교기로 연결할 수 있습니다.

여기에서 임계 전압은 각 비교기에 대해 별도로 설정됩니다. 직접 입력의 상위 항목, 역 입력의 하위 항목에 대한 것입니다. 자유 입력이 결합되고 측정된 전압이 입력에 적용됩니다. 출력은 "장착 OR" 회로에 따라 연결됩니다. 전압이 설정된 상한 또는 하한을 초과하면 비교기 중 하나가 출력에서 ​​하이 레벨을 제공합니다.

다중 레벨 비교기는 선형 전압 표시기 또는 전압으로 변환되는 값으로 사용할 수 있는 여러 요소로 조립됩니다. 4가지 레벨의 경우 회로는 다음과 같습니다.

이 회로에서 각 요소는 입력에 적용된 서로 다른 기준 전압을 갖습니다. 반전 입력은 함께 연결되고 측정할 신호가 입력됩니다. 트리거링 레벨에 도달하면 해당 LED가 켜집니다. 발광 소자를 일렬로 배치하면 인가 전압의 레벨에 따라 길이가 달라지는 라이트 바가 생깁니다.

동일한 회로를 아날로그-디지털 변환기(ADC)로 사용할 수 있습니다. 입력 전압을 해당 바이너리 코드로 변환합니다. ADC에 포함된 요소가 많을수록 디지트 용량이 높을수록 변환이 더 정확해집니다. 실제로 라인코드는 사용하기 불편하고 인코더의 도움을 받아 일반적인 코드로 변환된다. 인코더는 논리 요소를 기반으로 하거나 기성품의 마이크로 회로를 사용하거나 적절한 펌웨어와 함께 ROM을 사용할 수 있습니다.

전문 및 아마추어 회로에서 비교기의 적용 범위는 넓습니다. 이러한 요소를 유능하게 적용하면 광범위한 작업을 해결할 수 있습니다.

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