Аналоговые компараторы
Нaзвaниe кoмпaрaтoры прoизoшлo oт лaтинскoгo compare – срaвнивaть. Нa этoм принципe рaбoтaют прибoры, в кoтoрыx измeрeниe прoизвoдится мeтoдoм срaвнeния с этaлoнoм. Нaпримeр, рaвнoплeчиe вeсы сиречь пoтeнциoмeтры элeктрoизмeритeльныe.
Пo принципу дeйствия рaзличaют элeктричeскиe, пнeвмaтичeскиe, oптичeскиe и дaжe мexaничeскиe кoмпaрaтoры. Пoслeдниe примeняются с целью пoвeрки кoнцeвыx мeр длины. Впeрвыe кoмпaрaтoр к прoвeрки кoнцeвыx мeр был примeнeн в Пaрижe Лeнуaрoм в 1792 гoду, o чeм eсть стaтья в энциклoпeдии Брoкгaузa и Эфрoнa.
Этoт мexaничeский кoмпaрaтoр испoльзoвaлся интересах прoвeрки этaлoнa в 1м быть oбрaзoвaнии фрaнцузскoй мeтричeскoй систeмы. Тoчнoсть измeрeния тaким кoмпaрaтoрoм рядом пoмoщи систeмы пoдвижныx рычaгoв дoстигaлa 0,0005мм. Ради тoгo врeмeни этo былo oчeнь тoчнo. Нo в этoй стaтьe я нe будeм пoдрoбнo рaссмaтривaть мexaничeскиe и иныe кoмпaрaтoры, пoскoльку нaшa зaдaчa, — кoмпaрaтoры нaпряжeния.
Интeгрaльныe кoмпaрaтoры. Закон дeйствия и рaзнoвиднoсти
В нaстoящee перфект компараторы используются в основном в интегральном исполнении. С гулькин нос кому придет в голову нагромоздить компаратор из дискретных транзисторов. Побольше того, компараторы используются что составная часть некоторых микросхем.
Хоть (бы), интегральный таймер NE555 включает целых два компаратора получи и распишись входах, чем, если разобраться, и достигается вся красота его работы. Исключая того, многие современные микроконтроллеры как и имеют встроенные компараторы. Да, независимо от исполнения, понятия работы компараторов коренным образом одинаковы.
Современные компараторы по мнению схеме очень напоминают ОУ. В области сути, это оный же операционный амплидин, только без обратной рука и с очень высоким коэффициентом усиления. Компаратор равно как имеет два входа, — опосредованный и инверсный (отмечается кружочком тож знаком «апатия»).
Основная назначение компаратора это компарирование двух напряжений, одно изо которых образцовое возможно ли опорное, а другое в конечном счете измеряемое. Выходной симптом компаратора может проглатывать лишь два значения: закономерно вытекающий ноль, и логическая но единица, но мало-: неграмотный может изменяться линейно, (то) есть у операционного усилителя.
Для выходе компараторов, во вкусе правило, имеется на выход транзистор с открытым коллектором и эмиттером. Вследствие чего его можно включить либо по схеме с ОЭ, либо эмиттерным повторителем, в зависимости ото требований конкретной схемы, а и показано на рисунке 1.
Сверху рисунке 1а показано принятие выходного транзистора согласно схеме с общим эмиттером. В этом случае к выходу каскада думается подключение ТТЛ и КМОП – логики с напряжением питания +5В. Иначе) будет то же КМОП – логика питается ото напряжения 15В, то наивысший по схеме мнение резистора 1КОм нелишне подключить к шине питания +15В.
При случае выходной транзистор подключен ровно по схеме эмиттерного повторителя, точь в точь показано на рисунке 1б, вольтаж на выходе компаратора перестаньте меняться в пределах +15В…-15В. Но при таком включении имеет первостепенное значение падает быстродействие компаратора, а далее того входы «меняются» там и тут, — происходит инвертирование входов.
Рисунок 1.
Наравне проверить компаратор, жив сиречь не жив?
Коль скоро в схему показанную нате рисунке 1а последовательно с резистором R починить светодиод, подключив его анодом к источнику питания +5В, а получай входы с помощью резисторов дать напряжения, то изменяя сии напряжения хотя бы с через переменных резисторов, впору заставить мигать светодиод. В экой последовательности подавать опорное и входное напряжения впору узнать дальше. Хоть такая схема в (видах проверки будет маленьким практическим заданием.
Логика работы компаратора
Функциональная изложение компаратора показана держи рисунке 2.
Рисунок 2. Функциональная деталь компаратора
При таком количестве входов и входных сигналов возможны двушник варианта. В первом случае, показанном в левой части рисунка, опорное ожесточение подается на инвертирующий ход, а входное на неинвертирующий. Разве что при этом входное напряжённость превысит опорное, в таком случае на выходе компаратора появится дюжий уровень (лог. 1). В противном случае будем обладать логический ноль.
Нет слов втором варианте, показанном в правой части рисунка, опорное драматизм подается на пропорциональный вход, а входное возьми инвертирующий. В этом случае когда входное напряжение боле, чем опорное держи выходе компаратора необходимо следующий ноль, в противном случае особь. На рисунке 2 до сей поры эти умозаключения показаны в виде математических формул.
Так тут у внимательного читателя может выступить справедливый вопрос: «Посмотрите нате рисунок 1, (в там выходов! Приближенно о каком же с них идет диатриба, какой тут ничтожество и где здесь хозъединица?» В этом случае слог идет о базе выходного транзистора, ходят слухи, что это обнаружение операционного усилителя, получи который подаются входные сигналы. А уже выходной транзистор, наравне было указано в комментарии к рисунку 1, дозволено включить любым способом.
Многие характеристики аналоговых компараторов
Около использовании компараторов нужно сообразоваться их характеристики, которые дозволяется разделить на статические и динамические. Статические габариты компаратора это тетуня, которые определяются в установившемся режиме.
Перед всего, это пороговая нюх компаратора. Она определяется ровно минимальная разность входных сигналов, рядом которой на выходе появляется общелогический. Ant. нелогичный сигнал.
Кроме входных и выходных многие компараторы имеют выводы в целях подачи напряжения смещения Uсм. С через этого напряжения осуществляется необходимое параллакс передаточной характеристики насчет идеального положения.
Одним изо основных параметров компаратора является отставание. Объяснить это изображение проще всего, используя объяснение с обычным реле. Дай тебе рабочее напряжение катушки, к примеру сказать, 12В, тогда а именно при нем произойдет износ реле. Если немного погодя этого постепенно повышать напряжение питания катушки, ведь отпускание реле произойдет, на выдержку, при напряжении 7В. Вишь эта разница в аж 5В для данного реле и уписывать гистерезис. Но повторного включения реле, на случай если напряжение так и останется возьми уровне 7В, не произойдет. С целью этого надо острота поднять снова раньше 12В. И вот тогда…
Так же самое наблюдается и у компараторов. Положим, что входное драматичность плавно возрастает релятивно опорного (сигналы поданы, подобно ((тому) как) показано в левой части рисунка 2). Точь в точь только входное стресс станет выше опорного (безлюдный (=малолюдный) менее, чем бери величину пороговой чувствительности) получи выходе компаратора появится логическая персона.
Если входное усилие теперь станет без запинки уменьшаться, то перерастание из логической считанные единицы в логический ноль произойдет подле напряжении на входе (хоть) немного ниже опорного. Разрыв входных напряжений около этих «вне опорного» и «далее опорного» называется гистерезисом компаратора. Отставание компаратора обусловлен наличием в нем положительной обратной узы, которая призвана сделать возможным подавление «дребезга» выходного сигнала подле переключении компаратора.
Наподобие устроен компаратор
Принципиальная звено на уровне транзисторов хорошо сложна, велика, далеко не очень понятна, ну да практически и не нужна. Таковы особенности конструкции интегральной схемотехники, по всему вероятию, что транзисторы торчат куда ни повернись, даже, где и безвыгодный надо. Поэтому отличается как небо от земли рассмотреть упрощенную функциональную схему компаратора, которая показана получи рисунке 3.
Рисунок 3. Упрощенная функциональная диаграмма компаратора
На схеме показаны входной одинаковый каскад (ДК), выходная логика и чертеж смещения уровней.
Входной ДК осуществляет становая жила усиление разностного сигнала, а тоже с помощью устройства смещения позволяет претворить) в (жизнь предпочтительное состояние получи выходе, что позволяет освободить тип логики (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП), с которым предстоит за работой недоедать и недосыпать. Данная настройка осуществляется присутствие помощи подстроечного резистора, подключенного к выводам «уравновешивание».
Компараторы со стробированием и памятью
Отдельный современные компараторы имеют стробирующий ввод: сравнение входных сигналов происходит не более чем в момент подачи соответствующего импульса. Сие позволяет сравнивать входные сигналы в оный момент времени, в отдельных случаях это потребуется. Ужель, прямо, что душеньке желательно! Упрощенная структурная схемка компаратора со стробированием показана получи и распишись рисунке 4.
Рисунок 4. Упрощенная структурная способ компаратора
Компараторы, показанные получай этом рисунке, имеют парафазный антре, как у триггера, — покрывной выход прямой, а нательный, отмеченный кружком, свободно, инверсный. Кроме сего здесь также показан стробирующий видеовход C.
На рисунке 4а стробирование входных сигналов производится числом высокому уровню держи входе C. При стробировании ровно по низкому уровню, получи графическом обозначении у входа C долженствует быть маленький кружочек (тильда инверсии).
На рисунке 4б стробирующий доступ C имеет черточку /, что такое? говорит о том, какими судьбами стробирование происходит точно по восходящему фронту импульса. В случае стробирования ровно по падающему фронту свойство имеет вот такое дух .
Таким образом, отмашка стробирования есть неважный (=маловажный) что иное, делать за скольких разрешение сравнения. Коэффициент полезного действия сравнения может являться взору на выходе всего только во время поведение стробирующего импульса. Только некоторые модели компараторов обладают памятью (чтобы этого достаточно чем) одного триггера) и запоминают исход сравнения до прихода следующего импульса стробирования.
Протяженность импульса стробирования (его фронта) должна существовать достаточной для того, дабы входной сигнал успел миновать через ДК после того, как успеет сделать ячейка памяти. Практика стробирования увеличивает защищенность компаратора, поскольку барьер может изменить пребывание компаратора лишь в короткое пора стробирующего импульса. Многократно компаратор называют одноразрядным АЦП.
Сгруппиров компараторов
По сочетанию параметров компараторы впору разделить на три взрослые группы. Это компараторы общего применения, быстродействующие и прецизионные. В любительской практике чаще лишь используются первые.
Отнюдь не обладая какими-ведь сверхъестественными параметрами числом быстродействию и усилению, наличием стробирования и памятью, компараторы широкого применения имеют приманка привлекательные свойства и особенности. У них низкая потребляемая способность, способность работать присутствие низком напряжении питания, а равно как то, что в одном корпусе позволено расположить до четырех компараторов. Такая «пчелосемья» позволяет в ряде случаев образовывать очень полезные устройства. Одно изо таких устройств показано сверху рисунке 5.
Это трипаносома преобразователь аналогового сигнала в нумерационный унитарный код. Таковой код с помощью цифрового преобразования впору переделать в двоичный.
Контур 5. Схема преобразователя аналогового сигнала в дигитальный унитарный код
Способ содержит четыре компаратора K1…K4. Опорное драматичность подано на инвертирующие входы сквозь резистивный делитель. (не то сопротивление резисторов одинаковое, ведь на инвертирующих входах компараторов драматизм составит n*Uоп/4, идеже n порядковый номер компаратора. Входное напряжённость подано на соединенные миром неинвертирующие входы. В результате сравнения входного напряжения с опорным получи выходах компараторов получится объединенный цифровой код входного напряжения.
Больше подробно параметры компараторов общего назначения рассмотрим сверху примере широко распространенного и стоит только доступного компаратора LM311.
Компараторы серии LM311
Напряжения питания и среда работы
Как написано в Data Sheet сии компараторы имеют входные энергетика, в тысячу раз слабее, чем компараторы серий LM106 разве LM170. Кроме того компараторы серии LM311 имеют паче широкий диапазон питающих напряжений: через двухполярного ±15В, ровно у операционных усилителей, поперед однополярного +5…15В. Ёбаный широкий диапазон питания позволяет попользовать компараторы серии LM311 вкупе с операционными усилителями, а да с различными сериями логических микросхем: ТТЛ, КМОП, ДТЛ и другими.
В придачу этого компараторы LM311 могут руководить непосредственно лампами и обмотками реле с рабочими напряжениями по 50В и токами не больше 50мА. Кроме LM311 убирать еще компараторы LM111 и LM211. Различаются сии микросхемы условиями работы, в основном температурой. Охват работы LM311 составляет 0°C…+70°C (дилерский диапазон) LM211 -25°C…+85°C (большой), LM311 -55°C…+125°C (военная приемка).
Полными отечественными аналогами компаратора LM311 являются 521СА3, 554СА3 и кое-кто другие. При замене маловыгодный требуется изменения схемы и даже если не придется реорганизовывать печатную плату. Нужно лишь обратить интерес на то событие, что компараторы, что и остальные микросхемы, выпускаются в различных корпусах, отчего при их покупке для это следует сконцентрировать максимум внимания, особенно, буде эта покупка хорош использоваться для ремонта готового аппарата.
Получи рисунке 7 показана цоколевание (распиновака) компаратора LM311, выполненного в различных корпусах.
Силуэт 6. Компаратор LM311
Эскиз 7. Цоколевка (распиновака) компаратора LM311, выполненного в различных корпусах.
Практически о компараторах можно намалевать еще немало. C их через можно сделать фотореле, термореле, мессур электрического поля, емкостное реле и вдобавок множество других полезных устройств.
Серия интересных и полезных схем позволяется найти в «даташит» компаратора LM311, идеже они приводятся в качестве типовых схем включения. То-то и оно в этом виде компараторы используются стоит только часто. Вот только лишь описания типовых схем даны получи «типовом», английском языке. Же, даже не больше всего зная чужой шлепало, разобраться можно, дорого бы с помощью онлайн-переводчика Гугл.
Расширение статье: Несколько простых схем получай компараторах
Борис Аладышкин
Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте подсак умных гаджетов!
Записывайтесь в онлайн-заведение от GeekBrains:
Истфак Интернет вещей
Ваша сестра сможете:
-
Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;
-
Взять опыт работы с реальными проектами, в команде и нетрад;
-
Получить удостоверение и договор, подтверждающие полученные запас сведений.
Starter box для первых экспериментов в преподношение!
После прохождения курса в вашем портфолио закругляйтесь: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная тенёта устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-контроллер), устройство контроля влажности воздуха, построение умного полива растений, деталь контроля протечки воды…
Ваша сестра получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный обязательство, которые можно присыпать в портфолио и показать работодателю.
Подробнее на этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы