Компаратор напряжений: Компаратор напряжения на ОУ: принцип работы, схемы

Содержание

Компаратор напряжения на ОУ: принцип работы, схемы

Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.

Обозначение и технические характеристики

Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход, как и у АЦП. Для отображения сигнала используется специальный индикатор.

УГО отображение компаратора выглядите следующим образом:

Фото — УГО компаратора

Изначально использовался только интегрированный компаратор напряжения (MAX 961ESA, PIC 16f628a), который известен как высокоскоростной. Он требует определенного дифференциального напряжения в определенном диапазоне, который существенно ниже, чем напряжение сети питания. Эти приборы не допускают никаких других внешних сигналов, которые находятся вне диапазона напряжения сети.

Сейчас гораздо чаще используется аналоговый цифровой компаратор (Attiny/ Atmega 2313), у которого транзисторный ввод. У него вводный потенциал сигнала находится в диапазоне менее 0,3 Вольт и не поднимается выше. Устройство может быть также ультра быстрого типа (стереокомпаратор), благодаря чему входной сигнал меньше обозначенного диапазона, к примеру, 0,2 Вольта. Как правило, используемый диапазон ограничивается только конкретным входным напряжением.

Фото — Компаратор

Помимо простого прибора, также существует видеоспектральный компаратор на ОУ (операционном усилителе). Это прибор, у которого очень тонко сбалансирована разница входа и высокого сопротивления сигнала. Благодаря такой характеристики, операционный компаратор используется в низкопроводимых схемах с небольшим вольтажем.

Фото — схема компаратора

В теории, частотный операционный усилитель работает в конфигурации с открытым контуром (без отрицательной обратной связи) и может быть использован в качестве компаратора низкой производительности. Но при этом, не инвертирующий вход (+ V) находится на более высоком напряжении, чем на инвертирующий (V-). Высокое усиление, выходящее из операционного усилителя, провоцирует выход низкого напряжения на входе в устройство.

Когда неинвертирующий вход падает ниже инвертирующего входа, выходной сигнал насыщается при отрицательном уровне питания, то он все равно может проводить импульсы. Выходное напряжение ОУ ограничивается только напряжением питания. Принципиальная электрическая схема ОУ работает в линейном режиме с отрицательной обратной связью, с помощью сбалансированного сплит-источника питания (питание от ± V S ). Многие приборы, работающие с компаратором, также имеют свойство фиксировать полученные данные при помощи видео-, фото- или документальной записи. Эти электронные принципы не работают в системах, где используются разомкнутые контуры и низкопроводящие элементы.

Фото — простой компаратор

Но у компараторного усилителя существует несколько существенных недостатков:

  1. Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью. Но при этом, ОУ имеет более длительный режим восстановления;
  2. Почти все операционные усилители имеют конденсатор внутренней компенсации, который ограничивает скорость нарастания выходного напряжения для высокочастотных сигналов. Исходя из этого, данная схема немного задерживает импульс;
  3. Компаратор не имеет внутреннего гистерезиса.

Из-за этих недостатков, компаратор для управления различными схемами, в большинстве случаев, используется без усилителя, исключением является генератор.

Компаратор предназначен для производственных процессов с ограниченным выходным напряжением, которое легко взаимодействует с цифровой логикой. Поэтому его часто используются в различных термических приборах (терморегулятор, реле температуры). Также его применяют для сравнения сигналов и сопротивлений таких устройств, как таймер, стабилизатор и прочая схемотехника.

Фото — аналоговый компаратор

Видео: компараторы

Принцип работы

Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.

Фото — схема работы компаратора

Схема включения, по которой можно понять принцип работы компаратора, показана выше. Используя аналоговый сигнал во + входе, именуемым «неинвертируемым», и выходе, который называется под названием «инвертируемый», устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. При этом если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора Q8 на эквивалентной схеме LM339, которую нужно включить. Но, если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0», из-за чего, коллектор будет находиться в закрытом виде.

Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания. Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.

Назначение

Зачем нужен компаратор и как его использовать без усилителя? В большинстве случаев, этот прибор применяется в несложных компьютерных схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения. Это может быть зарядное устройство для ноутбука или телефона, весы (определитель массы), датчик сетевого напряжения AVR, таймер (компоратор типа lm 358, микроконтроллер и т. д. Также его применяют различные интегральные микросхемы для контроля входных импульсов, обеспечивая связь между источником сигнала и его центром назначения.

Фото — компараторы для компьютера

Наиболее популярным примером является компаратор триггер (регулятор) Шиммера. Он работает в режиме многоканальности, соответственно, может сравнивать большое количество сигналов. В частности, данный триггер применяется для того, чтобы восстановить цифровой сигнал, который искажает связь в зависимости от уровня напряжения и расстояния источника питания.

Это аналог стандартного компаратора, просто с более расширенным функционалом, который обеспечивает измерение нескольких входящих сигналов.

Фото — ОУ компаратор

Также есть компаратор шероховатости. Это устройство, которое помогает визуально определить состояние поверхности, которая уже подвергалась обработке. Применение этого приспособления обосновано необходимостью определять допуски обработанных ранее поверхностей.

Программирование и компаратор

Компоратор используется не только как часть электрической схемы ШИМ и т. д., его часто используют для создания отдельных программ или их компонентов. Например, устройство часто используется для создания java-коллекций.

  1. Чтобы работать, Вам понадобится специальная программа Maven. Для начала Вам нужно создать проект, для полноценной работы необходимо подключение к интернету. Создаете новый проект, в структуре выберете два компонента: comparator и pojo. Наличие проверяется при помощи утилиты JUnit 4.11;
  2. Установите pom.xml и создайте новый файл. Прерывание процесса недопустимо, поэтому очень важно на каждом этапе сохранять. После осуществляется создание и настройка POJO, где указываются нужные настройки. Параметры зависят от требований к конкретной библиотеке. Это могут быть даты рождения, общая информация по проживанию и т. д.;
  3. И только после создается компаратор. Это класс, который используется для поверки данных и их распределения по нужным папкам. Использование данного класса необходимо, если нужно отсортировать определенную информацию по заданным параметрам (цвета, размеры, даты). Благодаря этому обеспечивается защита данных и их классификация по определенному принципу.

Купить готовый компаратор можно в любом магазине радиотехнических приборов и электротехники. Цена прибора варьируется в зависимости от его назначения и количества каналов.

Компараторы. Устройство и работа. Виды и применение. Особенности

Компараторы — название произошло от принципа работы – сравнения. Так функционируют приборы, производящие измерения способом сравнивания с эталоном: весы с одинаковыми плечами, электрические потенциометры.

По своей принципиальной работе компараторы делятся на механические, электрические и оптические. Приборы с механической конструкцией применяются для проверки конечных мер длины. Компараторы для таких целей впервые применены во Франции в 1792 году, об этом имеется информация в энциклопедиях. Такой компаратор на механической основе работал для поверки эталонного метра во время появления метрической системы Франции. Точность таких замеров компаратора рычагами доходила до 0,0005 мм. Это большая точность для того периода времени.

Наша задача рассмотреть компараторы, применяющиеся в современное время в электротехнике для напряжения.

Принцип работы и виды интегральных компараторов

Компараторы с двумя входами и одним выходом. Причем один из входов является прямым, а другой инверсным. На эти входы поступает напряжение, которые устройство сравнивает. В зависимости от этого сравнения на своем выходе устройство устанавливает либо логический ноль, когда напряжение на инверсном входе выше, чем на прямом, либо логическую 1, когда напряжение входа прямого выше, чем на инверсном.

На схеме видно стандартное обозначение компаратора. Компаратор сам по себе достаточно универсален и находит широкое применение в радиолюбительской деятельности. На основе компаратора можно собрать таймер, мультивибратор и даже драйвер для светодиодов.

При выборе компаратора следует обратить внимание на следующие параметры:
  • Диапазон напряжения питания.
  • Диапазон входных напряжений.
  • Максимальный ток на выходе компаратора.
  • Тип выхода.

Не все компараторы могут установить плюс питания на выходе.

Данная схема построена на переменном резисторе 20 кОм, двух постоянных резисторов 10 кОм, которые образуют собой делитель напряжения на постоянных резисторах. Они подключены к инвертирующему входу. К нему же подключен делитель напряжения на переменном резисторе.

Выход компаратора представляет собой коллектор внутреннего транзистора, эмиттер которого подключен к земле. Этот транзистор либо подключает выход к земле, либо отключает его, поэтому плюса питания на выходе быть не может. Поэтому мы подтягиваем выход компаратора через резистор номиналом 1 кОм к плюсу питания.

Когда на неинвертирующем входе напряжение выше, чем на инвертирующем, транзистор закрывается. Добавленный нами резистор подтягивает к его к плюсу питания, вследствие чего светодиод загорается. Когда на неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем, то транзистор открывается и притягивает выход компаратора к земле, вследствие чего светодиод перестает светиться.

Если же на двух входах напряжение примерно одинаковое, то выход компаратора логично переключается из одного состояния в другое и обратно под воздействием внутренних и внешних помех. Для борьбы с помехами и четкого переключения компаратора из одного состояния в другое собираются схемы с гистерезисом.

Обозначения выводов выглядят следующим образом:

Первая ножка – это выход первого компаратора, вторая ножка – инвертирующий вход первого компаратора, третья – неинвертирующий вход первого компаратора, четвертая – земля, восьмая ножка – напряжение питания. Второй компаратор не используется. Выход подключен желтым проводом к подтягивающему резистору и к светодиоду, зеленый провод подключен к делителю напряжения на постоянных резисторах, белый провод подключен к средней ножке переменного резистора, который является делителем напряжения.

При измерении напряжения питания на делителе напряжения на постоянных резисторах 10 кОм. При включении схемы загорается красный светодиод. Включаем мультиметр для измерения постоянного напряжения диапазона до 20 В, подключим его ко второй ножке микросхемы. Показания напряжения 2,4 В. Это постоянные резисторы, делитель напряжения не будет изменять само напряжение. Так как переменный резистор установлен на неинвертирующем входе, то переключаемся на него. Показания 0,87 В. На неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем. Следовательно светодиод не горит.

При превышении напряжения выше 2,4 В светодиод начинает светиться. При воздействии внешних помех происходит хаотичное переключение выхода компаратора. Здесь может пригодиться схема гистерезиса.

Компараторы применяются в интегральном исполнении в качестве составных деталей микросхем. Интегральные таймеры имеют в составе два входных компаратора. Этим определяется особенность работы прибора. Микроконтроллеры производят со встроенными компараторами. Независимо от конструкции и схемы принцип действия прибора не отличается.

Новые компараторы похожи на операционные усилители, у них высокий усиливающий коэффициент, не имеют обратной связи, входы такого же типа.

Работа компаратора напряжения

В различных описаниях работы устройства приводятся примеры сравнения с рычажными весами. На одну сторону весов ложится гиря – эталон, на другую товар. Когда вес товара станет равным массе гири, или больше, то гири поднимаются вверх, на этом взвешивание окончено.

С работой компаратора напряжения происходит похожий процесс. Вместо гирь выступает опорное напряжение, вместо товара – сигнал входа. При возникновении логической единицы на выходе устройства происходит сравнение напряжений. Это называют «пороговой чувствительностью» компаратора.

Для тестирования устройства не нужно сложной схемы. Необходимо включить вольтметр на выход устройства, а на входы подключить напряжение, которое регулируется. При изменении входного напряжения на вольтметре будет видна работа компаратора.

Характеристики компараторов

При применении приборов нужно учесть характеристики, делящиеся на динамические и статические. Статические – это параметры установившегося режима. Это пороговая чувствительность. Она является наименьшей разностью сигналов входа. При ней возникает логический сигнал на выходе.

Некоторые компараторы оснащены выводами для смещающего напряжения, осуществляющего смещение характеристики передачи от идеального положения. Важным параметром является гистерезис, то есть разница напряжений входа. Он обусловлен обратной связью положительного значения, предназначенного для устранения «дребезга» сигнала выхода при переключении компаратора.

Устройство

Схема прибора довольно сложная, большая и не слишком понятная. Рассмотрим простую функциональную схему по рисунку.

Показан дифференциальный каскад входа, схема уровневого смещения, логика выхода. Дифференциальный каскад производит основное усиление сигнала разности. Устройством смещения осуществляется оптимальное состояние выхода. Это дает возможность выбрать тип логики для работы. Такая настройка производится подстроченным резистором на выводах «балансировки».

Компаратор с памятью и стробированием

Современные инновационные компараторы оснащены стробирующим входом. Это значит, что сравнение сигналов входа осуществляется только при подаче импульса. Это дает возможность сравнить сигналы входа в необходимый момент.

Простая схема структуры устройства со стробированием:

Устройства по рисунку с парафазным выходом, подобно триггеру – прямой верхний выход, нижний (кружок) – инверсный. С – стробирующий вход. На рисунке а) стробирование сигналов входа осуществляется по высокому уровню входа С. На обозначении входа С изображают знак инверсии маленьким кружком.

Рисунке б) стробирующий вход с чертой /. Это значит, что стробирование проходит по восходящему импульсу. Стробирующий сигнал – разрешение сравнения. Итог сравнения появляется на выходе при действии импульса стробирования. На некоторых устройствах есть память (с триггером). Они сохраняют результат до следующего импульса.

Время импульса стробирования (фронта) должно хватать для того, чтобы сигнал входа успевал проходить через дифференциальный каскад до срабатывания ячейки памяти. Использование стробирования повышает защиту от помех, так как помеха изменяет состояние устройства за время импульса.

Классификация

Компараторы делятся на три группы: общего применения, прецизионные и быстродействующие. В практической деятельности чаще применяются устройства общего применения.

Такие устройства имеют особенности и свойства, привлекающие к себе внимание. Они потребляют небольшую мощность, могут работать при малом напряжении питания. В одном корпусе можно разместить 4 устройства. Эта группа иногда дает возможность производить полезные устройства.

Это простой преобразователь сигнала в унитарный цифровой код, который можно преобразовать в двоичный, цифровым преобразованием. На схеме имеется 4 компаратора. Напряжение опорное подается на инвертирующие входы по делителю резистивного типа. При одинаковых резисторах на инвертирующих входах устройства напряжение будет равно n * Uоп / 4, n – номер устройства. Напряжение входа подается на неинвертирующие входы, которые соединены вместе.

В итоге сравнения напряжения входа с опорным, на компараторных выходах образуется цифровой унитарный код напряжения входа.

Похожие темы:

Компаратор. Описание и применение. Часть 1

Эта статья содержит основную информацию о работе компараторов напряжения построенных на интегральных микросхемах и может быть использована в качестве справочного материала для построения различных схем.

В электронике, компаратор представляет собой устройство, которое сравнивает между собой два электрических сигнала и выводит цифровой сигнал, указывающий на увеличение одного входного сигнала над другим. Компаратор имеет два аналоговых входа и один цифровой выход.

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Компаратор, как правило, построен на дифференциальном усилителе с высоким коэффициентом усиления. Компараторы широко используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, например, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП)

Примеры работы компаратора приведены на основе микросхемы LM339 (счетверенный компаратора напряжений) и LM393 (сдвоенный компаратор напряжения). Эти две микросхемы по своему функционалу идентичны. Компаратор напряжения LM311 так же может быть использован в данных примерах, но он имеет ряд функциональных особенностей.

Структурная схема одного компаратора входящего в микросхему LM339 и LM393

Компаратор напряжения — выход с открытым коллектором

Как правило, выход компаратора напряжения представляет собой выход с открытым коллектором.

Выход открытый коллектор имеет отрицательную полярность. Это означает, что на этом выходе не бывает положительного сигнала и нагрузка должна подключаться между этим выходом и источника питания.

В некоторых схемах к выходу компаратора подключают нагрузочный (подтягивающий) резистор для того, чтобы обеспечить сигнал высокого уровня поступающего на вход следующего элемента схемы.

Операционные усилители (ОУ), такие как LM324, LM358 и LM741 обычно не используются в радиоэлектронных схемах в качестве компаратора напряжения из-за их биполярных выходов. Тем не менее, эти операционные усилители могут быть использованы в качестве компараторов напряжения, если к выходу ОУ подключить диод или транзистор для того чтобы создать выход с открытым коллектором.

Ниже представлена логика работы компаратора имеющий выход с открытым коллектором:

Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет ниже, чем напряжение на входе (-). И соответственно ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет выше, чем напряжение на входе (-).

Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания

Принципиальная схема «компаратор напряжения» эквивалентна работе операционного усилителя, например, LM358 или LM324, имеющим на выходе два транзистора типа NPN (см. выше). Таким образом, можно сделать все 4 выхода ОУ (LM339) с открытым коллектором. Каждый такой выход может выдерживать ток нагрузки 15 мА и напряжение до 50 вольт.

Выход включается или выключается в зависимости от относительных напряжений на плюсовом (+) и минусовом (-) входах компаратора. Входы компаратора крайне чувствительны и разница напряжения между ними всего лишь в несколько милливольт приводит к переключению его выхода.

Схема эквивалента компаратора напряжения с двухполярным источником питания

Компараторы напряжения LM339, LM393 и LM311могут работать с одно- или двухполярным источником питания до 32 вольт максимум.

При работе с двухполярным питанием, режим сравнения напряжения остается таким же, за исключением того, что для большинства схем эмиттер выходного транзистора подключается к отрицательной шине питания, а не к общей цепи. Исключением из этого правила является операционный усилитель LM311, имеющий изолированный эмиттер, который можно подключить как к минусу однополярного источника питания, так или к общему проводу двухполярного.

При работе с двухполярным источником питания, входное напряжение может быть выше или ниже относительно общего провода блока питания. Кроме того, один из входов компаратора может быть подключен к общему проводу, таким образом создается детектор «пересечение нуля».

Описание работы компаратора

Следующий рисунок показывает простейшую конфигурацию для компаратора напряжения, а так же графическое изображение режима его работы. В этой схеме опорное напряжение составляет половину напряжения питания, а входное напряжение может меняться от нуля до напряжения питания. В теории опорное и входное напряжение могут иметь значение от нуля и до напряжения источника питания, но есть реальные ограничения, зависящие от конкретно используемого компаратора.

Сигнал на выходе:

  1. Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс (+) ниже, чем напряжение на входе минус (-).
  2. Ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс выше, чем напряжение на входе минус.

Входное напряжение смещения компаратора

Компараторы не являются совершенными устройствами, и их работа может иметь недостаток от последствий такого параметра, как входное напряжение смещения. Входное напряжение смещения для многих компараторов может составлять всего несколько милливольт и в большинстве схем может быть проигнорировано.

В основном проблема, связанная с входным напряжением смещения возникает, когда входное напряжение изменяется очень медленно. Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью открывается или закрывается, когда входное напряжение находится недалеко от опорного напряжения.

Следующая диаграмма иллюстрирует эффект смещения входного напряжения возникающий в результате медленного изменения входного напряжения. Этот эффект возрастает при увеличении выходного тока транзистора. Поэтому, для уменьшения этого эффекта, необходимо обеспечить максимальное сопротивление резистора R4.

Последствия входного напряжения смещения можно уменьшить, добавив в схему гистерезис. Это приведет к тому, что опорное напряжение будет меняться, когда выход компаратора переходит на высокий или низкий уровень.

Входное напряжение смещения и гистерезис

Для большинства схем построенных на компараторах, величина гистерезиса является разностью напряжений входного сигнала, при котором выход компаратора либо полностью включен или полностью выключен. Гистерезис в компараторах, как правило, нежелателен, но он может потребоваться, когда необходимо уменьшить чувствительность к шуму или при медленном изменении входного сигнала.

Внешний гистерезис использует положительную обратную связь (ПОС) с выхода на неинвертирующий вход компаратора. В результате полученный триггер Шмитта обеспечивает дополнительную помехоустойчивость и более чистый выходной сигнал.

Эффект от использования гистерезиса в том, что при постепенном изменении входного напряжения, а опорное напряжение будет быстро изменяться в противоположном направлении. Это обеспечивает чистое переключение выхода компаратора.

Механический аналог гистерезиса может быть обнаружен в разнообразных тумблерах. Как только рукоятка тумблера перемещается мимо центральной точки, пружина в тумблере переводит контакты реле в гарантированное положение (открытое или закрытое).

Гистерезис является неотъемлемой частью большинства компараторов составляющая всего несколько милливольт и он обычно влияет только на схемы, где входное напряжение поднимается или падает очень медленно или имеет скачки напряжения, известные как «шум»…

Компаратор. Описание и применение. Часть 2

как работает, схема на ОУ, цифровые и аналоговые компараторы

При разработке электронных схем зачастую надо сравнить уровень двух напряжений. Для этого используется такое устройство, как компаратор. Название узла восходит к латинскому comparare, или, скорее, к английскому to compare – сравнивать.

Что такое компаратор напряжения

Компаратором в общем случае называется устройство, имеющее два входа для подачи сравниваемых величин (напряжений) и выход для результата сравнения. Компаратор имеет два входа для подачи сравниваемых параметров – прямой и инверсный. На выходе устанавливается логическая единица при превышении напряжения прямого входа над инверсным и ноль – если наоборот. Если при положительной разности между инверсным и прямым входом устанавливается единица, а в противоположной ситуации – ноль, то такой компаратор называется инвертирующим.

Принцип работы компаратора

Компаратор удобно строить на операционном усилителе (ОУ). Для этого непосредственно используются его свойства:

  • усиление разности сигнала между прямым и инвертирующим входом;
  • бесконечный (на практике – от 10000 и выше) коэффициент усиления.

Работу ОУ в качестве компаратора можно рассмотреть при такой схеме включения:

Пусть имеется ОУ с коэффициентом усиления 10000, напряжение питания двуполярное, + 5 В и минус 5 В. Делителем на инвертирующем входе установлен опорный уровень ровно 0 вольт, на прямом входе с движка потенциометра снимается минус 5 вольт. Операционный усилитель должен усилить разницу в 10000 раз, теоретически на выходе должно появиться напряжение минус 50000 вольт. Но такого напряжения операционнику взять негде, и он создает максимум возможного – напряжение питания, минус 5 вольт.

Если начать поднимать напряжение на прямом входе, ОУ будет стараться выставить разность напряжений между входами, умноженную на 10000. Это ему удастся, когда входное напряжение приблизится к нулю и станет равным примерно минус 0,0005 В. При дальнейшем увеличении входного напряжения на положительном входе, выходное будет подниматься до нуля и выше, и при напряжении +0,0005 вольт станет равным +5 В и дальше не поднимется – некуда. Таким образом, при прохождении входным напряжением уровня нуля (точнее, минус 0,0005 вольт — + 0,0005) произойдет скачок выходного напряжения от минус 5 вольт до +5 вольт. Иными словами, пока напряжение на прямом входе ниже, чем на инвертирующем, на выходе компаратора устанавливается ноль. Если выше – единица.

Интерес представляет участок разности уровня на входах от минус 0,0005 вольт до + 0,0005. В теории при его прохождении произойдет плавный подъём от отрицательного напряжения питания до положительного. На практике этот диапазон очень узок, и из-за наводок, помех, нестабильности напряжения питания и т.д. при примерном равенстве напряжений на входах будет происходить хаотичное срабатывание компаратора в обе стороны. Чем ниже коэффициент усиления ОУ, тем это окно нестабильности шире. Если компаратор управляет исполнительным механизмом, то это вызовет его срабатывание в такт (щелканье реле, хлопанье клапана и т.п.), что может привести к его механической поломке или перегреву.

Чтобы этого избежать, создается неглубокая положительная обратная связь включением резистора, указанного штриховой линией. Это создает небольшой гистерезис, смещая пороги переключения при прохождении напряжения вверх и вниз относительно опорного. Например, вверх компаратор будет переключаться при 0,1 вольт, а вниз – ровно при нуле (зависит от глубины обратной связи). Это исключит окно нестабильности. Номинал этого резистора может быть от нескольких сотен килоом до нескольких мегаом. Чем ниже сопротивление, тем больше разница между порогами.

Также имеются специализированные микросхемы компараторов. Например, LM393. В таких микросхемах имеется быстродействующий операционный усилитель (или несколько), может быть установлен встроенный делитель, создающий опорное напряжение. Ещё одно отличие таких компараторов от устройств, построенных на ОУ общего применения – многим из них требуются однополярный источник питания. Большинству операционников нужно двуполярное напряжение. Выбор типа микросхемы производится при разработке устройства.

Особенности цифровых компараторов

Компараторы применяются и в цифровой технике, хотя это звучит, на первый взгляд, парадоксально. Ведь здесь имеется всего два уровня напряжения – единица и ноль. И сравнивать их бессмысленно. Зато можно сравнить два двоичных числа, в которые можно преобразовать и любые аналоговые величины (включая напряжение).

Пусть имеется два двоичных слова одинаковой длины в битах:

X=X3X2X1X0 и Y=Y3Y2Y1Y.

Они считаются равными по значению, если все биты поразрядно равны:

1101=1101 => X=Y.

Если же хотя бы один бит отличается, то числа неравны. Большее число определяется поразрядным сравнением начиная со старшего бита:

  • 1101>101 – здесь первый бит X больше первого бита Y, и X>Y;
  • 1101>101 – первые биты равны, но второй бит у X больше и X>Y;
  • 111<1110 – у Y третий бит больше, и большее значение у младшего разряда X не имеет значения, X<Y.

Реализацию такого сравнения можно построить на логических микросхемах базовых элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, но проще применить готовые изделия. Например, 4063 (КМОП), 7485 (ТТЛ), отечественная К564ИП2 и другие серии микросхем. Они представляют собой 2-8 разрядные компараторы с соответствующим количеством входов данных и управляющих входов. Выходов у цифровых компараторов в большинстве случаев 3:

  • больше;
  • меньше;
  • равно.

В отличие от аналоговых устройств, у двоичных компараторов равенство на входах не является нежелательной ситуацией и её не стараются избегать.

Такое устройство несложно построить и программным способом с помощью функций Булевой алгебры. Иной вариант – многие микроконтроллеры имеют «на борту» аналоговые компараторы с отдельными внешними выводами, выдающие на внутреннюю схему уже готовый результат сравнения двух величин в виде 0 или 1. Так экономится ресурс небольших вычислительных систем.

Где применяется компаратор напряжения

Сфера применения компаратора широка. На нём, например, можно построить пороговое реле. Для этого нужен датчик, преобразующий любую величину в напряжение. Такой величиной могут быть:

  • уровень освещенности;
  • уровень шума;
  • уровень жидкости в сосуде или резервуаре;
  • любые другие величины.

Потенциометром можно устанавливать уровень срабатывания компаратора. Выходной сигнал через ключ выдается на индикатор или исполнительный механизм.

Если увеличить гистерезис, то компаратор может работать в качестве триггера Шмитта. При подаче на вход медленно изменяющегося напряжения, на выходе получится дискретный сигнал с крутыми фронтами.

Два элемента могут быть соединены в двупороговый компаратор, или компаратор окна.

Здесь пороговое напряжение задается раздельно для каждого компаратора – для верхнего на прямом входе, для нижнего на инверсном. Свободные входы объединены, на них подается измеряемое напряжение. Выходы соединены по схеме «монтажное ИЛИ». При выходе напряжения за установленный верхний или нижний предел, один из компараторов выдает на выходе высокий уровень.

Из нескольких элементов собирается многоуровневый компаратор, который можно использовать, как линейный индикатор напряжения, или величину, которая преобразована в напряжение. Для четырех уровней схема будет такая:

В этой схеме на вход каждого элемента подается своё опорное напряжение. Инвертирующие входы соединены вместе, на них приходит измеряемый сигнал. При достижении уровня срабатывания загорается соответствующий светодиод. Если излучающие элементы расположить в линейку, получится световая полоса, длина которой изменяется в соответствии с уровнем поданного напряжения.

Эта же схема может применяться в качества аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Он преобразует входное напряжение в соответствующий двоичный код. Чем больше элементов входит в АЦП, тем больше разрядность, тем точнее преобразование. На практике кодом-линейкой пользоваться неудобно, и он преобразовывается в привычный код с помощью шифратора. Шифратор можно построить на логических элементах, воспользоваться готовой микросхемой или применить ПЗУ с соответствующей прошивкой.

Сфера применения компараторов в профессиональной и любительской схемотехнике разнообразна. Грамотное применение этих элементов позволяет решать широкий круг задач.

как работает, на операционном усилителе, микросхема

Слово «компаратор» произошло от латинского «comparare» и в буквальном русском переводе означает «сравнивать». Он производится в разнообразных модификациях, которые востребованы современной электронной промышленностью. Самые простые конструкции для сравнения контролируемых данных обладают 2-мя входами аналогового типа и одним цифровым. Базу его функционирования обеспечивает дифференциальный каскад, имеющий мощные усилительные характеристики. Компаратор напряжения довольно востребованное устройство и используется в областях, связанных с измерениями либо которые используют превращение сигнала из аналогового в цифровой.

Что такое компаратор напряжения

Принцип функционирования компаратора напряжения (КН) можно сравнить с весами рычажного типа. Когда на одну чашу весов укладывается эталонная гиря, а на другую — измеряемый продукт. В то время, когда вес продукта будет одинаковым с массой контрольного веса, чаша с эталонным весом поднимается выше, после чего процесс взвешивания заканчивается.

Применение компараторов

В КН вместо гирь функционирует основное напряжение, а продукт заменяет входящий сигнал. Когда образуется логическая «1» на выходе компаратора, начинается процесс сопоставления значений напряжения. Для проверки такого прибора не потребуется выполнения трудозатратной схемы. Достаточно подключить выходной вольтметр, а на вводы — регулируемое напряжение. При смене входных параметров на вольтметре будет видима функциональность КН, параметры настройки задаются схемой.

Принцип работы компаратора

Самым простым прибором считается компаратор, который сопоставляет напряжение, поступающее на один из входов, с базовым показателем, присутствующим на ином входе. Примитивный компаратор напряжения на операционном усилителе (ОУ) — без обратной связи.

Принцип работы

КН выполнен в виде электронной схемы с 2-мя входящими напряжениями и может устанавливать большее значение. Просто выполнить модели КН из ОУ, так как полярность выходящей электроцепи операционного усилителя исходит от полярности разности показателей напряжения на 2-х входах.

Представим, что существует фотоэлемент, который производит 0.5 В под воздействием солнечного света, и необходимо применять данный фотоэлемент в роли измерителя для установления периода дневного освещения. В таких случаях лучший вариант — применять КН, чтобы сопоставить напряжение от фотоэлемента с контролируемым показателем 0.5 В.

В цепи КН, первоначальное опорное напряжение поступает на инвертирующем вводе (U -), после напряжение, которое будут сравнивать с опорным, поступает на неинвертирующий ввод. Выходное значение исключительно зависит от входного размера по отношению к опорному напряжению.

Схема компаратора

Схема компаратора:

  • Менее эталонного — отрицательный;
  • равноправный опорному — «0»;
  • более эталонного значения — положительный.

ОУ компаратора сравнивает один уровень аналогового напряжения с другим уровнем аналогового напряжения или каким-либо опорным напряжением, и выдает выходной сигнал на основе этого сравнения напряжения. Другими словами, компаратор напряжения ОУ сопоставляет данные 2-х входов и определяет наибольший, простота и эффективность этой схемы проверена на практике и реализована в многих бытовых приборах.

Положительная обратная связь

Компараторы напряжения либо используют положительную обратную связь, либо вообще не используют ее в режиме разомкнутого контура. Затем выходной сигнал КН подается полностью на его положительную шину питания + Ucc или на отрицательную шину питания —Ucc, при приложении переменного входного сигнала, который проходит некоторое предварительно установленное пороговое значение.

КН (-) обратной связью

Параметры прибора

На самом деле, прибор можно расценивать как простейший вольтметр. КН, подобно цифровому прибору, обладает рядом эксплуатационных качеств, подразделяемые на 2 разновидности: статические и динамические.

Параметры прибора

Первые обладают следующими характеристиками:

  • Максимальная чувствительность по отношению к пороговым размерам сигнала, которые КН устанавливает на входе и заменяет потенциал выхода устройства на логический «0» либо «1».
  • Размер смещения устанавливается передаточным фактором прибора в отношении установленного образцового положения.
  • Входной ток — предельное значение, способное протекать с использованием любого вывода, при этом, не нанеся повреждение прибору.
  • Выходной ток — размер тока, во время перехода измерителя в положение «1».
  • Разность токов — результат, определяемый при вычитании токовых данных.
  • Гистерезис — разница в уровнях входящего сигнала, которая приводит к изменению стабильного выходного состояния.
  • Коэффициент понижения сигнала рассчитывается по отношению к дифференциальному сигналу, которые приводят к смене варианта функционирования измерителя.
  • Наименьшая и наибольшая номинальная температура — интервал, в котором технологические характеристики прибора не будут изменяться.
Гистерезис компаратора

Обратите внимание! Все основные параметры КН изображаются в форме параметров переходного типа. Это диаграмма, где по оси Х обозначается время, а Y — напряжение в вольтах.

Как обозначается компаратор на схемах

На схемах компаратора и в электротехнических схемах графическое обозначение измерителя выполняется в форме треугольника, имеющего три выхода. Они обозначаются символами «+» и «-», соответствующих неинвертирующим/инвертирующим показателям, также представляется выходной маркирующий знак «Uout».

Обозначение на схемах

Когда (+) на входе микрочипа, степень сигнала станет больше, чем конкретно на инверсном ( — ), то на выводе будет образовываться устойчивое значение. Исходя из схемотехнической базы компаратора, это число имеет возможность принимать вариант логического «0» либо «1». В цифровых электронных устройствах за «12» принимается сигнал, степень напряжения которого имеет 5В, а за «0» установлено его отсутствие. Другими словами, положение выхода измерителя устанавливается как высокое либо низкое. Хотя обычно на практике за логический «0» принимают разность потенциалов до 2.7 В.

Где применяется компаратор напряжения

Часто КН применяют в градиентном реле — схема, которая реагирует на скорость изменения сигнала, например, фотореле. Такое устройство может использоваться в тех ситуациях, когда освещение меняется довольно стремительно. Например, в охранных установках либо датчиках контроля выпущенных изделий на конвейерах, где прибор станет реагировать на прерывание светового потока.

Еще одна часто используемая схема — датчик измерения температуры и изменения «аналогового» сигнала в «электронный». Оба измерителя преобразовывают амплитуду входящего сигнала в ширину выходящего импульса. Такое превращение довольно часто применяется в разнообразных цифровых схемах. Преимущественно, в измерительных устройствах, блоках питания импульсного типа, электронных усилителях.

Конструкция компаратора

КН нашли обширную область применения в радиоэлектронике разнообразной направленности. В магазинах радиотоваров можно увидеть огромное количество разнообразных микросхем. Но особенно часто применяемыми микросхемами у пользователей считаются:

  • LM No 339;
  • LM No 311;
  • MAX No 934;
  • К554СА3.

Они легкодоступны в торговой сети и имеют довольно бюджетную цену. Такие КН выделяются обширным спектром входных параметров. К выходу КН способна присоединяться разнообразная токовая нагрузка, как правило, не превосходящая 50.0 мА. Это могут быть микрореле, варистор, световой диод, оптрон либо абсолютно разные исполнительные модули, однако с предельными по току компонентами.

Фотореле контроля

Подобное реле выпускается методом навесного монтажа. Его применяют в охранных контролирующих системах либо для контролирования степени света. Входящее напряжение попадает на делитель R1 и фотодиод VD3. Их объединенная точка сочетания использует ограничивающие диоды VD1/ VD2, подключенные к входам DA1. В итоге входящая разность потенциалов КН будет отсутствовать, а следовательно, и восприимчивость измерителя станет максимальной.

Фотореле

Чтобы выходящий сигнал смог инвертироваться, потребуется обеспечить входную разницу в 1 мВ. По той причине, что к входу подсоединены С1 и сопротивление R1, размер U на нем станет увеличиваться с незначительной задержкой, равноправной периоду заряда С1.

Зарядный блок

Такой блок питания принимается функционировать непосредственно после сборки. Его базовые опции сводятся к установлению рабочего зарядного тока и порогов, по которым срабатывает КН. При подключении прибора зажигается световой диод, позиционирующий подачу напряжения. На протяжении процесса зарядки обязан непрерывно гореть алый световой диод, который погаснет после того, как аккумуляторная батарея будет полностью заряжена

Зарядный блок

Подводимое напряжение от питающего блока настраивается R2, а зарядный ток устанавливается с применением R4. Наладка выполняется с применением сопротивления на 160 Ом, подключающегося в параллель к контактам, которые держат батарейку. Транзистор VT1 размещается на радиаторе, взамен его можно применять КТ814Б. Подобную схему надо будет комплектовать на плате с размером не более 50×50 мм.

Кварцевый генератор

Этот генератор ортогональных импульсов выполняется с использованием российского компаратора K544C3, функционирующего на тактовой гармонике 32.768 Гц. Схема станет рабочей в спектре входящего напряжения 7-11В с частотой установленной кварцем ZQ1. Тем не менее, для эксплуатации такого девайса сверх 50.0 кГц потребуется понизить значение R5-R6.

Генератор

При замыкании другого вывода с 0-проводом КН становится подсоединённым по варианту с незакрытым коллектором, а R7 становится нагрузкой. Подстраивание частотности производится совместно, с применением C1. С применением R4 выполняется автозапуск генератора. Меняя значение R2, изменяется импульсная характеристика.

Дополнительная информация! Выбирая конденсаторы С1 или С2, генератор сможет применяться в виде бесконтактного жидкостного датчика. В роли детектора для этой цели потребуется применять микроконтроллер с ПО. Однако возможно использовать и ещё дополнительно компаратор, который станет фиксировать деформации напряжения.

Отсюда следует, что компаратор способен предназначать действия по уровням значений на собственных вводах. Когда они отличаются, то, исходя от дельты U, выход прибора меняет качественное положение. Именно такие их качества используют создатели, разрабатывая самые разные электроприборы с операционным усилителем.

Компаратор напряжения: характеристики и разновидности

Компаратор напряжения – это устройство, выполняющее сравнение имеющегося уровня напряжения с опорным сигналом. Ответом, как правило, становится двоичная величина – да либо нет, нуль или единица.

Благодарности

Без братьев Кузнецовых не представилось бы читателям столь замечательного обзора. Нельзя оставить без внимания труд научного коллектива Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского, его участников, меж которыми:

  • Сдобняков В.В.
  • Карзанов В.В.
  • Шабанов В.Н.
  • Рецензенты: Дорохин М.В. И Здоровейщев А.В.

Общая информация

Компаратор сравнивает два напряжения, откуда происходит название. При необходимости формируется либо условный сигнал в виде двоичного кода, либо знак разницы выдаётся иным способом:

  1. Крутой перепад напряжения (фронт или спад).
  2. Импульс с заданными характеристиками.
  3. Сменой полярности выходного напряжения.
  4. Двоичным кодом в системе логики данного набора микросхем.

Компаратор территориально входит в аналого-цифровой преобразователь, способен применяться и отдельно. От элемента напрямую зависит точность, как и от разрядности. К характеристикам компаратора относят:

  • Чувствительность.
  • Быстродействие.
  • Стоимость.
  • Долговечность.
  • Стабильность.
  • Нагрузочная способность.
  • Входное сопротивление и пр.

Большинство компараторов реализуется на базе операционных усилителей, данные в справочниках приводятся совместные. Это достигается за счёт введения обратной связи, что придумано в 30-е годы XX века.

Характеристики компараторов

Под чувствительностью компаратора понимается минимальное напряжение, годное к восприятию. Дифференциальные пары транзисторов, применяемые в операционных усилителях, повышают температурную стабильность, потому служат для создания компараторов. Параметр тесно связан с разрешающей способностью или точностью. Чувствительность сильно зависит от схемного решения, это очевидный факт.

Помимо температурной стабильности и архитектуры на параметр влияют помехоустойчивость и надёжность. На практике оптимальной считают чувствительность, равную половине разряда аналого-цифрового преобразователя. Это значит, что из-за компаратора не снижается точность замера. На современном этапе развития технологии это порой сильно отличающиеся значения.

Быстродействие цифровой технике велико, но учитывая факт, что преобразователю нужно успеть сделать выборку, тактовая частота процессора должна быть в сотни, если не тысячи раз выше, нежели дискретность отсчётов. И главным ограничивающим фактором становятся скоростные характеристики компаратора. На его втором входе в момент измерения опорное напряжение постепенно растёт до достижения совпадения. И вырабатывается цифровой код результата.

Частота дискретизации определяется скоростными качествами исследуемого процесса. Если это звуковой диапазон, значения начинаются от 45 кГц и способны составлять вчетверо больше для студийной записи. На каждом интервале времени компаратор должен успеть сравнить напряжение, минимальная частота процессора для получения точности в 0,5% лежит уже в области 10 МГц. На практике наблюдаются намного большие величины, но помните, главная шина материнской платы становится самым быстродействующим участком системного блока (персонального компьютера).

Быстродействие компаратора выражается временем между соседними измерениями. Оно складывается из интервала повышения сравниваемого напряжения до нужного уровня и скорости работы электронных компонентов. К последним цифрам относят период от принятия решения компаратором на выдачу сигнального импульса до его реального появления на выводах. Вторым параметром считают крутизну фронта импульса, поскольку логика микросхем настроена на пороги срабатывания. Важным считается время восстановления, за которое компаратор возвращается в первоначальное состояние.

Указанные параметры в сумме определяют тактовую частоту самого компаратора. Под нагрузочной способностью понимается способность выдать сигнал, достаточно мощный для срабатывания зависимых схем. Различают так называемую перегрузочную способность, показывающую, как велика иногда разница в напряжении на соседних отсчётах. Для сокращения интервалов измерения, начиная со второго, компаратор может вести два параллельных процесса измерения:

  1. Увеличение напряжения в сравнении с предыдущим отсчётом.
  2. Уменьшение напряжения в сравнении с предыдущим отсчётом.

Так удастся быстрее найти результат, не перебирая весь диапазон с начала. Хотя потребуется целых два параллельно включённых компаратора. Но экономия времени стоит указанной борьбы. На успех подобного мероприятия напрямую влияет перегрузочная способность.

Входное сопротивление образует с источником сигнала резистивный делитель, и чем оно меньше, тем выше точность, большая часть напряжения падает именно здесь. С повышением параметра снижается и потребляемый ток. У большинства компараторов входное сопротивление подстраивается под конкретно взятые нужды, для отдельных схем.

Разновидности компараторов

Большинство компараторов строится на схемах операционных усилителей, охваченных цепью положительной обратной связи. За счёт большого коэффициента усиления удаётся добиться отвесной передаточной функции каскада.

Характеристика операционного усилителя на неком участке линейна. График симметричен относительно нуля. При некотором значении Uогр происходит насыщение и выходное напряжение дальше не растёт. Это наблюдается в положительной области входных значений и в отрицательной. Описанное свойство используется для построения компараторов.

Операционный усилитель охватывается положительной связью, при коэффициенте её передачи обратно пропорциональном коэффициенту передачи операционного усилителя, формула уходит в область бесконечности. От указанного параметра зависит крутизна графика, он становится вертикальным. Что требуется на практике для сравнения напряжений.

Эталоном допускается любое значение. К примеру, возможна реализация схемы перехода напряжения через нуль. Но в составе аналого-цифрового преобразователя измеряемая величина в рамках интервала считается постоянной, опорное напряжение растёт, пока не сравняется. И в этот момент вырабатывается импульс совпадения.

Пороговый компаратор

Пороговый компаратор напряжения – упоминается в литературе. Передаточная характеристика его однозначна – когда разница на входах операционного усилителя становится равной нулю, возникает отклик на выходе. Обратное движение вдоль передаточной характеристики идёт по прежней траектории.

Он организован, как рассказано выше: операционный усилитель охвачен петлёй обратной связи для получения крутой, отвесной передаточной характеристики. Но остаётся некая малая погрешность. Эталонное напряжение принято подавать на неинвертирующий вход.

Гистерезисный компаратор

Гистерезисный компаратор получил название за то, что коэффициент передачи цепи обратной связи меняется по абсолютному значению и по знаку. В результате получают семейство передаточных характеристик, позволяющее создать компаратор, включающийся по одному значению напряжения, а выключающийся по иному.

Устройство оказывается полезным в случае наличия на линии высокочастотной помехи. И когда на заданном интервале измерения величина многократно изменяется, обычному компаратору напряжения легко промахнуться. Одновременно гистерезисный верно оценит с точностью до помехи и продержит сигнал на выходе, пока исследуемый процесс близок к эталону.

 

Любой реальный компаратор считается гистерезисным из-за наличия ошибки, отдельные виды специально имеют расширенную петлю в связи с описанными нюансами. Ярко выраженной прямоугольной характеристикой характеризуется триггер Шмитта. Его гистерезисная передаточная функция может служить для построения компаратора. Из-за наличия положительной обратной связи характеристика триггера Шмитта обладает ощутимой крутизной.

 

Уже для аналоговых схем порог чувствительности достигал 5-10 мВ, чего хватает в большинстве случаев. Поскольку время срабатывания триггера Шмитта уменьшается до 0,1 мкс, становится возможным процесс оценки сигналов частотой в сотни кГц (гораздо выше ультразвука). Представленный на рисунке триггер характеризуется большим температурным дрейфом и малым диапазоном измерения.

Ввиду простоты популярны балансные регенеративные схемы с диодами. Обратная связь здесь выполнена через трансформатор. За счёт использования средней рабочей точки становится возможным одновременно произвести и положительную, и отрицательную обратную связь. Сравниваемые напряжения подаются на катоды диодов (n-область, в районе которой нарисована перпендикулярная черта). Рабочая точка транзистора выбрана в начале вольт-амперной характеристики, ток базы рассчитывается так, чтобы не произошло насыщения.

Конденсатор выполняет гальваническую развязку базы и входной цепи. Если диод Д1 заперт, а Д2 — открыт, работает отрицательная обратная связь. В результате генерации не происходит. В обратном случае блокинг-генератор производит первый импульс. Его положительный фронт свидетельствует, что эталон сравнялся с оцениваемой величиной. Чувствительность балансной регенеративной схемы может достигать 1 мВ.

Компараторы на туннельных диодах хороши малыми габаритами, отличным быстродействием, низким уровнем шумов, низкими переключающими порогами по мощности. Механическая прочность и стойкость полупроводников общеизвестны. Туннельные диоды считаются редкими приборами, не боящимися радиации, что делает их популярными в специальных применениях. Вдобавок сопротивление таких компараторов крайне мало, что снижает чувствительность.

Характеристика туннельного диода содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, что позволяет реализовать нужную передаточную функцию. Очевидным недостатком схемы становится низкая точность. Вольт-амперная характеристика туннельного диода слишком пологая. Зато по простоте этот компаратор нельзя сравнить с любым другим типом устройств. Его пока нельзя назвать гистерезисным, для получения этого типа характеристики требуется, как минимум, два туннельных диода.

Самый простой компаратор

При помощи двух туннельных диодов нетрудно построить простейший компаратор, включая их по схеме твин. Предполагается, что элементы идентичны. Передаточная характеристика системы сильно зависит от напряжения питания схемы. Характеристики легко изменяются, что обусловливает большую гибкость применения. Чувствительность измеряются по току, и экспериментально полученные значения лежат в области 8 мкА при частоте тактирования 200 МГц, 3 мкА – при 50 МГц.

Деление по принципу действия

Помимо чисто функциональных особенностей, рассмотренных выше, компараторы делятся по принципу действия на:

  1. Регенеративные.
  2. Генераторные.
  3. Амплитудно-импульсные.
  4. Модуляторные.

Речь здесь идёт о формируемых устройствами выходных сигналах. В работе компаратора напряжения выделяют два процесса: сравнение величин и формирование выходного сигнала. Статическая ошибка обусловлена лишь двумя причинами:

  1. Шумами.
  2. Температурным дрейфом и старением.

Знакомство с компараторами на примере чипа LM339

Ранее мы с вами познакомились с такими интегральными схемами, как таймер 555, счетчик 4026, логические вентили, а также сдвиговые регистры и декодеры. Теперь же пришло время узнать о компараторах. Несмотря на кажущуюся простоту, компараторы — куда более интересные устройства, чем может показаться на первый взгляд. Читайте далее, и сможете убедиться в этом самостоятельно.

Крайне наглядная картинка, объясняющая работу компаратора, была найдена в книге Чарльза Платта Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. С некоторыми изменениями эта иллюстрация приведена ниже:

Компаратор имеет два входа, обозначаемые знаками минус (инвертирующий вход) и плюс (неинвертирующий вход), и один выход. Для нормальной работы выход компаратора обязательно должен быть подключен к плюсу источника питания через подтягивающий резистор. Почему нельзя было сделать это просто внутри микросхемы, скоро станет понятно.

Используется компаратор следующим образом. На инвертирующий вход подается эталонное напряжение. Когда напряжение на втором, неинвертирующем, входе больше эталонного, выход компаратора имеет высокое напряжение. Если же напряжение на неинвертирующем входе ниже эталонного, выход компаратора имеет низкое напряжение. Проще говоря, компаратор сравнивает два значения напряжения и на выходе говорит, какое больше. Входы компаратора можно использовать и наоборот, тогда выход компаратора будет инвертирован.

В качестве типичной микросхемы, содержащей внутри себя целых 4 компаратора, можно назвать LM339. Данный чип выпускается как в виде SMD-компонента, так и варианте для монтажа через отверстия. Распиновка у LM339 следующая:

Данная иллюстрация взята из даташита микросхемы [PDF].

На практике компараторы чаще всего используют одним из следующих образов:

Важно! По неудачному стечению обстоятельств, компаратор обозначается на схемах точно так же, как и операционный усилитель. Однако операционные усилители работают иначе, нежели компараторы, и их не следует путать. Определить, что именно используется в схеме, обычно можно по указанному названию чипа.

В левой части схемы изображен компаратор, чей выход соединяется с неинвертирующим входом через потенциометр или резистор. Это — так называемая положительная обратная связь. Благодаря ей достигается гистерезис. То есть, если напряжение на неинвертирующем входе будет колебаться в некотором коридоре возле эталонного, выход компаратора не будет постоянно изменяться. Если помните, триггер Шмитта (чип 74HC14) делает то же самое.

Кстати, можно заметить, что одна из связей на потенциометре в положительной обратной связи как бы лишняя. Как объяснил мне Melted Metal, так принято делать на случай потери контакта движка потенциометра с резистивной дорожкой.

Что же касается правой части схемы, на ней изображена схема двухпорогового компаратора. Если вход схемы, обозначенный, как signal, имеет напряжение между low и high, на выходе схемы образуется высокое напряжение. В противном случае напряжение на выходе низкое.

На следующем фото изображена первая схема, собранная на макетной плате:

Потенциометр слева задает напряжение на инвертирующем входе, а потенциометр справа — на неинвертирующем. Потенциометр по центру участвует в положительной обратной связи. Напряжение на обоих входах отображается при помощи миниатюрных цифровых вольтметров. Поскольку напряжение на неинвертирующем входе выше эталонного, светодиод, подключенный к выходу компаратора, горит.

Обратите внимание, что на входы неиспользованных компараторов также подается высокое и низкое напряжение. Это увеличивает надежность работы схемы и уменьшает потребляемую ею электроэнергию. Не имеет значения, на какой из входов подается высокое напряжение, а на какой — низкое. Главное, чтобы выход каждого отдельного компаратора был строго определен.

Вторую схему в собранном виде здесь я не привожу. Так что, вам придется поверить мне на слово, что она работает 🙂

Помимо всех озвученных выше, следует иметь в виду еще пару важных моментов:

  • Через компаратор не следует пропускать слишком большой ток. Ток больше 20 мА может его сжечь;
  • Напряжение на выходе компаратора может быть как выше, так и ниже напряжения на любом из входов. То есть, выход можно питать от совершенно другого источника питания. А питание на саму микросхему при этом может идти от третьего. Для правильной работы микросхемы нужно только, чтобы все эти источники имели общую землю;

Последнее обстоятельство позволяет использовать компаратор в качестве преобразователя уровня сигнала. Кроме того, теперь наконец-то стало ясно, зачем были все эти сложности со внешним подтягивающим резистором.

Вообще, компаратор можно рассматривать, как очень простой вольтметр или АЦП. В частности, с его помощью не представляет труда собрать индикатор уровня заряда Li-Ion аккумулятора. Если же у вас есть лишний фоторезистор (см заметку Мои первые страшные опыты с Arduino) или фототранзистор, на базе компаратора можно сделать датчик освещения. Если же вместо фоторезистора воспользоваться термометром типа TMP36, можно собрать устройство, управляющее кулером или кондиционером, способное регулировать температуру.

Наконец, компаратор можно использовать в качестве логического элемента НЕ, а также, если соединить выходы нескольких компараторов, в качестве И. Отсюда несложно получить ИЛИ, по форуме x || y = !(!x && !y), ровно как и любую другую булеву функцию. Само собой разумеется, при желании можно придумать и другие применения.

А какие безумные варианты использования компараторов приходят вам на ум?

Метки: Электроника.

операционных усилителей, схема компаратора | Renesas

Введение в электронные схемы: 3 из 3

На этом занятии мы рассмотрим операционные усилители (операционные усилители) и их использование в усилителях и компараторах.

Операционные усилители: универсальные ИС для множества приложений

Операционный усилитель работает на аналоговом входе. Его можно использовать для усиления или ослабления этого входного сигнала, а также для выполнения математических операций, таких как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование.Из-за широкого диапазона применения операционные усилители встречаются в большинстве электрических цепей.

Типичный операционный усилитель, показанный на рисунке 1, оснащен неинвертирующим входом (Vin (+)), инвертирующим входом (Vin (-)) и выходом (Vout). Хотя это не показано на схеме, операционный усилитель также имеет два входа питания (положительный и отрицательный), а также может включать в себя вход смещения и другие клеммы.

Рисунок 1: Схема операционного усилителя

Основная функция операционного усилителя заключается в значительном усилении разницы между двумя входами и выходе результата.Если вход на V (+) больше, чем на V (-), операционный усилитель будет усиливать и выводить положительный сигнал; если V (-) больше, операционный усилитель выдает усиленный отрицательный сигнал. Две другие особенности типичного операционного усилителя: (а) входное сопротивление чрезвычайно велико и (б) выходное сопротивление чрезвычайно низкое.

Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя настолько велик, даже небольшие различия на входах быстро приведут выходное напряжение к максимальному или минимальному значению. По этой причине операционные усилители обычно подключаются к отрицательной обратной связи.Давайте посмотрим на пример.

Основы операционного усилителя

(1): схема инвертирующего усилителя

Схема, показанная на рис. 2, усиливает и инвертирует (меняет фазу) входной сигнал и выводит результат. В схеме используется отрицательная обратная связь: часть выходного сигнала инвертируется и возвращается на вход. В этом примере обратная связь возникает из-за того, что выход Vout подключен через резистор R2 к инвертирующему входу (-).

Давайте посмотрим, как работает эта схема.Если выход не подключен к напряжению питания, тогда напряжения, приложенные к инвертирующему (-) и неинвертирующему (+) входам, равны; два входа действуют так, как будто закорочены вместе; мы можем представить себе воображаемую короткую. Поскольку разница напряжений между этим воображаемым коротким замыканием и неинвертирующим входом составляет 0 В, точка A также будет иметь значение 0 В. Тогда по закону Ома I 1 = Vin / R 1 .

Рисунок 2: Схема инвертирующего усилителя

Поскольку операционные усилители имеют чрезвычайно высокий входной импеданс, ток на инвертирующий вход практически отсутствует (-).Соответственно, I 1 протекает через точку A и R 2 ; это означает, что I 1 и I 2 практически равны. Тогда по закону Ома Vout = −I 1 × R 2 , где I 1 отрицательно, потому что I 2 течет из точки A, где напряжение равно 0. Рассмотрим это с другой стороны. : любая попытка поднять входное напряжение на инвертирующем входе (-) создает инвертированное и сильно усиленное выходное напряжение, которое течет в обратном направлении, проходит через R 2 и подключается к инвертированной входной клемме (-), тем самым подавляя повышение напряжения на этом Терминал.Система стабилизируется при выходном напряжении, которое доводит напряжение на инвертирующем входе (-) до 0 В, что эквивалентно напряжению на неинвертирующем входе.

Далее, давайте посмотрим, как мы можем использовать взаимосвязь между входом и выходом, чтобы найти коэффициент усиления операционного усилителя. В частности, Vout / Vin = (−I 1 × R 2 ) / (I 1 × R 1 ) = −R 2 / R 1 . Коэффициент усиления отрицательный, потому что фаза выходного сигнала противоположна фазе входного сигнала.

Важно отметить, что в приведенном выше уравнении коэффициент усиления полностью определяется соотношением сопротивлений R 2 и R 1 . Соответственно, вы можете изменить усиление, просто изменив сопротивления. Таким образом, хотя сам операционный усилитель имеет высокое усиление, соответствующее использование отрицательной обратной связи может снизить фактическое усиление до желаемого уровня.

Основы операционного усилителя

(2): Схема неинвертирующего усилителя

В предыдущем разделе мы видели, как операционный усилитель можно использовать для реализации инвертирующего усилителя.На рисунке 3 показано, как мы можем использовать его для создания неинвертирующего усилителя. Неинвертирующий усилитель отличается от инвертирующего по двум основным направлениям: (1) форма выходного сигнала находится в фазе с формой входного сигнала, и (2) входной сигнал поступает на неинвертирующий входной терминал (+). Но обратите внимание, что как неинвертирующие, так и инвертирующие схемы используют отрицательную обратную связь.

Так как же работает эта схема? У нас все еще есть воображаемое короткое замыкание, что означает, что неинвертирующий (+) и инвертирующий (-) входы находятся под напряжением Vin.Таким образом, точка A также находится в Vin. Закон Ома говорит нам, что напряжение на R 1 составляет Vin = R 1 × I 1 . А поскольку на любой из входов операционного усилителя по существу нет тока, отсюда следует, что I 1 = I 2 . А поскольку Vout — это сумма напряжений при 1 R и 2 R, мы знаем, что Vout = R 2 × I 2 + R 1 × I 1 . Мы можем изменить эти выражения, чтобы найти коэффициент усиления G следующим образом: G = Vout / Vin = (1 + R 2 / R 1 )

Рисунок 3: Схема неинвертирующего усилителя

Поскольку этот усилитель сохраняет фазу, он часто используется в приложениях, где важно учитывать фазу.

Также обратите внимание, что если R 1 удаляется из схемы, а резистор R 2 установлен на 0 Ом (или закорочен), схема становится повторителем напряжения с коэффициентом усиления 1. Этот тип схемы часто используется при буферизации. схемы и схемы преобразования импеданса.

Схема компаратора

Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на плюсовой стороне; VDD на иллюстрации), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше.Компараторы часто используются, например, для проверки того, достиг ли вход некоторого заранее определенного значения. В большинстве случаев компаратор реализуется с использованием специальной микросхемы компаратора, но в качестве альтернативы можно использовать операционные усилители. На схемах компараторов и схемах операционных усилителей используются одни и те же символы.

На рисунке 4 показана схема компаратора. Прежде всего обратите внимание, что схема не использует обратную связь. Схема усиливает разницу напряжений между Vin и VREF и выводит результат на Vout. Если Vin больше, чем VREF, то напряжение на Vout повысится до положительного уровня насыщения; то есть к напряжению на положительной стороне.Если Vin ниже, чем VREF, то Vout упадет до своего отрицательного уровня насыщения, равного напряжению на отрицательной стороне.

На практике эту схему можно улучшить, включив диапазон напряжения гистерезиса, чтобы снизить ее чувствительность к шуму. Например, схема, показанная на рис. 5, будет обеспечивать стабильную работу, даже когда сигнал Vin несколько зашумлен.

Рисунок 4: Схема компаратора

Рисунок 5: Схема компаратора с гистерезисом

Цепь осциллятора с использованием положительной обратной связи

Обратная связь — это возврат части выхода схемы обратно на вход схемы с целью некоторого регулирования схемы.При отрицательной обратной связи более высокая обратная связь снижает выходной сигнал схемы. При положительной обратной связи, как в примере здесь, более высокий выход увеличивает выход. Когда положительная обратная связь включена в схему с положительным усилением, схема становится генератором.

Существует множество типов схем генератора. На рисунке 6 показан пример нестабильного мультивибраторного генератора.

Рисунок 6: Схема нестабильного мультивибратора

Эта цепь называется нестабильной, потому что она нестабильна при обоих максимальных напряжениях, напряжении V L на положительной стороне и -V L на отрицательной стороне, и будет колебаться между этими двумя уровнями.Давайте посмотрим, как работает эта схема. Во-первых, обратите внимание, что выход Vout проходит через R 2 и обратно на неинвертирующий вывод операционного усилителя (+), образуя цепь положительной обратной связи. Отметим также, что Vout, R 3 и C содержат схему интегратора RC; или, другими словами, часть напряжения на Vout будет постепенно заряжать конденсатор.

Вначале цепь обратной связи быстро приводит Vout к максимальному положительному выходу (равному V L ).Но схема интегратора R3 (R 3 и C) постепенно увеличивает напряжение на инвертирующей входной клемме (-), пока через определенное время это напряжение не станет выше, чем напряжение на неинвертирующей входной клемме (+). Когда это происходит, отрицательное напряжение поступает на дифференциальный вход, быстро понижая Vout до максимума на отрицательной стороне (-V L ).

Теперь, когда Vout находится на отрицательной стороне, схема интегратора R 3 начинает постепенно повышать отрицательное напряжение на инвертирующей клемме (-).И снова, через определенное время, это отрицательное напряжение становится больше, чем напряжение на неинвертирующем выводе (+), вызывая ввод положительного напряжения на дифференциальный вход, который быстро подталкивает Vout обратно к его положительному максимуму ( V L ). Эта последовательность продолжает повторяться, заставляя Vout колебаться вверх и вниз между V L и — V L .

Это третья и последняя сессия нашего обзора основных электронных схем. Мы надеемся, что этот обзор был полезен, даже несмотря на то, что мы признаем, что объем был весьма ограничен.В следующий раз мы начнем изучение цифровых схем. Надеемся на ваше дальнейшее участие.

Список модулей

  1. Пассивные элементы
  2. Диоды, транзисторы и полевые транзисторы
  3. Операционные усилители, схема компаратора

Компаратор напряжения на операционном усилителе. Инвертирующий компаратор напряжения, неинвертирующий компаратор операционных усилителей, практическая схема компаратора

Схема компаратора напряжения.

Компаратор напряжения — это схема, которая сравнивает два напряжения и переключает выход в высокое или низкое состояние в зависимости от того, какое напряжение выше.Здесь показан компаратор напряжения на базе операционного усилителя. На фиг.1 показан компаратор напряжения в инвертирующем режиме, а на фигуре компаратор напряжения в неинвертирующем режиме.

Компаратор напряжения

Неинвертирующий компаратор.

В неинвертирующем компараторе опорное напряжение подается на инвертирующий вход, а сравниваемое напряжение — на неинвертирующий вход. Когда сравниваемое напряжение (Vin) превышает опорное напряжение, выход операционного усилителя переключается на положительное насыщение (V +) и наоборот.На самом деле происходит следующее: разница между Vin и Vref (Vin — Vref) будет положительной и будет увеличиваться до бесконечности операционным усилителем. Поскольку резистор обратной связи Rf отсутствует, операционный усилитель находится в режиме разомкнутого контура, поэтому коэффициент усиления по напряжению (Av) будет близок к бесконечности. Таким образом, выходное напряжение достигает максимально возможного значения, т.е. V +. Вспомните уравнение Av = 1 + (Rf / R1). Когда Vin опускается ниже Vref, происходит обратное.

Инвертирующий компаратор.

В случае инвертирующего компаратора опорное напряжение подается на неинвертирующий вход, а сравниваемое напряжение подается на инвертирующий вход.Когда входное напряжение (Vin) превышает Vref, выход операционного усилителя переключается на отрицательное насыщение. Здесь разница между двумя напряжениями (Vin-Vref) инвертируется и усиливается до бесконечности операционным усилителем. Помните уравнение Av = -Rf / R1. Уравнение для усиления напряжения в инвертирующем режиме: Av = -Rf / R1. Поскольку резистора обратной связи нет, коэффициент усиления будет близок к бесконечности, а выходное напряжение будет как можно более отрицательным, т. Е. V-.

Практическая схема компаратора напряжения.

Практический неинвертирующий компаратор на базе операционного усилителя uA741 показан ниже. Здесь опорное напряжение устанавливается с помощью цепи делителя напряжения, состоящей из R1 и R2. Уравнение Vref = (V + / (R1 + R2)) x R2. Подстановка значений, приведенных на принципиальной схеме, в это уравнение дает Vref = 6V. Когда Vin превышает 6 В, выход переключается на ~ + 12 В постоянного тока и наоборот. Схема питается от двойного источника питания +/- 12 В постоянного тока.

Компаратор напряжения с использованием 741

Несколько других схем, связанных с операционными усилителями, которые могут вас заинтересовать.

Интегратор, использующий операционный усилитель : для интегрирующей схемы выходной сигнал будет интегралом входного сигнала. Например, синусоида при интегрировании дает косинусоидальную волну, прямоугольная волна при интегрировании дает треугольную волну и т. Д.

Инвертирующий усилитель : В инвертирующем усилителе выходной сигнал будет инвертированной версией входного сигнала и усилен в определенном размере.

Инструментальный усилитель : Это тип дифференциального усилителя с дополнительными буферными каскадами на входе.Это приводит к высокому входному сопротивлению и простому согласованию. Инструментальный усилитель имеет лучшую стабильность, высокий CMRR, низкое напряжение смещения и высокое усиление.

Компаратор напряжения LM311 — журнал DIYODE

Эта ИС представляет собой способ с малым количеством компонентов для сравнения двух напряжений сигнала или сигнала и опорного сигнала и включения или выключения выхода.

Компараторы

выполняют очень специфическую работу, которая дает производителям некоторые преимущества, которые могут быть не сразу очевидны.Сравнение напряжений или переключение на пороге может быть выполнено с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в Arduino и Raspberry Pi, но мы обсудим позже некоторые очень веские причины, по которым вы можете захотеть сделать это извне.

Мы уже сталкивались с компаратором раньше, когда обсуждали операционные усилители (операционные усилители), и мы даже делали их из операционных усилителей в проектах. Однако интегральная схема (ИС) LM311 — это специализированное устройство, которое выполняет только эту работу, и делает это хорошо.Конечно, не каждый читатель будет знаком с операционными усилителями или предыдущими статьями, поэтому вот очень краткое резюме.

Операционные усилители — это ИС с высокоомными входами, что означает, что они чувствительны к напряжению, а не к току. Один вход является инвертирующим, а другой — неинвертирующим, что означает, что положительное напряжение на инвертирующем входе вызовет отрицательное напряжение на выходе, а положительное напряжение на неинвертирующем входе вызовет положительное напряжение на выходе.Обратное также верно. Операционные усилители часто питаются от положительного и отрицательного источника питания с разделенной шиной с нулевым заземлением посередине, что позволяет им работать как положительно, так и отрицательно. В одинарных рельсах устраивается синтетический грунт.

Операционные усилители

можно использовать в качестве компаратора, в котором один вход сравнивается с другим, а на выходе устанавливается высокий или низкий уровень в зависимости от ситуации на входах. Операционные усилители имеют много других режимов работы, но в этой статье речь идет о компараторе.

Обычно это делается с помощью делителя напряжения для получения известного напряжения и последующей подачи его на один из входов. Другой используется для измерения целевого сигнала, например напряжения на датчике. Выходной сигнал будет высоким или низким, в зависимости от настройки, когда напряжение датчика поднимется выше или ниже опорного значения.

Компараторы напряжения

, такие как LM311, делают это с высокой точностью, быстрым откликом и минимальным количеством внешних компонентов. LM311 разработан с учетом универсальности, поскольку он может работать в диапазоне напряжений питания, включая +/- 15 В постоянного тока и + 5 В постоянного тока для логических цепей.К сожалению, минимальное рабочее напряжение исключает работу 3,3 В. Выходы имеют достаточно высокий рейтинг, чтобы управлять некоторыми нагрузками без дополнительного усиления.

Как всегда, полезно иметь копию таблицы данных производителя микросхемы. Мы всегда резюмируем наиболее актуальную информацию для нашей аудитории производителей, но в таблицах данных всегда есть больше. Мы использовали документ LM111 / LM211 / LM311 компании Texas Instruments, отредактированный в марте 2017 года. Хотя спецификации должны быть одинаковыми для всех производителей, расположение информации и объем информации могут отличаться.

Примечание. Чтобы узнать больше об операционных усилителях, вы можете обратиться к нашим предыдущим статьям в классе, включая «Операционные усилители — суперэлектронный строительный блок» из выпуска 7, январь 2018 г. или «Операционные усилители … еще раз» из выпуска 13, Июль 2018.

Хотя мы очень кратко описали работу компараторов, здесь мы дадим немного более подробную информацию. Базовый компаратор имеет пять соединений: инвертирующий вход, неинвертирующий вход, а также выход, положительный источник питания и отрицательный источник питания.Поскольку LM311 может работать от однорельсового питания, и мы собираемся использовать его таким образом, мы будем двигаться вперед именно так.

В базовом операционном усилителе измеряемым параметром является разность напряжений между двумя входами. Разница в том, что усиливается и передается на выход, а не в фактических напряжениях на входах. В компараторе разница не измеряется как таковая, а сравнивается, и выход полностью включен или полностью выключен в зависимости от разницы между входами.

Если напряжение на неинвертирующем входе больше положительного, чем напряжение на инвертирующем входе, выход включен.Если напряжение на неинвертирующем входе меньше положительного, чем напряжение на инвертирующем входе, выход выключен. Другими словами, если разница между входами положительная, выход полностью включен, независимо от того, насколько велика или мала разница.

Здесь есть нюанс. В большинстве случаев выход либо полностью включен, либо выключен. Однако есть небольшой участок отклика около порога пересечения эталона, где отклик фактически не является абсолютным.

Вы нечасто увидите это на практике, но мы столкнулись с этим при разработке проекта световой банки, основанного на схеме Класса этого месяца. График на рис. 8 в таблице данных показывает, что имеется короткий крутой отклик, который является почти линейным. Полный эффект охватывает менее милливольта на входе, поэтому он не будет беспокоить большинство пользователей слишком часто.

ИСТОЧНИК: Texas Instruments

Обратите внимание, что мы не включили в эти схемы подключения источника питания.Это связано с тем, что информация действительна для компараторов в целом, в том числе для компараторов, изготовленных с внешними компонентами от дискретных операционных усилителей, независимо от того, работают ли они от биполярного (с двумя шинами) или от однополярного (с одной шиной) питания.

Это также означает, что напряжения на обоих входах могут быть отрицательными, но пока разница положительная, выход включен.

Для большинства производителей подходят варианты блоков питания LM311. Он будет работать легко с минимальными усилиями от одинарного источника питания +5 В, чего нельзя сказать обо всех операционных усилителях и компараторах.Хотя большинство операционных усилителей и их производных можно заставить работать от одной шины, эти устройства, предназначенные для этого, упрощают проектирование схем. Потребление тока различается для разных ситуаций питания, но было измерено на рабочем столе как 1,19 мА от источника питания + 5 В без нагрузки.

LM311 — довольно старое устройство, и максимальный входной дифференциал (разница между напряжениями на входах) составляет 30 В (+/- 15 В). Это заметно меньше, чем напряжение питания 36 В (+/- 18 В), и иногда указывается как фактор, отвлекающий от устройства.Это может быть правдой для инженеров, но для большинства производителей это не имеет значения.

Большинство наших проектов питаются от 5 В или 12 В, с небольшими проектами на 24 В. Поскольку это, как правило, однорельсовые источники питания, в этих случаях не возникнет ситуации, когда разрыв между максимальной входной разностью и максимальным напряжением питания станет проблемой. Это по-прежнему хороший выбор, потому что он прочный, простой и очень легко доступен для розничной продажи. Немногие другие компараторы можно купить без рецепта в местном магазине электроники.

Как и все операционные усилители и их производные устройства, LM311 имеет входы с очень высоким импедансом, с максимальным требуемым входным током 300 нА, с типичным значением 100 нА. Время переключения также варьируется в зависимости от условий входа и выхода, но все цифры в таблицах и графиках таблицы данных ниже 200 нс, и даже при больших диапазонах напряжения питания и сигнала наибольшее значение, которое мы нашли в любой литературе, было менее 1 мс для полного размаха. .

На упрощенной схеме показан выход LM311 в виде N-канального транзистора с открытыми выводами коллектора и эмиттера.Он может обрабатывать максимум 40 В при 50 мА, что означает, что он может переключать многие реле самостоятельно или использоваться с внешним транзистором для переключения больших нагрузок.

Глядя на функциональную блок-схему на странице 10 таблицы данных, можно увидеть, что на выходе задействовано больше транзисторов и несколько резисторов. Поскольку выход не является действительно плавающим транзистором, нагрузка должна быть привязана к Vcc +, GND или Vcc-, в зависимости от источника питания и требований проекта.Для наших целей выход эмиттера подключается прямо к земле, а нагрузка подключается к коллектору. Хотя есть и другие способы использования этих контактов и причины для их соответствия, они выходят за рамки данной статьи.

На розничном рынке LM311 поставляется в 8-контактном пластиковом корпусе с двойным расположением выводов (DIP). Возможно, удастся найти и версии для поверхностного монтажа, но мы не смогли найти для них австралийского продавца. Существуют и другие пакеты, указанные в таблицах данных, с которыми вы можете столкнуться при поиске, если покупаете не у наших постоянных поставщиков.Обычно они доступны только на коммерческой основе.

Для однорельсового питания вывод Vcc- становится контактом заземления, в то время как контакт Vcc + сохраняет свою роль. Другими выводами, которые могут потребовать дальнейшего объяснения, являются выводы BALANCE и BAL / STRB. Балансирный штифт используется для внешнего смещения неинвертирующего входа. Все производимые устройства имеют степень допуска, с которой мы знакомы по резисторам и транзисторам. LM311 ничем не отличается, а балансирный штифт используется для ручной регулировки при пересечении нуля.Хотя хорошо знать, что это делает, в схемах производителей он не часто используется.

Вывод баланса / строба имеет дополнительную функцию — его заземление отключает выход независимо от состояния входа. Это можно использовать как ручную коррекцию для отключения выхода. Хотя мы будем использовать выключатель питания для отключения нашей сборки позже в схеме, вход строба может быть полезен для схем на основе микроконтроллеров, где LM311 может использоваться в качестве цифрового входа.

Как правило, два контакта остаются неподключенными или закороченными, чтобы избежать ложной активности.

На практике использовать компаратор довольно просто. На один из входов необходимо подать опорное напряжение, и это обычно делается с помощью делителя напряжения. На другой вход подается контролируемое напряжение. В большинстве приложений опорное напряжение подключается к неинвертирующему входу, а контролируемый сигнал подключается к инвертирующему входу.

Поскольку мы ориентируемся на использование одинарной шины питания, контакт Vcc + подключается к положительной шине питания, а Vcc- подключается к земле или шине 0 В.Эмиттер выхода должен подключаться к земле, а коллектор — к отрицательной стороне нагрузки. Помните, что выход может выдерживать ток 50 мА, поэтому, если ваша нагрузка не ограничена этим или ниже по току, вам нужно будет либо использовать транзистор, либо ограничить ток нагрузки с помощью резистора, если это возможно.

Обратите внимание, что, поскольку выход LM311 представляет собой N-канальный транзистор, существует более одного способа увеличения тока на выходе. На схеме 4A мы использовали транзистор PNP.Отображается текущий поток в ВЫСОКОМ состоянии (выход включен).

На схеме 4B мы использовали транзистор NPN. Как правило, транзисторы NPN не используются в качестве переключателей на стороне высокого напряжения, потому что ток базы должен течь через эмиттер на землю, а это может быть проблематично.

Использование их в качестве переключателя нижнего плеча также может привести к довольно небольшому сопротивлению транзистора в его «включенном» состоянии, что дает несовершенное заземление, если вы включаете или выключаете всю схему с помощью выходного транзистора.Светодиод не будет заботиться, но микроконтроллер или другая чувствительная схема, вероятно, будет. Таким образом, переключатель высокого напряжения подходит для определенных приложений, а транзистор PNP следует использовать для переключателя высокого уровня.

Возможно использование транзистора NPN в качестве переключателя высокого напряжения. Однако, если в управляемой цепи есть что-то, что означает, что базовый ток не может легко течь на землю, например, в цепи с высоким сопротивлением или с обратной ЭДС от индуктивной нагрузки, транзистор не будет работать правильно.

В прошлом мы использовали транзистор NPN в качестве переключателя высокого напряжения с очень простыми нагрузками с низким сопротивлением, такими как светодиоды. Иногда это делается по редакционным причинам, а не по техническим причинам.

В простых схемах может быть сложно придумать что-то, чего еще нет в другом месте, и выполнение таких вещей, как создание переключателя высокого напряжения с NPN, а не PNP транзистора, может помочь избежать слишком большого сходства с уже опубликованным материалом. Так что, хотя вы можете видеть, что это сделано, это не должно быть первым откликом.

* Указано количество, возможна продажа упаковками. Вам также понадобится макетная плата и оборудование для прототипирования, а также блок питания на выбор в пределах допустимого напряжения. Подойдет обычный настольный блок питания или блок питания на 12 В.

В этом месяце мы собираемся представить очень простую сборку, но мы собираемся модифицировать ее по мере продвижения. Мы будем использовать его, чтобы изучить поведение LM311 с различными конфигурациями входа. Схема будет нашей отправной точкой, а результат останется прежним.Это просто светодиод, который сообщает нам, что происходит. Мы будем использовать LDR в качестве входного датчика, сначала с делителем напряжения с постоянным резистором, а затем с потенциометром, дающим переменное опорное напряжение.

Сборка особенно проста, потому что мы собираемся использовать то, что узнали, в отдельном проекте. В выпуске №039 наш проект Firefly Light Jar использует LDR с компаратором LM311 для включения светодиодной цепочки, когда уровень окружающего освещения упал до выбранного уровня. Обязательно зацените.

Мы обнаружили, что LDR различаются, поэтому вам может потребоваться изменить номинал резистора R1 в соответствии с требованиями. Наш LDR измерял сопротивление 141 Ом на полном зимнем солнце и более 40 МОм в полной темноте при наличии только подсветки мультиметра в комнате. В тени за окнами в солнечный день мы измерили 850 Ом, а если приложить руку к поверхности LDR в тех же условиях, мы получили 4348 Ом. По этой причине мы сделаем наш делитель напряжения с LDR и резистором 2,4 кОм.

Сначала соедините макетную плату и компоненты, как показано на схеме, и подключите ее.

Обратите внимание, что происходит, когда вы закрываете LDR. Сколько вам нужно покрыть, чтобы схема активировалась? Вам нужно отбросить тень или почти полностью обернуть ее черной лентой? R2 и R3 должны быть одинаковыми по величине, поэтому напряжение на их стыке с неинвертирующим входом составляет половину напряжения питания.

Пришло время внести изменения. Первое изменение будет заключаться в замене делителя напряжения с постоянным резистором на потенциометр. Снимите R2 и R3 и подключите потенциометр как VR1 с одним концом, подключенным к шине питания, другим концом, подключенным к шине заземления, а дворник подключен к неинвертирующему входу LM311, контакт 2.

Теперь вы можете настроить опорное напряжение так, чтобы выходной светодиод загорался, когда вы этого хотите. Попробуйте настроить VR1 так, чтобы светодиод включался только с отбрасыванием тени на светодиод, а затем установите его так, чтобы вся цепь находилась в полностью темной комнате, чтобы светодиод включился.

Теперь, когда потенциометр контролирует опорное напряжение, мы можем исследовать, как положение компонентов влияет на схему. Поменяйте местами LDR1 и R1 и посмотрите, как это повлияет на схему.Как далеко и каким образом вам нужно отрегулировать потенциометр, чтобы цепь сработала?

Вернитесь к исходной конфигурации LDR1 и R1, но подключите соединение LDR1 и R1 к неинвертирующему входу, а стеклоочиститель потенциометра — к инвертирующему входу. Как теперь ведет себя схема?

Теперь, когда у вас была возможность поэкспериментировать и изучить поведение LM311, вы сможете лучше решить, как использовать его в проектах.Конечно, мы исследовали LDR только как датчик, но все, что работает в пределах входного напряжения, будет работать. Пьезоизмерительный датчик силы, датчик Холла, датчик приближения с ИК-светодиодом — все они могут использоваться с LM311. Возраст устройства имеет некоторые ограничения, но для большинства производителей они не имеют большого значения, если вообще имеют значение. В сочетании с доступностью без рецепта, LM311 по-прежнему остается универсальным и полезным устройством для производителя.

Не забывайте в ближайшем будущем следить за нашим проектом Firefly Light Jar, основанным на схеме, которую мы изучали в этом выпуске Класса.

Цепи компаратора напряжения

by Lewis Loflin

На этой странице представлена ​​основная информация о компараторе напряжения. интегральных схем и должен служить справочным материалом для других схем. В Показанные схемы основаны на четырехканальном компараторе напряжения LM339 или LM393. Двойной компаратор напряжения. Эти устройства функционально идентичны. В Компаратор напряжения LM311 может также использоваться для этих приложений, а также имеет ряд уникальных особенностей.

Здесь я сосредоточусь на примерах, не представленных в моем Руководстве по примерам схем компаратора. Я хотел бы поблагодарить Роба Пейсли за его тяжелую работу и вдохновение.

Видео на YouTube: Введение в схемы компаратора

См. Мою страницу Просмотр схем оконного компаратора


Рис. 1 Внутренние соединения четвертого компаратора 1/4
LM339.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

На рис. 1 показана внутренняя эквивалентная схема одиночного компаратора в счетверенном компараторе LM339.(См. Внутренние соединения корпуса для LM339.) Он состоит из операционного усилителя с выходным транзистором с открытым коллектором.


Рис. 2 Компаратор
на базе LM741 использует биполярный источник питания — щелкните изображение, чтобы увидеть его в полном размере.

На рис. 2 показано использование схемы компаратора операционного усилителя LM741. Это требует двухполюсного источника питания и создает ряд проблем. Мы можем использовать операционный усилитель LM358 с однополярным питанием. К счастью, все LM339, LM393 и LM311 являются компараторами с однополярным питанием и выходами с открытым коллектором.

Все они работают одинаково: когда напряжение на опорном входе больше входного напряжения, выход включается или выключается.


Рис. 3 Неинвертирующий компаратор.

Рис. 4 Инвертирующий компаратор.

Рис. 5 Функциональный эквивалент LM339.

LM311 отличается от LM339 и LM393 тем, что эмиттер выходного транзистора должен быть заземлен снаружи.

В случае LM358 или LM741 он выдает напряжение, в то время как открытый коллектор включается, создавая путь к земле — электронный переключатель ВКЛ-ВЫКЛ.

Еще раз повторить правило для входов компаратора с выходами с открытым коллектором:

Ток БУДЕТ течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе MINUS выше, чем напряжение на входе PLUS.

Ток НЕ БУДЕТ течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе МИНУС ниже, чем напряжение на входе ПЛЮС.


Фиг.6

Гистерезис

Гистерезис определяется как:

При медленном изменении входного сигнала могут появиться колебания на выходе, пока входной сигнал остается близким к опорному напряжению.Также сигнал низкой амплитуды на высоком импедансе может вызывают колебания из-за шумового фона. Такое нежелательное поведение можно решить с помощью гистерезис. Принцип гистерезиса состоит из двух различных входных пороговых напряжений. в зависимости от фактического состояния выхода.

Рис. 7 Триггер Шмитта на основе компаратора.

На рис. 7 показан триггер Шмитта на основе компаратора, который используется для обеспечения четкого переключения с зашумленными или нестабильными сигналами. Когда входное напряжение на TP2 меньше TP1, компаратор находится в состоянии ВЫКЛ.ТР3 подтягивается почти до 12 вольт резистором R4 3 кОм.


Рис. 8

На рис. 8 показано, как, когда компаратор выключен, R4 и R1 образуют последовательность 30K, которая параллельна R2, смещающему TP1 (Vref) до 6,56 вольт.

Без R1 Vref было бы 6 вольт.


Рис. 9

Когда компаратор включен, TP3 переключается на землю через внутренний транзистор с открытым коллектором, где резистор R1 47 кОм теперь включен параллельно с резистором R3 10 кОм, образуя общее сопротивление 8245 Ом.Это снижает Vref на TP1 до 5,36 вольт.

Для включения компаратора требуется 6,56 В на Vin, но для выключения напряжение должно упасть до 5,36 В. Это обеспечивает коммутационный промежуток или значение гистерезиса ~ 1,2 В, что обеспечивает стабильную работу.


Рис. 9 Инвертирующий компаратор операционного усилителя LM358.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его.


Рис. 10 Схема компаратора фотоэлемента включается в темноте.

Самые популярные видео и веб-страницы

Другие схемы

Компаратор двойного напряжения

LM393 — ProtoSupplies

Описание

Двойной компаратор напряжения LM393 содержит два независимых прецизионных компаратора напряжения, предназначенных для работы от одиночного или раздельного источника питания.

В ПАКЕТ:

  • LM393 Компаратор двойного напряжения

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПАРАТОРА С ДВОЙНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ LM393:
  • Низкое входное напряжение смещения 5,0 мВ
  • Низкий рабочий ток 0,4 мА
  • Работает от одного положительного источника питания от 2 до 36 В
  • Может также работать от раздельного питания от ± 1,0 до ± 18 В

LM393 содержит два дифференциальных компаратора, которые являются полностью независимыми, за исключением того, что они имеют общее подключение к источнику питания.Он может работать в широком диапазоне однополярного питания от 2 до 36 В или в диапазоне раздельного питания от +/- 1 до 18 В

Как следует из названия, компараторы напряжения используются для сравнения одного напряжения с другим и вывода логического ВЫСОКОГО или НИЗКОГО уровня в зависимости от результатов этого сравнения.

Чаще всего эти компоненты используются для контроля аналогового сигнала, чтобы увидеть, не выходит ли он за пределы порогового значения, требующего выполнения определенных действий.

Эти детали очень часто используются в модулях, которые предоставляют регулировочный потенциометр для установки, когда мы хотим, чтобы выход срабатывал ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ на основе достижения некоторого порогового значения, обычно от аналогового датчика, такого как температура, свет или звук.В этом случае потенциометр устанавливает на компараторе опорное напряжение, которое сравнивается с выходным напряжением датчика.

При мониторинге аналогового датчика одним из вариантов является подача сигнала аналогового датчика непосредственно в аналоговый порт на микроконтроллере и постоянный мониторинг его в программном обеспечении. С другой стороны, использование компаратора позволяет осуществлять этот мониторинг за пределами микроконтроллера, а цифровой выход компаратора может быть переведен на цифровой вывод, который можно контролировать более просто, аналогично тому, как переключатель будет контролироваться на предмет включения или ВЫКЛ.Выход также может быть подключен к выводу прерывания, поэтому мониторинг не требуется, и микроконтроллер выполняет действие только тогда, когда компаратор сообщает об этом. Во многих случаях использование компаратора может полностью избавить от необходимости иметь микроконтроллер, а выход может использоваться для непосредственного управления устройством, например реле, чтобы выполнить какое-либо действие, или светодиодом, чтобы указать, что какое-то условие было достигнуто.

Теория работы

Каждый из компараторов в LM393 имеет два входа, отмеченных «+» и «-». Устройство просто сравнивает разницу в напряжении между этими двумя входными контактами и соответствующим образом настраивает цифровой выход.

  • Если входное напряжение «+» выше, чем напряжение «-», выходное напряжение становится ВЫСОКИМ.
  • Если входное напряжение «-» выше, чем напряжение «+», выходное напряжение становится НИЗКИМ

Если вы будете использовать устройство с микроконтроллером, вам следует отключить LM393 от того же напряжения, при котором работает микроконтроллер, чтобы выход был логически совместим с микроконтроллером.

Выход представляет собой открытый коллектор, что означает, что LM393 будет тянуть его на землю, когда он выдает логический НИЗКИЙ уровень, но когда выход становится ВЫСОКИМ, требуется внешний подтягивающий резистор, чтобы вывести его на ВЫСОКИЙ уровень.В большинстве случаев на выходе потребуется подтягивающий резистор. Большинство микроконтроллеров имеют возможность включать подтягивающие резисторы на своих цифровых входах, поэтому физический резистор обычно не требуется.

Пример схемы ночника

Схема, показанная здесь, реализует простой ночник с использованием одного из компараторов.

LDR (Light Dependent Resistor) изменяет сопротивление в зависимости от количества падающего на него света. По мере увеличения количества света сопротивление уменьшается.И наоборот, когда интенсивность света уменьшается, сопротивление увеличивается.

LDR включен последовательно с резистором 33 кОм, образующим делитель напряжения. Значение 33К не слишком критично. При сильном освещении низкое сопротивление LDR будет поддерживать низкое напряжение на выводе «-». По мере того, как свет уменьшается, а сопротивление увеличивается, напряжение начинает повышаться до 5 В, и как только оно превысит напряжение на контакте «+», выходной сигнал станет НИЗКИМ, таким образом, включится светодиодный ночник.

Потенциометр можно использовать для регулировки напряжения на контакте «+» и, следовательно, для установки точки срабатывания при переключении компаратора.

Деталь поставляется в корпусе DIP-8 и совместима с макетной платой.

Примечания:

  1. Нет

Технические характеристики

Эксплуатационные рейтинги В + 2 — 36 В
В + / В- от ± 1,0 В до ± 18 В
Типичный ток потребления 16 мА
Упаковка ДИП-8
Тип корпуса Пластик, сквозное отверстие
Производитель Onsemi или TI
Лист данных LM393

Компаратор одиночного напряжения малой мощности

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / Title (TS391 — Компаратор с одним напряжением малой мощности) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток Acrobat Distiller 10.0.0 (Windows) BroadVision, Inc.2020-09-01T10: 57: 34 + 02: 002017-10-17T13: 38: 04-07: 002020-09-01T10: 57: 34 + 02: 00приложение / pdf

  • TS391 — Компаратор одного напряжения малой мощности
  • ON Semiconductor
  • TS391 — это маломощный компаратор напряжения с открытым коллектором, разработанный специально для работы от одного источника в широком диапазоне напряжений.Также возможна работа от раздельных источников питания.
  • uuid: ec1469be-dfc4-4d39-98ef-fa599e248376uuid: 2a197ed5-be12-47ce-b8db-cdbdef57c870Печать конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > поток HWMs6QwHM-

    Компараторы

    Компаратор — это устройство, которое используется для определения того, когда произвольно изменяющийся сигнал достигает некоторого порогового или опорного уровня.Компараторы находят применение во многих электронных системах: например, они могут использоваться для определения того, когда линейное нарастание достигает определенного уровня напряжения, или для индикации того, имеет ли импульс амплитуда больше определенного значения. При условии, что предусмотрено подходящее ограничение выхода, выходы компаратора могут использоваться для управления логическими схемами.

    Триггер Шмитта — важная схема переключения, которая широко используется в цифровых системах. Его стабильное состояние определяется амплитудой входного напряжения.Для данной схемы два конечных значения входных напряжений, называемые верхней точкой срабатывания (UTP) и нижней точкой срабатывания (LTP), заставляют схему переключаться из одного стабильного состояния в другое. Таким образом, схема может использоваться для различения двух уровней постоянного напряжения: в этом качестве она известна как компаратор.

    Диодный компаратор

    Нелинейные схемы для выполнения операции ограничения также могут использоваться для выполнения операции сравнения. Основное различие между ними заключается в том, что в компараторе нет никакого интереса в воспроизведении какой-либо части формы сигнала.Например, выход компаратора может состоять из резкого отклонения от уровня покоя источника, которое происходит в то время, когда сигнал достигает опорного уровня, но в остальном не зависит от сигнала. Или выход компаратора может быть резким импульсом, который возникает, когда сигнал и задание равны.

    Если мы предположим, что на вход подается сигнал пилообразного изменения, как показано на Рисунке 1 (a), то выход Рисунок 1 (b) является постоянным V R вольт, пока сигнал линейного изменения не уменьшится до значения, равного V R вольт, пока сигнал рампы уменьшает значение, равное V R вольт, после чего диод проводит ток, и входной сигнал появляется на выходе.

    Рисунок 1: Компараторы

    В схеме ограничитель был важен, чтобы часть формы волны, проходящей через диод, не искажалась. Точное время t 1 , когда диод начал проводить, имело второстепенное значение. Теперь эта схема будет рассматриваться как компаратор напряжения (поскольку он сравнивает изменяющееся напряжение сигнала с опорным напряжением и, следовательно, компаратором напряжения названия), и основное внимание уделяется времени, в которое напряжение входного сигнала достигает опорного уровня V R .Форма выходного сигнала имеет второстепенное значение. Диод, используемый для этой цели, называется токоизмерительным диодом. Аналогичным образом, при увеличении линейного изменения на входе схема на Рисунке 1 (c) будет продолжать работать как компаратор. Его ответ будет таким же, как показано на рисунке 2 (b). Тогда диод этой схемы называется отключающим диодом. Две другие схемы, показанные на Рисунке 1 (a) и (b), будут действовать как компараторы с уменьшающейся рампой. Их ответ показан на Рисунке 2 (c) и (d).

    Рисунок 2

    Транзисторный компаратор

    Базовая схема дифференциального усилителя с биполярным транзистором, показанная на рисунке 3, действует как схема компаратора напряжения, где V o (t) — входной сигнал, который нужно сравнивать с опорным напряжением V. Для получения хороших результатов необходимо, чтобы транзисторы Q 1 и Q 2 , а также резисторы RC 1 и RC 2 хорошо согласованы. Схема будет предлагать отличный CMRR (определяемый как отношение изменения входного синфазного напряжения и эквивалентного дифференциального входного напряжения), высокий коэффициент усиления по напряжению и оптимальную стабильность выходного сигнала в зависимости от устройства, когда (i) R E велико (> r ). e из Q 1 , Q 2 ) и (ii) выходы взяты дифференцированно.Первое требование обычно выполняется за счет использования источника постоянного тока (I E ) на общем пути эмиттера Q 1 и Q 2 .

    Рис. 3. Компаратор с дифференциальным усилителем

    Компараторы напряжения, соответствующие подходу с дифференциальным усилителем, могут быть легко сконструированы для обеспечения CMRR 40-60 дБ. Это помогает увеличить диапазон, в котором два входных напряжения равны.

    Компаратор напряжения IC

    Цепи типа

    компаратора используются там, где требуется определить, равно ли неизвестное аналоговое напряжение известному опорному напряжению или превышает его.Кроме того, сравнение может использоваться для преобразования синусоидальной волны и импульсов запуска в прямоугольные волны и тем самым служит для генератора импульсов.

    В компараторе используется операционный усилитель, выход которого может быть возвращен на неинвертирующий (положительный) вход, чтобы обеспечить «мгновенное действие» при переключении выхода. Когда на операционный усилитель подается опорное напряжение на одном входе и напряжение запуска или сравнения на другом входе, выход усилителя будет находиться в состоянии отсечки или насыщения.Если на усилитель подается напряжение ± 15 В (Vcc), на выходе будет либо плюс, либо минус 15 В, в зависимости от полярности напряжения триггера по сравнению с опорным напряжением.

    На рисунке 4 показан инвертирующий компаратор напряжения. На неинвертирующий вход подается опорное напряжение, а на инвертирующий вход подается сигнальное напряжение, которое сравнивается с опорным. Поскольку вход подключен к инвертирующей клемме, напряжение сигнала приведет к выходному импульсу противоположной полярности.Входное напряжение должно быть больше опорного напряжения, прежде чем компаратор изменит свое состояние. Верхнего положительного предела не существует, пока входной резистор ограничивает ток до 200 мкА или менее (в зависимости от параметров используемого операционного усилителя).

    Рисунок 4: Генератор инвертирующих импульсов с использованием компаратора IC

    Выход усилителя может быть настроен на быстрое изменение состояния (мгновенное действие), если имеется положительная обратная связь, как на рисунке 5. Вход в усилитель на инвертирующем выводе и, следовательно, компаратор инвертирующего типа.Кроме того, здесь цепь обратной связи обеспечивает опорное напряжение. Опорное напряжение, развиваемое на R 2 , определяется следующим образом:

    В исх.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.