Mạch so sánh

Làm thế nào để so sánh điện áp

Trong nhiều mô tả, bộ so sánh được so sánh với các thang đo đòn bẩy thông thường, như trong chợ: một tiêu chuẩn được đặt trên một bát – trọng lượng, và người bán bắt đầu đặt hàng hóa, chẳng hạn như khoai tây, mặt khác. Ngay khi trọng lượng của sản phẩm trở thành bằng trọng lượng của trọng lượng, chính xác hơn một chút, cốc có trọng lượng tăng vọt. Cân nặng đã qua.

Điều tương tự cũng xảy ra với bộ so sánh, chỉ trong trường hợp này, vai trò của trọng số được phát bằng điện áp tham chiếu và tín hiệu đầu vào được sử dụng như một củ khoai tây. Ngay khi một đơn vị logic xuất hiện ở đầu ra của bộ so sánh, nó được coi là sự so sánh điện áp đã xảy ra. Đây là một số rất nhiều nhiều hơn một chút, mà trong các thư mục được gọi là độ nhạy ngưỡng ngưỡng của bộ so sánh.

Kiểm tra so sánh điện áp

Novice ham – kỹ sư điện tử thường hỏi làm thế nào để kiểm tra một phần cụ thể. Để kiểm tra bộ so sánh, bạn không cần phải lắp ráp bất kỳ mạch phức tạp nào. Nó là đủ để kết nối một vôn kế với đầu ra của bộ so sánh, và áp dụng các điện áp quy định cho các đầu vào, và xác định xem bộ so sánh có hoạt động hay không. Và, tất nhiên, nó sẽ rất tốt, nếu bạn vẫn nhớ áp dụng sức mạnh cho bộ so sánh!

Tuy nhiên, người ta không nên quên rằng nhiều bộ so sánh có một bóng bán dẫn đầu ra, trong đó những phát hiện của bộ thu và bộ phát chỉ đơn giản là “treo trong không khí”, được mô tả trong bài viết “Bộ so sánh tương tự”. Do đó, những kết luận này phải được kết nối tương ứng. Làm thế nào để làm điều này được hiển thị trong Hình 1.

Hình 1. Sơ đồ kết nối bộ so sánh

Điện áp tham chiếu thu được từ dải phân cách R2, R3 từ điện áp cung cấp + 5V. Kết quả là, 2,5V thu được ở đầu vào nghịch đảo. Giả sử rằng thanh trượt biến trở R1 ở vị trí thấp nhất, tức là điện áp trên đó là 0V. Điện áp tương tự là ở đầu vào trực tiếp của bộ so sánh.

Nếu bây giờ, bằng cách xoay động cơ biến trở R1, tăng dần điện áp ở đầu vào trực tiếp của bộ so sánh, thì khi đạt tới 2,5V, logic 1 sẽ xuất hiện ở đầu ra của bộ so sánh, sẽ mở bóng bán dẫn đầu ra, đèn LED HL1 sẽ sáng.

Nếu bây giờ động cơ R1 được quay theo hướng giảm điện áp, thì tại một thời điểm nhất định, đèn LED HL1 chắc chắn sẽ tắt. Điều này chỉ ra hoạt động đúng của bộ so sánh.

Thí nghiệm có thể hơi phức tạp: đo điện áp ở đầu vào trực tiếp của bộ so sánh bằng vôn kế và sửa ở điện áp nào đèn LED sẽ sáng và tại đó tắt. Sự khác biệt trong các điện áp này sẽ là độ trễ của bộ so sánh. Nhân tiện, một số bộ so sánh có một pin (pin) đặc biệt để điều chỉnh giá trị trễ.

Để tiến hành một thí nghiệm như vậy, bạn sẽ cần một vôn kế kỹ thuật số có khả năng “bắt” millivolts, điện trở cắt nhiều vòng và một lượng kiên nhẫn cho người thực hiện. Nếu kiên nhẫn cho một thử nghiệm như vậy là không đủ, bạn có thể thực hiện các thao tác sau, đơn giản hơn nhiều: hoán đổi đầu vào trực tiếp và nghịch đảo, và xoay điện trở thay đổi để quan sát cách hoạt động của đèn LED, tức là đầu ra so sánh.

Hình 1 chỉ hiển thị sơ đồ khối, vì vậy số pin không được chỉ định. Khi kiểm tra một bộ so sánh thực, bạn sẽ phải đối phó với sơ đồ chân của nó (sơ đồ chân). Tiếp theo, một số kế hoạch thực tế sẽ được xem xét và một mô tả ngắn gọn về công việc của họ sẽ được đưa ra.

Thông thường trong một trường hợp có một vài bộ so sánh, hai hoặc bốn, cho phép bạn tạo các thiết bị khác nhau mà không cần cài đặt thêm chip trên bảng. Bộ so sánh có thể độc lập với nhau, nhưng trong một số trường hợp có kết nối nội bộ. Như một con chip, hãy xem xét bộ so sánh kép MAX933.

Bộ so sánh MAX933

Hai bộ so sánh sống sống trong một nhà của microcircuit. Ngoài các bộ so sánh, có một nguồn tham chiếu điện áp 1.182V tích hợp bên trong vi mạch. Trong hình, nó được hiển thị dưới dạng một diode zener, đã được kết nối bên trong vi mạch: với bộ so sánh trên với đầu vào nghịch đảo và ở dưới cùng với đường thẳng. Điều này giúp dễ dàng tạo ra một bộ so sánh đa cấp theo các nguyên tắc “Nhỏ”, “Định mức”, “Nhiều” (máy dò điện áp / quá áp). Các bộ so sánh như vậy được gọi là cửa sổ bởi vì vị trí của Norm Norm đang ở trong cửa sổ của Google, giữa các số ít và một số nhiều.

Nghiên cứu chương trình so sánh Multisim

Hình 2 cho thấy phép đo điện áp tham chiếu được tạo ra bằng phần mềm mô phỏng Multisim. Phép đo được thực hiện với đồng hồ vạn năng XMM2, hiển thị 1.182V, tương ứng hoàn toàn với giá trị được chỉ định trong Bảng dữ liệu của bộ so sánh. Chân 5 HYST, – điều chỉnh độ trễ, trong trường hợp này không được sử dụng.

Hình 2

Sử dụng công tắc S1, bạn có thể đặt mức điện áp đầu vào và cùng một lúc trên cả hai bộ so sánh: công tắc đóng cung cấp mức thấp cho đầu vào (nhỏ hơn điện áp tham chiếu) như trong Hình 3, trạng thái mở tương ứng với mức cao, – Hình 4. Trạng thái đầu ra của bộ so sánh hiển thị bằng vạn năng XMM1, XMM2.

Nhận xét về các số liệu là hoàn toàn dư thừa – để hiểu logic của các bộ so sánh, đủ để xem xét cẩn thận các số đọc của vạn năng và vị trí của công tắc S1. Chỉ nên nói thêm rằng một sơ đồ như vậy có thể được khuyến nghị để kiểm tra một bộ so sánh “sắt” thực sự.

Hình 3

Hình 4

Mạch kiểm tra điện áp

Mạch của bộ so sánh như vậy được hiển thị trong Bảng dữ liệu được hiển thị trong Hình 5.

Đối với tín hiệu đầu ra của điện áp thấp (OUTA) và quá điện áp (OUTB), mức tín hiệu hoạt động thấp, được biểu thị bằng cách gạch chân các tín hiệu từ phía trên. Đôi khi, đối với những mục đích này, ký hiệu – Những tín hiệu này có thể được gọi là báo động.

Tín hiệu POWER TỐT là đầu ra yếu tố logic VÀkhi cả hai báo động có một đơn vị logic. Tín hiệu POWER TỐT đang hoạt động ở mức cao.

Nếu ít nhất một trong các báo thức ở mức thấp, tín hiệu POWER TỐT sẽ biến mất – nó cũng sẽ trở nên thấp. Điều này một lần nữa cho phép xác minh rằng mạch logic VÀ ở mức thấp là OR logic.

Hình 5. Mạch so sánh

Điện áp đầu vào được điều khiển được cung cấp thông qua bộ chia R1 … R3, giá trị của các điện trở được tính toán có tính đến phạm vi của điện áp được điều khiển. Quy trình tính toán được đưa ra, ngay cả với một ví dụ, trong Bảng dữ liệu.

Để giảm bớt trò chuyện trong khi chuyển đổi, giá trị trễ được đặt bằng cách sử dụng bộ chia R4, R5. Các điện trở này được tính toán bằng cách sử dụng các công thức cũng được đưa ra trong Bảng dữ liệu. Đối với các giá trị được chỉ ra trong sơ đồ, giá trị trễ là 50mV.

Đề án quản lý sao lưu

Đề án tương tự được sử dụng, ví dụ, trong hệ thống báo động. Thuật toán hoạt động của các chương trình này khá đơn giản. Nếu điện áp nguồn không thành công, hệ thống an ninh sẽ chuyển sang hoạt động của pin và khi mạng được khôi phục, nó sẽ hoạt động trở lại từ nguồn điện, trong khi pin đang được sạc. Để thực hiện một thuật toán như vậy, ít nhất hai yếu tố phải được đánh giá: sự hiện diện của điện áp lưới và trạng thái của pin.

Mạch điều khiển chức năng được hiển thị trong Hình 6.

Hình 6. Sơ đồ quản lý năng lượng dự phòng trên một chip đơn

Điện áp chỉnh lưu + 9VDC được cung cấp qua diode tới bộ điều chỉnh điện áp, từ đó thiết bị bảo mật được cấp nguồn. Trong trường hợp này, bộ chia R1, R2 là một cảm biến điện áp đường dây, được theo dõi bởi bộ so sánh thấp hơn với đầu ra OUTA. Khi có điện áp nguồn và nằm trong lý do, ở đầu ra của bộ so sánh thấp hơn là một đơn vị logic mở bóng bán dẫn hiệu ứng trường Q1, qua đó pin được sạc. Tín hiệu tương tự điều khiển chỉ báo hoạt động mạng.

Trong trường hợp điện áp nguồn biến mất hoặc giảm, số 0 logic xuất hiện ở đầu ra của bộ so sánh, bóng bán dẫn hiệu ứng trường đóng, pin ngừng sạc, chỉ báo hoạt động mạng tắt hoặc chuyển sang màu khác. Sự xuất hiện của một tín hiệu âm thanh cũng có thể.

Pin được sạc thông qua một diode chuyển đổi được kết nối với bộ ổn định và thiết bị tiếp tục hoạt động ngoại tuyến. Nhưng để bảo vệ pin khỏi sự phóng điện hoàn toàn, một bộ so sánh khác theo dõi tình trạng của nó, cái trên cùng theo sơ đồ.

Trong khi pin chưa được xả, điện áp ở đầu vào nghịch đảo của bộ so sánh B cao hơn tham chiếu, do đó, mức đầu ra của bộ so sánh thấp, tương ứng với mức sạc bình thường của pin. Khi phóng điện xảy ra, điện áp ở dải phân cách R3, R4 giảm xuống và khi nó trở nên thấp hơn tham chiếu, mức cao sẽ được thiết lập ở đầu ra của bộ so sánh, cho biết pin yếu. Thông thường, tình trạng này được biểu thị bằng tiếng rít khó chịu của thiết bị.

Mạch trễ thời gian

Thể hiện trong hình 7.

Hình 7. Sơ đồ độ trễ thời gian trên bộ so sánh

Đề án hoạt động như sau. Bằng cách nhấn nút MOMENTARY SWITCH, tụ C được nạp vào điện áp của nguồn điện. Điều này dẫn đến thực tế là điện áp ở đầu vào IN + trở nên cao hơn điện áp tham chiếu ở đầu vào IN-. Do đó, đầu ra OUT được đặt ở mức cao.

Sau khi nhả nút, tụ điện bắt đầu phóng qua điện trở R và khi điện áp trên nó, và do đó, ở đầu vào IN + giảm xuống dưới điện áp tham chiếu ở đầu vào IN-, mức đầu ra của bộ so sánh OUT sẽ thấp. Khi bạn nhấn nút một lần nữa, mọi thứ lại lặp lại.

Điện áp tham chiếu ở đầu vào IN- được đặt bằng cách sử dụng một bộ chia ba điện trở và với các giá trị được chỉ ra trên sơ đồ là 100mV. Bộ chia tương tự đặt độ trễ của bộ so sánh (HYST) trong phạm vi 50mV. Do đó, tụ C được phóng điện tới điện áp 100 – 50 = 50 mV.

Mức tiêu thụ hiện tại của thiết bị là nhỏ, không quá 35 microamp, trong khi dòng điện đầu ra có thể đạt tới 40 mA.

Thời gian trễ được tính theo công thức R * C * 4.6 giây. Một ví dụ là phép tính với dữ liệu sau: 2M & # 937; * 10 TIẾNG * 4.6 = 92 giây. Nếu điện trở được biểu thị bằng megaohms, điện dung tính bằng microfarad, thì kết quả thu được sau vài giây. Nhưng đây chỉ là một kết quả được tính toán. Thời gian thực tế sẽ phụ thuộc vào điện áp của nguồn điện và chất lượng của tụ điện, vào dòng rò của nó.

Một số mạch so sánh đơn giản

Cơ sở của các mạch, sẽ được xem xét sau này, là một rơle gradient, một mạch phản ứng không phải với sự hiện diện của bất kỳ tín hiệu nào, mà là tốc độ thay đổi của nó. Một trong những cảm biến này là chuyển tiếp hình ảnhcó sơ đồ được hiển thị trong Hình 8.

Hình 8. Sơ đồ của rơle ảnh trên bộ so sánh

Tín hiệu đầu vào được lấy từ bộ chia được hình thành bởi điện trở R1 và photodiode VD3. Điểm chung của bộ chia này thông qua điốt VD1 và VD2 được kết nối với đầu vào trực tiếp và đảo ngược của bộ so sánh DA1. Do đó, hóa ra các đầu vào trực tiếp và nghịch đảo có cùng điện áp, tức là không có sự khác biệt giữa các điện áp ở đầu vào. Với trạng thái này ở đầu vào, độ nhạy của bộ so sánh gần với mức tối đa.

Để thay đổi trạng thái của bộ so sánh, sẽ cần chênh lệch điện áp ở các đầu vào tính theo đơn vị millivolts. Đây là về cách đẩy ngón tay út của bạn xuống vực thẳm treo trên mép đá. Trong khi đó, một số 0 logic xuất hiện ở đầu ra của bộ so sánh.

Nếu độ rọi đột ngột thay đổi, điện áp trên photodiode cũng thay đổi, giả sử rằng nó tăng. Dường như cùng với điều này, điện áp ở cả hai đầu vào của bộ so sánh sẽ thay đổi, và ngay lập tức. Do đó, chênh lệch điện áp mong muốn ở các đầu vào sẽ không hoạt động, và do đó, trạng thái đầu ra của bộ so sánh sẽ không thay đổi.

Tất cả điều này sẽ là như vậy, nếu bạn không chú ý đến tụ điện C1 và điện trở R3. Nhờ mạch RC này, điện áp ở đầu vào đảo ngược của bộ so sánh sẽ tăng lên với một số độ trễ so với đầu vào trực tiếp. Đối với thời gian trễ, điện áp ở đầu vào trực tiếp sẽ lớn hơn ở nghịch đảo. Kết quả là, một đơn vị logic sẽ xuất hiện ở đầu ra của bộ so sánh. Đơn vị này sẽ không được giữ lâu, chỉ trong thời gian trễ do chuỗi RC.

Một rơle ảnh tương tự được sử dụng trong trường hợp độ rọi thay đổi đủ nhanh. Ví dụ, trong các thiết bị bảo mật hoặc cảm biến của thành phẩm trên băng tải, thiết bị sẽ phản ứng với sự gián đoạn của thông lượng ánh sáng. Một lựa chọn khác là bổ sung cho hệ thống giám sát video. Nếu bạn hướng bộ cảm quang đến màn hình điều khiển, nó sẽ phát hiện sự thay đổi độ sáng và bao gồm, ví dụ, tín hiệu âm thanh, thu hút sự chú ý của người vận hành.

Rất đơn giản để biến rơle ảnh được xem xét thành cảm biến thay đổi nhiệt độ, ví dụ, trong báo cháy. Để làm điều này, chỉ cần thay thế photodiode bằng một nhiệt điện trở. Trong trường hợp này, giá trị của điện trở R1 phải bằng giá trị của nhiệt điện trở (thường được chỉ định cho nhiệt độ 25C °). Một sơ đồ của cảm biến này được hiển thị trong Hình 9.

Hình 9. Sơ đồ của cảm biến đo nhiệt độ trên bộ so sánh

Nguyên tắc và ý nghĩa của tác phẩm hoàn toàn giống với nguyên lý của bộ cảm biến được mô tả ở trên. Nhưng thiết kế này cũng cho thấy thiết bị đầu ra đơn giản nhất – đây là thyristor VS1 và rơle K1. Khi bộ so sánh được kích hoạt, thyristor VS1 mở ra, bật rơle K1.

Vì thyristor trong trường hợp này hoạt động theo mạch điện trực tiếp, ngay cả khi xung điều khiển từ bộ so sánh kết thúc, thyristor sẽ vẫn mở và bật K1. Để tắt rơle, bạn sẽ phải nhấn nút SB1 hoặc đơn giản là tắt toàn bộ mạch.

Thay vì nhiệt điện trở, bạn có thể sử dụng từ tính, ví dụ SM-1, phản ứng với từ trường. Sau đó, bạn nhận được một rơle gradient nhạy cảm từ tính. Magnetoresistors trong thế kỷ XX đã được sử dụng trong bàn phím của một số máy tính.

Nếu bạn sử dụng các cảm biến khác, thì trên cơ sở của rơle gradient, bạn có thể dễ dàng tạo ra các thiết bị hoàn toàn khác nhau đáp ứng với những thay đổi trong điện trường, để rung động âm thanh. Sử dụng cảm biến áp điện, rất dễ tạo ra cảm biến sốc và rung động địa chấn.

Nó khá đơn giản với sự trợ giúp của các bộ so sánh để chuyển đổi tín hiệu tương tự đầu ra thành một loại kỹ thuật số. Một sơ đồ tương tự được hiển thị trong Hình 10.

Hình 10. Lược đồ để chuyển đổi tín hiệu tương tự của người dùng thành một tín hiệu kỹ thuật số của người dùng bằng cách sử dụng một bộ so sánh

Hình 11 cho thấy cùng một mạch, chỉ có cực của các xung đầu ra là ngược với mạch trước. Điều này đạt được chỉ đơn giản bằng cách bao gồm các đầu vào khác.

Hình 11.

Cả hai mạch đều chuyển đổi biên độ của tín hiệu đầu vào thành độ rộng của xung đầu ra. Chuyển đổi như vậy thường được sử dụng trong các mạch điện tử khác nhau. Trước hết, trong các thiết bị đo lường, chuyển đổi nguồn điện, bộ khuếch đại kỹ thuật số.

Dải tần của các thiết bị nằm trong phạm vi 5 … 200KHz, biên độ của tín hiệu đầu vào trong phạm vi 2 … 2.5V. Khi sử dụng diode Germanium, việc chuyển đổi biên độ thành độ rộng xung bắt đầu từ mức 80 … 90mV, trong khi đối với diode silicon, giá trị này là 250 … 270mV.

Dải tần số hoạt động của thiết bị được xác định bởi các xếp hạng của tụ điện C1, C2. Một thiết bị được lắp ráp từ các bộ phận có thể sửa chữa không yêu cầu điều chỉnh và đặt ngưỡng phản hồi.