Categories: Articles destacats » Electrònica pràctica
Nombre de visualitzacions: 95831
Comentaris sobre l'article: 3
Comparadors analògics
Títol comparadors provenia del llatí comparar - comparar. Dispositius en els quals es realitza la mesura comparant amb un treball estàndard d’aquest principi. Per exemple, escales d’uns braços iguals o potenciòmetres elèctrics.
El principi d’acció distingeix entre comparadors elèctrics, pneumàtics, òptics i fins i tot mecànics. Aquests últims serveixen per comprovar les mesures de longitud final. Per primer cop, Lenoir va aplicar a París un comparador per verificar les mesures finals el 1792, sobre el qual hi ha un article a l'enciclopèdia de Brockhaus i Efron.
Aquest comparador mecànic es va utilitzar per comprovar l'estàndard 1m en la formació del sistema mètric francès. La precisió de mesura d'un comparador que utilitzava un sistema de palanques mòbils va assolir els 0.0005mm. Per aquella època era molt exacte. Però en aquest article no considerarem en detall els comparadors mecànics i altres, ja que la nostra tasca és fer-ho comparadors de tensió.
Comparadors integrats. Principi d’acció i varietats
Actualment, els comparadors s’utilitzen principalment en disseny integrat. Poca gent pensaria a muntar un comparador a partir de transistors discrets. A més, s'utilitzen comparadors com a part d'alguns circuits.
Per exemple temporitzador integrat NE555 conté dos inputs, que, de fet, aconsegueix tot l'encant de la seva obra. A més, molts microcontroladors moderns també tenen comparadors integrats. Però, independentment de l’execució, els principis dels comparadors són exactament els mateixos.
Els comparadors moderns del sistema són molt similars als opamps. De fet, es tracta del mateix amplificador operatiu, només sense comentaris i amb un guany molt elevat. El comparador també té dues entrades, directes i inverses (marcades amb un cercle o un signe menys).
La funció principal del comparador és comparar dues tensions, una de les quals és exemplar o de referència, i l’altra realment es mesura. El senyal de sortida del comparador només pot prendre dos valors: un zero lògic i una unitat lògica, però no es poden canviar linealment, com un amplificador operatiu.
A la sortida dels comparadors, per regla general, hi ha una sortida transistor amb col·lector i emissor obert. Per tant, es pot connectar segons un circuit amb un OE o un seguidor d'emissor, depenent dels requisits d'un circuit particular, tal com es mostra a la figura 1.
La figura 1a mostra la inclusió d’un transistor de sortida en un circuit amb un emissor comú. En aquest cas, es pot connectar TTL i CMOS - lògica amb una tensió d'alimentació de + 5V a la sortida de la cascada. Si la lògica CMOS és alimentada per una tensió de 15V, la sortida màxima de la resistència 1Kohm segons l'esquema s'ha de connectar al bus de potència + 15V.
Quan el transistor de sortida està connectat segons el circuit seguidor de l'emissor, tal com es mostra a la figura 1b, la tensió a la sortida del comparador varia dins de + 15V ... -15V. Tanmateix, amb aquesta inclusió, la velocitat del comparador disminueix significativament i, a més, les entrades es “canvien” en llocs: les entrades s’inverteixen.
Figura 1
Com comprovar el comparador, viu o no viu?
Si un LED es solda seqüencialment amb una resistència R en el circuit mostrat a la figura 1a connectant l’ànode a una font d’alimentació de + 5 V i s’aplica tensió a les entrades mitjançant resistències, el canvi d’aquests voltatges amb resistències variables com a mínim pot fer que el LED parpellegi. En quina seqüència s'aplicarà el voltatge de referència i d'entrada es pot trobar més endavant. Que un esquema de prova sigui una petita tasca pràctica.
La lògica del comparador
A la figura 2 es mostra el diagrama funcional del comparador.
Figura 2. Esquema funcional del comparador
Amb tantes entrades i senyals d'entrada, són possibles dues opcions. En el primer cas, que es mostra a la part esquerra de la figura, s’aplica el voltatge de referència a l’entrada invertida i el voltatge d’entrada a la que no inverteix. Si la tensió d’entrada supera el voltatge de referència, apareixerà un nivell alt a la sortida del comparador (log. 1). En cas contrari, tindrem un zero lògic.
A la segona versió, que es mostra a la part dreta de la figura, s'aplica el voltatge de referència a l'entrada directa i el voltatge d'entrada a la inversa. En aquest cas, si la tensió d'entrada és superior a la tensió de referència a la sortida del comparador, la lògica zero, en cas contrari, la unitat. A la figura 2, totes aquestes conclusions es mostren en forma de fórmules matemàtiques.
Però aquí un lector atent pot tenir una pregunta justa: “Mireu la figura 1, quants punts de venda hi ha! De què es parla, de quin tipus de zero hi ha i on és la unitat aquí? " En aquest cas, estem parlant de la base del transistor de sortida, es creu que es tracta de la sortida de l'amplificador operatiu, al qual se li proporcionen els senyals d'entrada. I el transistor de sortida, tal com s’indica als comentaris de la figura 1, es pot engegar de qualsevol manera.
Algunes característiques dels comparadors analògics
Quan s’utilitzen comparadors s’han de tenir en compte les seves característiques, que es poden dividir en estàtiques i dinàmiques. Els paràmetres estàtics del comparador són els que es determinen en estat estacionari.
En primer lloc, aquesta és la sensibilitat llindar del comparador. Es defineix com la diferència mínima dels senyals d'entrada en què apareix un senyal lògic a la sortida.
A més d’entrada i sortida, molts comparadors tenen sortides per subministrar tensió de biaix Ucm. Amb aquesta tensió s’aconsegueix el desplaçament necessari de la característica de transferència respecte a la posició ideal.
Un dels principals paràmetres del comparador és la histèresi. La manera més fàcil d’explicar aquest fenomen és utilitzar l’exemple amb un relé convencional. Deixem que el voltatge de funcionament de la bobina, per exemple, de 12 V, després sigui amb el relleu que funcionarà. Si després d’això, reduïu gradualment el voltatge d’alimentació de la bobina, el relé s’alliberarà, per exemple, a una tensió de 7V. Aquesta diferència de fins a 5 V per a aquest relé és histèresi. Però el relé no es tornarà a encendre, si la tensió es manté al nivell de 7V no passarà. Per fer-ho, torna a augmentar el voltatge a 12V. I llavors ...
El mateix s’observa amb els comparadors. Suposem que el voltatge d’entrada puja suaument respecte al voltatge de referència (s’apliquen senyals, tal com es mostra a la part esquerra de la figura 2). Tan aviat com el voltatge d’entrada esdevé superior a la tensió de referència (no inferior al valor de sensibilitat del llindar), apareixerà una unitat lògica a la sortida del comparador.
Si ara el voltatge d’entrada comença a disminuir de forma fluïda, la transició d’una unitat lògica a un zero lògic es produirà quan la tensió d’entrada sigui lleugerament inferior a la de referència. La diferència en els voltants d'entrada en aquests "per sobre de la referència" i "per sota de la referència" s'anomena histèresi del comparador. La histèresi del comparador es deu a la presència d'un feedback positiu en ell, que està dissenyat per suprimir el "rebot" del senyal de sortida al canviar el comparador.
Com és el comparador
El diagrama del circuit a nivell del transistor és força complex, gran, no molt clar, però pràcticament no és necessari. Aquestes són les característiques de disseny dels circuits integrats, sembla que els transistors surten a tot arreu, fins i tot allà on no calgui. Per tant, és millor considerar un diagrama funcional simplificat del comparador, que es mostra a la figura 3.
Figura 3. Diagrama funcional simplificat del comparador
El diagrama mostra l'estadi diferencial d'entrada (DC), la lògica de sortida i el circuit de desplaçament de nivell.
El DC d’entrada porta a terme l’amplificació principal del senyal de diferència, i també amb l’ajut d’un dispositiu de biaix permet realitzar l’estat preferit a la sortida, que permet triar el tipus de lògica (TTL, ESL, CMOS) amb què cal treballar.Aquest ajustament es realitza mitjançant una resistència de retallada connectada als terminals "equilibradors".
Comparadors de memòria i reixat
Alguns comparadors moderns tenen una entrada d’entrada: la comparació de senyals d’entrada només es produeix en el moment de subministrament del pols corresponent. Això permet comparar els senyals d’entrada en aquell moment en el moment en què es requereix. Doncs bé, el que vulguis! A la figura 4 es mostra un esquema de blocs simplificat d'un comparador amb reixat.
Figura 4. Diagrama de blocs simplificat d’un comparador
Els comparadors mostrats en aquesta figura tenen una sortida parafàsica, com un disparador, la sortida superior és directa i la inferior, marcada amb un cercle, és naturalment inversa. A més, també es mostra la porta C.
A la figura 4a, els senyals d'entrada es canalitzen a un nivell elevat a l'entrada C. Quan s'accedeix a un nivell baix, la designació gràfica a l'entrada C hauria de tenir un cercle petit (signe d'inversió).
A la figura 4b, l'entrada C de la porta té un guió /, el que indica que la comporta es produeix a la vora ascendent del pols. En el cas de tancar-se en un front que cau, el guionet té aquesta direcció.
Així, el senyal d'accés no és res més que la resolució de la comparació. El resultat de la comparació només pot aparèixer a la sortida durant l'acció del pols de la porta. Però alguns models de comparació tenen memòria (només és suficient un disparador) i recorden el resultat de la comparació fins que arribi el següent impuls.
La durada del pols estroboscòpic (el seu cantell) ha de ser suficient perquè el senyal d’entrada passi pel corrent continu abans que la cel·la de memòria tingui temps d’activar-se. L’ús de reixat augmenta la immunitat del soroll del comparador, ja que la interferència pot canviar l’estat del comparador només en un pols de tancament de poca estona. Sovint, el comparador s’anomena ADC d’un sol bit.
Classificació dels comparadors
Per una combinació de paràmetres, els comparadors es poden dividir en tres grans grups. Es tracta de comparadors de propòsit general, d'alta velocitat i precisió. En la pràctica amateur, els primers s’utilitzen més sovint.
No tenen paràmetres sobrenaturals de velocitat i guany, la presència de reixat i memòria, els comparadors d’aplicació ampla tenen les seves pròpies propietats i característiques atractives. Tenen baix consum d’energia, la capacitat de treballar a baixa tensió i el fet que es poden situar fins a quatre comparadors en un cas. Tal "família" permet, en alguns casos, crear dispositius molt útils. A la figura 5 es mostra un d’aquests dispositius.
Es tracta del convertidor més simple d’un senyal analògic en un codi unitari digital. Aquest codi es pot convertir en binari mitjançant conversió digital.
Figura 5. Esquema de conversió d’un senyal analògic a un codi unitari digital
El circuit conté quatre comparadors K1 ... K4. La tensió de referència s'aplica a les entrades d'inversió a través divisor resistiu. Si la resistència de les resistències és la mateixa, la tensió a les entrades inversores dels comparadors serà n * Uop / 4, on n és el número de sèrie del comparador. El voltatge d’entrada s’aplica a les entrades que no inverteixen connectades entre si. Com a resultat de comparar el voltatge d’entrada amb el voltatge de referència a les sortides dels comparadors, obtenim un codi digital unitari de la tensió d’entrada.
Més detalladament, considerarem els paràmetres dels comparadors de propòsit general mitjançant l'exemple del comparador LM311 generalitzat i bastant assequible.
Comparators de la sèrie LM311
Tensions de subministrament i condicions de treball
Tal com s’escriu al Full de Dades, aquests comparadors tenen corrents d’entrada mil vegades més petits que comparadors de la sèrie LM106 o LM170. A més, els comparadors de la sèrie LM311 tenen un ventall més ampli de tensions d’alimentació: des de bipolar ± 15V, com en amplificadors operatius, fins a unipolar + 5 ... 15V.Aquest ampli rang de potència permet utilitzar conjuntament comparadors de la sèrie LM311 amplificadors operatius, així com amb diverses sèries de circuits lògics: TTL, CMOS, DTL i altres.
A més, els comparadors LM311 poden controlar directament llums i enrotllaments de relé amb tensions de funcionament de fins a 50V i corrents que no superin els 50mA. A més del LM311, també hi ha els comparadors LM111 i LM211. Aquests microcircuits difereixen en condicions de funcionament, principalment en temperatura. El rang de funcionament de la LM311 és de 0 ° C ... + 70 ° C (rang comercial) LM211 -25 ° C ... + 85 ° C (industrial), LM311 -55 ° C ... + 125 ° C (acceptació militar).
Els analògics nacionals complets del comparador LM311 són 521CA3, 554CA3 i alguns altres. En substituir, no cal canviar el circuit i ni tan sols cal tornar a fer la placa de circuit. Només heu de parar atenció al fet que els comparadors, com altres microcircuits, estan disponibles en diferents casos, per tant, quan els compreu, heu de prestar una atenció màxima a això, sobretot si aquesta compra es farà servir per reparar el dispositiu acabat.
La figura 7 mostra la pinça (pinout) del comparador LM311, realitzada en diversos casos.
Figura 6. Comparador LM311
Figura 7. Pinout (pinout) del comparador LM311, realitzat en diversos casos.
De fet, es pot escriure molt més sobre comparadors. Amb la seva ajuda, podeu fer-ho relleu fotogràfic, relé tèrmic, indicador de camp elèctric, relé capacitiu i molts altres dispositius útils.
Al "full de dades" del comparador LM311 es poden trobar diversos circuits interessants i útils, on es donen com a circuits de commutació típics. És en aquesta forma que s'utilitzen amb freqüència els comparadors. Aquí hi ha només una descripció dels esquemes típics donats en anglès "típic". Però, sense conèixer ni un idioma estranger, ho podeu saber, almenys amb l’ajuda d’un traductor en línia de Google.
Article continuat: Alguns circuits de comparació senzills
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: