Компаратор схема включения

Прошло почти два года с тех пор, как я пытался приручить операционный усилитель УД708 для сравнения двух сигналов. Знаний тогда было мало, поэтому времени уходило много, а главное — еще и безрезультатно. Но в итоге для своей задачи я смог «договориться» с компаратором LM393N. А на днях перебирал поделку, в которой впервые использовал эту микросхему, и решил вспомнить, как работает компаратор. Заодно и другим рассказать.
Компаратор — это устройство, сравнивающее два аналоговых сигнала. В самом простом случае — операционный усилитель без обратных связей. На входы ему подаются два напряжения — эталонное, оно же опорное (известно заранее) и измеряемое. На выходе возможны два состояния:

«1» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем;
«0» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.

Некоторые компараторы самостоятельно формируют уровни логических нуля и единицы (например, «ноль» — это ноль, «единица» — плюс пять вольт), но LM393 — с открытым коллектором. Ей для создания выходного напряжения нужен внешний резистор, подключающийся либо к «плюсу» питания, либо к другому «плюсу» (в разумных пределах, конечно).

Первые две схемы — каноничное включение нагрузки под открытый коллектор. Я подключал внешний резистор к питающему «плюсу».

Включение 4

Измеряемое напряжение подается на инвертирующий вход, опорное — на прямой.

Пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на прямом, компаратор выдает «ноль», и светодиод не горит. Иначе — «единица».

Вообще, лучше, конечно, пользоваться первыми двумя общепринятыми схемами, чтобы не было путаницы.

Еще один важный момент — подключение нагрузки (светодиода) к другому напряжению (как мог, изобразил 24 вольта). Справедливо для любого из ранее изображенных включений.

О нагрузке. В даташите о максимальном токе коллектора сказано, что больше 6-20 мА микросхема не выдаст. То есть включить один светодиод — не проблема, а вот что побольше…

Кусок светодиодной ленты, подключенный прямо к выходу компаратора (по третьей или четвертой схеме, без резистора R3) светил слабо (1 мА). Пришлось поддать напряжения до 12 вольт, и тогда ток коллектора вырос до 14 мА. При подключении ленты напрямую к блоку питания — 32 мА. Таким образом, как ни крути, а максимум, что можно получить конкретно от этой LM-ки — 14 мА.

Вывод — что-то прожорливое есть смысл пускать через транзистор, загнанный в ключевой режим. При этом каскаду с общим эмиттером, инвертирующему сигнал, как нельзя лучше подойдет третья или четвертая схемы включения. Ведь если сигнал инвертировать дважды — получится опять исходный сигнал.
Например, на прямом входе компаратора «единица» (по привычной логике — на прямом входе напряжение больше, чем на инвертирующем). Третья схема сделает из нее «ноль» на выходе. А каскад с общим эмиттером, «перевернув» этот «ноль», опять даст «единицу».

Стрелка цепляется к выходу компаратора (R1 — это R3 из предыдущей схемы). R2, возможно, придется подобрать: если он будет слишком маленьким, то транзистор может сгореть, а если слишком большим — не откроется (можно попробовать 4,7 кОм). При подаче «единицы» в базе транзистора должно быть примерно 0,7 В (для кремния). К R3 тоже есть вопросы, но слишком малым и он не должен быть.

Моделирование. Когда на входе «ноль» (а «ноль» третьей и четвертой схемы — это в нормальном включении «единица»), то на выходе — «единица», светодиод работает. С чего начали, к тому и пришли — «единица» опять стала сама собой.

Теперь, когда на входе «единица», то на выходе «ноль». Вот она, знаменитая инверсия каскада с общим эмиттером!

А если включать нагрузку в коллектор транзистора, то «единицы» и «нули» по входу и выходу будут совпадать.
В общем, простор для творчества — колоссальный.

Реклама

Микросхема LM393 имеет в своем корпусе два независимых компаратора напряжения. Компаратор LM393 может работать, как от однополярного источника питания в широком диапазоне напряжений, так и от двухполярного источника. При использовании двухполярного — разница между потенциалами должна составлять от 2 В до 36 В.

Ток потребления компаратора не зависит от напряжения питания. Необходимо обратить внимание, что данный компаратор имеет выход с открытым коллектором.

Ключевая особенность LM393

• Широкий диапазон напряжения питания: 2…36 В или ±1…±18 В
• Очень низкий ток потребления (0,45 мА)
• Низкий входной ток смещения: 20 нА
• Низкий входной ток смещения: ± 3 нА
• Низкое входное напряжение смещения: ± 1 мВ тип
• Низкое выходное напряжение насыщения: 80 мВ
• TTL, DTL, ECL, MOS, CMOS совместимые выходы
• Компаратор LM393 доступен в корпусе: DFN8 2х2, MiniSO8, TSSOP8 и SO8

Принцип работы LM393

Чтобы понять как же работает данный компаратор, рассмотрим простую схему сумеречного автомата.

Глядя на схему мы видим, что оба входа компаратора подключены к делителям напряжения. Первый делитель напряжения, подключенный к инвертирующему входу (2), состоит из постоянного резистора и фоторезистора.

Как известно сопротивление неосвещенного фоторезистора имеет очень большое сопротивление (более 1МОм), и малое при освещении. Поэтому в ночное время суток, согласно логике работы делителя напряжения, напряжение на входе (2) компаратора будет выше, чем в дневное время суток.

Чтобы включать и выключать свет (в нашем случае светодиод), в зависимости от степени освещенности фоторезистора, нам необходимо установить порог переключения. Для этого служит неинвертирующий вход (3) на который необходимо подать опорное (неизменяемое) напряжение. Это опорное напряжение мы возьмем с переменного резистора R3, который выполняет роль делителя напряжения.

Теперь компаратор будет сравнивать два уровня напряжения (на выводах 2 и 3). Если напряжение на входе 2 будет больше чем на входе 3, то светодиод загорится. Как только напряжение на входе 2 опустится (при освещении фоторезистора) ниже уровня напряжения на входе 3, светодиод погаснет.

(595,7 Kb, скачано: 5 792)

Компаратор К554СА2

Компараторы являются специализированными ОУ с дифференциальным входом и одиночным или парафазным цифровым выходом. Входной каскад компаратора построен аналогично схемам ОУ и работает в линейном режиме. На выходе компаратора формируются сигналы высокого логического уровня, если разность входных сигналов меньше напряжения срабатывания компаратора, или низкого логического уровня, если разность входных сигналов превышает напряжение срабатывания компаратора. На один вход компаратора подается исследуемый сигнал, на другой — опорный потенциал.

Основными параметрами компараторов являются: чувствительность Uвхмин (точность, с которой компаратор может различать входной и опорный сигналы), быстродействие (скорость отклика, определяемая задержкой срабатывания и временем нарастания сигнала), нагрузочная способность (способность компаратора управлять определенным числом входов цифровых микросхем).

Компаратор К554СА2 (см. рисунок) имеет два дифференциальных усилительных каскада, выходной эмиттерный повторитель, стабилитронные схемы сдвига уровня и цепь ограничения амплитуды выходного сигнала. Дифференциальный входной каскад (VT1 и VT4) имеет обычное для интегральных ОУ малое напряжение смещения нуля. На эммитеры транзисторов VT1 и VT4 напряжение питания подается от генератора стабильного тока VT5, благодаря чему коллекторные токи транзисторов первого каскада почти не зависят входного синфазного сигнала. Второй дифференциальный каскад (VT3 и VT6) имеет балансную схему подачи смещения. В сбалансированном состоянии напряжение одиночного выхода этого каскада колебаниях положительного напряжения питания не меняется. Тем самым фиксируется потенциал базы транзистора VT2 (при включении положительного напряжения питания коллекторные токи транзисторов VT6 и VT3 также увеличиваются, оставляя напряжение коллекторного транзистора VT3 постоянным).

Для увеличения нагрузочной способности выхода по току транзистор VT6 снабжен эмиттерным повторителем VT8. Интегральный стабилитрон VD1, включенный в эмиттерные цепи транзисторов второго каскада, имеет опорное напряжение +6,2 В, что фиксирует потенциалы без транзисторов VT3 и VT6 на уровне примерно +6,9В. Следовательно, допустимый сигнал входов компаратора может приближаться к 7 В. Стабилитрон VD2, включенный в цепь выходного эмиттерного повторителя, сдвигает уровень выходного сигнала «вниз» на 6,2 В, чтобы сделать его совместимым с входными сигналами для цифровых микросхем ТТЛ — типа. Транзистор VT9 изолирует выходную цепь от схемы смещения генератора тока входного каскада VT5 с компенсирующим диодом (VT10 в диодном включении). транзистор VT7 (в диодном включении) ограничивает размах выходного сигнала в положительной области: при уровнях сигнала на выходе, больших +4 В, транзистор VT7 открывается и шунтирует дифференциальный выход второго каскада. благодаря ограничению амплитуды значительно увеличивается быстродействие компаратора .

Рисунок 4 — Принципиальная электрическая схема К554СА2, зависимости времени нарастания выходного напряжение соответственно от входного напряжения и емкости нагрузки

Рисунок 5 — Условно-графическое изображение К554СА2

Таблица 1 — Электрические параметры К554СА2

Таблица 2 — Предельно допустимые режимы эксплуатации К554СА2

Расчет компаратора с гистерезисом

Регуляторы закреплены на металлической панели все три штуки. Интересно, что когда регуляторы еще не были закреплены на металлической панели, фона было в половину меньше. Конечно, я лучше поставлю пластиковую переднюю панель. Но там фон все-равно был, такого плана — на минимальной громкости он хорошо слышен, как добавляешь звука — как бы фона и нет. Регулятор ВЧ тоже интересно себя ведет — в процессе регулировки есть два — три положения, когда в динамиках возникает эффект, как будто в приемнике ловишь радиоволну. Немного покрутил — все нормально. Когда регуляторы не были закреплены на металлической панели, такого эффекта не наблюдалось Всего у меня подключено два усилительных блока к ТБ. Есть еще третий блок, на него идет выход с микрофонного предусилителя — ревербератора. Так там фона нет вообще. То есть я делаю вывод, что как бы не от усилителя фон. Плата называется ТБ от Симы. Вообще, хочу сказать, что я доволен платой. Это виной всему мои скудные познания в радиотехнике. Собрана в точности. Контакт GND я никуда не подключал, просто не знаю куда. Первое, что приходит в голову — завести его на минус. Буду благодарен за любой совет.

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.

Opel Kadett 1.4 papamobilE ›
Бортжурнал ›
Регулятор напряжения своими руками

Когда-то давно накрылся мокрым тазом и медным полотенцем мой штатный регулятор. После того я поставил самодельный по принципу усилителя. Схема была неплохая, но грелась сильно. Через год она благополучно вышла из строя. Поэтому пришлось сделать новый регулятор по принципу штатных. Т.е. выходной транзистор работает в ключевом режиме: когда напряжение превышает заданное, регулятор полностью отключает обмотку возбуждения. При снижении напряжения — снова включает. Включение/отключение надо производить резко, иначе перерегулирования не избежать. Свой регулятор я собрал на компараторе. Схема элементарная:

Схема принципиальная
На один вход компаратора подается эталонное напряжение, на другой — измеренное с делителя R1-R2-R3.
Резистором R2 можно установить требуемое напряжение в диапазоне от 12,5 до 15,5 В
Но!
При первой установке начало качать напряжение, фары и все лампочки моргали с низкой частотой. Выкусил конденсатор С1. Гистерезис уменьшился, но лампочки так же моргают. Установка заводского регулятора не меняет картины. Раскачка напряжения примерно 1В.
На одном форуме нашёл, что причиной может быть плохой контакт массы регулятора. Люди написали, что это бред. Кому интересно, докажу обратное. Резистор R9 у меня в схеме — это тот самый «плохой контакт».
При подаче напряжения на схему R9 подключён последовательно с делителем, но его сопротивление ничтожно мало и на «объективность» измерений не влияет. Регулятор видит напряжение 12В (а задано 14,2) и … открывает выходной транзистор. По обмотке возбуждения начинает идти ток порядка 3-4 А. Этот же ток течет и через «плохую» массу регулятора (R9). По закону Ома на этом резисторе появляется падение напряжения около 1В. Теперь регулятор видит напряжение 12-1=11В! Поскольку генератор уже возбужден, напряжение повышается. Пока регулятор не «увидит» 14,2В, он не отключит возбуждение. Когда он всё-таки увидит заданные 14,2В, это будет означать, что в бортовой сети уже 15,2В (14,2+1на плохом контакте, которое регулятор не видит)!
Теперь обмотка возбуждения отключается, ток через R9 становится ничтожно мал, следовательно — падение на нем исчезает. Регулятор снова видит правильно! А правильно — это 15,2В! Вот он и ждет, когда напряжение упадет до 14,199999В, чтобы снова подключить возбуждение.
Плохой контакт я устранил, напряжение стало, как вкопанное!
Размеры регулятора большие, потому что сразу я использовал обычный советский биполярный транзистор. Он грелся и не вытягивал нагрузки. Заменил на полевой с изолированным затвором IRF3205. Штука бомбовая! Сопротивление в открытом состоянии — 0,0008Ом!
Корпус уже решил не переделывать. При оборотах 1200 и выше держит напряжение при ЛЮБОЙ нагрузке!
А главное, что на лето можно убавить напряжение, а на зиму — добавить. А самое-пресамое преимущество — это «цена вопроса»)