Projektuojant elektronines grandines dažnai reikia palyginti dviejų įtampų lygį. Tam naudojamas toks prietaisas kaip lygintuvas. Mazgo pavadinimas grįžta į lotynišką comparare arba, tiksliau, į anglišką palyginti – palyginti.
Turinys
Kas yra įtampos lygintuvas
Bendruoju atveju lygintuvas yra įrenginys, turintis du įėjimus palyginamoms reikšmėms (įtampai) tiekti ir išvestį palyginimo rezultatui. Lyginamasis įrenginys turi du įėjimus palyginamiems parametrams pateikti – tiesioginį ir atvirkštinį. Išėjimas nustatomas į loginį vienetą, kai tiesioginio įėjimo įtampa viršija atvirkštinę, o nulis - jei atvirkščiai. Jei esant teigiamam atvirkštinės ir tiesioginės įvesties skirtumui, nustatomas vienas, o priešingoje situacijoje - nulis, tada toks lygintuvas vadinamas invertavimu.
Komparatoriaus veikimo principas
Patogu statyti lyginamąjį įrenginį operacinis stiprintuvas (OU).Tam tiesiogiai naudojamos jo savybės:
- signalo skirtumo tarp tiesioginio ir invertuojamojo įėjimo stiprinimas;
- begalinis (praktiškai – nuo 10000 ir daugiau) stiprinimo koeficientas.
Operatyvinio stiprintuvo, kaip lyginamojo, veikimą galima apsvarstyti pagal šią perjungimo schemą:
Tegul yra operatyvinis stiprintuvas, kurio stiprinimas yra 10 000, maitinimo įtampa yra dvipolis, + 5 V ir minus 5 V. skirstytuvas invertuojančiame įėjime atskaitos lygis nustatomas lygiai 0 voltų, tiesioginiame įėjime nuo potenciometro slankiklio pašalinamas minus 5 voltai. Operacinis stiprintuvas skirtumą turėtų sustiprinti 10 000 kartų, teoriškai išėjime turėtų atsirasti minus 50 000 voltų įtampa. Bet opamp neturi kur imti tokios įtampos ir sukuria maksimaliai įmanomą - maitinimo įtampą, minus 5 voltus.
Jei pradėsite kelti įtampą ties tiesioginiu įėjimu, operacinės stiprintuvas bandys nustatyti įtampos skirtumą tarp įėjimų, padaugintą iš 10000. Tai pavyks, kai įėjimo įtampa priartės prie nulio ir taps maždaug minus 0,0005 V. Toliau didinant įėjimo įtampa prie teigiamo įėjimo, išėjimas pakils iki nulio ir aukščiau, o esant +0,0005 voltų įtampai taps +5 V ir toliau nebekils - nėra kur. Taigi, kai įėjimo įtampa peržengs nulinį lygį (tiksliau, atėmus 0,0005 voltus - + 0,0005), išėjimo įtampa šoktels nuo minus 5 voltų iki +5 voltų. Kitaip tariant, kol įtampa tiesioginiame įėjime yra mažesnė nei invertuojamojoje įėjime, lyginamojo išvestis nustatoma į nulį. Jei aukščiau – vienas.
Įdomu yra lygių skirtumo dalis įėjimuose nuo minus 0,0005 voltų iki + 0,0005.Teoriškai, kai jis praeis, maitinimo įtampa iš neigiamos į teigiamą kils sklandžiai. Praktiškai šis diapazonas yra labai siauras, o dėl trukdžių, trukdžių, maitinimo įtampos nestabilumo ir kt. esant apytiksliai lygiai įtampoms prie įėjimų, įvyks chaotiškas komparatoriaus veikimas abiem kryptimis. Kuo mažesnis operatyvinio stiprintuvo stiprinimas, tuo platesnis šis nestabilumo langas. Jei lygintuvas valdo pavarą, tada ji pradės veikti laiku (relės spustelėjimas, vožtuvo užtrenkimas ir pan.), o tai gali sukelti mechaninį gedimą arba perkaisti.
Siekiant to išvengti, įjungiant rezistorių, pažymėtą brūkšnine linija, sukuriamas negilus teigiamas grįžtamasis ryšys. Tai sukuria nedidelę histerezę, perjungiant perjungimo slenksčius, kai įtampa teka aukštyn ir žemyn, palyginti su atskaita. Pavyzdžiui, lygintuvas persijungs aukštyn esant 0,1 volto, o žemyn - lygiai nuliui (atsižvelgiant į grįžtamojo ryšio gylį). Tai pašalins nestabilumo langą. Šio rezistoriaus vertė gali būti nuo kelių šimtų kiloomų iki kelių megaomų. Kuo mažesnis pasipriešinimas, tuo didesnis skirtumas tarp slenksčių.
Taip pat yra specializuotų lyginamųjų IC. Pavyzdžiui, LM393. Tokiose mikroschemose yra greitaeigis operacinis stiprintuvas (arba keli), galima sumontuoti įmontuotą skirstytuvą, kuris sukuria atskaitos įtampą. Kitas skirtumas tarp tokių lygintuvų ir įrenginių, pastatytų ant bendrosios paskirties operatyvinių stiprintuvų, yra tas, kad daugeliui jų reikalingas vienpolis maitinimo šaltinis. Daugumai opampų reikalinga bipolinė įtampa. Mikroschemos tipas pasirenkamas kuriant įrenginį.
Skaitmeninių lygintuvų ypatybės
Komparatoriai taip pat naudojami skaitmeninėse technologijose, nors tai iš pirmo žvilgsnio skamba paradoksaliai. Juk yra tik du įtampos lygiai – vienas ir nulis. Ir beprasmiška juos lyginti. Bet jūs galite palyginti du dvejetainius skaičius, kuriuos galima konvertuoti į bet kokias analogines reikšmes (įskaitant įtampą).
Tegul yra du vienodo ilgio dvejetainiai žodžiai bitais:
X = X3X2X1X0 ir Y=Y3Y2Y1Y.
Jie laikomi vienoda verte, jei visi bitai yra vienodi:
1101=1101 => X=Y.
Jei bent vienas bitas skiriasi, tai skaičiai nėra lygūs. Didesnis skaičius nustatomas atliekant bitų palyginimą, pradedant nuo svarbiausio bito:
- 1101>101 - čia pirmasis X bitas yra didesnis nei pirmasis Y bitas, ir X>Y;
- 1101>101 - pirmieji bitai yra lygūs, bet antrasis X bitas yra didesnis ir X>Y;
- 111<1110 – Y turi didesnį trečiąjį bitą, o didesnė mažiausio X skaitmens reikšmė X<Y.
Tokio palyginimo įgyvendinimas gali būti pagrįstas pagrindinių elementų IR-NE, OR-NE logikos grandinėmis, tačiau lengviau naudoti gatavus produktus. Pavyzdžiui, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), buitinės K564IP2 ir kitos serijos mikroschemos. Tai 2–8 bitų lyginamieji įrenginiai su atitinkamu duomenų ir valdymo įėjimų skaičiumi. Daugeliu atvejų skaitmeniniai lygintuvai turi 3 išėjimus:
- daugiau;
- mažiau;
- lygus.
Skirtingai nuo analoginių įrenginių, naudojant dvejetainius komparatorius, lygybė įėjimuose nėra nepageidaujama situacija ir jos nesistengiama išvengti.
Tokį įrenginį taip pat lengva sukurti programiškai, naudojant Būlio algebros funkcijas.Kitas variantas – daugelis mikrovaldiklių turi „įmontuotus“ analoginius lyginamuosius įrenginius su atskirais išoriniais išėjimais, kurie išveda jau paruoštą rezultatą palyginus dvi reikšmes 0 arba 1 pavidalu su vidine grandine. Tai taupo mažų skaičiavimo sistemų išteklius. .
Kur naudojamas įtampos lygintuvas?
Lyginimo priemonės taikymo sritis yra plati. Pavyzdžiui, ant jo galite pastatyti slenksčio relę. Norėdami tai padaryti, jums reikia jutiklio, kuris bet kokią vertę konvertuoja į įtampą. Ši vertė gali būti:
- apšvietimo lygis;
- triukšmo lygis;
- skysčio lygis inde arba rezervuare;
- bet kokios kitos vertybės.
Potenciometru galima nustatyti lyginamojo įjungimo lygį. Išvesties signalas per klavišą perduodamas indikatoriui arba pavarai.
Jei padidinsite histerezę, lygintuvas gali veikti kaip Schmitt trigeris. Kai į įvestį tiekiama lėtai kintanti įtampa, išėjimas bus diskretiškas signalas su stačiais frontais.
Du elementai gali būti sujungti, kad būtų sudarytas dviejų slenksčių lygintuvas arba lango lygintuvas.
Čia slenkstinė įtampa kiekvienam lyginamajam nustatoma atskirai - viršutiniam prie tiesioginio įėjimo, apatiniam - atvirkštiniame. Laisvieji įėjimai yra sujungti, jie tiekiami su išmatuota įtampa. Išėjimai jungiami pagal "montavimo ARBA" schemą. Kai įtampa viršija nustatytą viršutinę arba apatinę ribą, vienas iš lygintuvų išvestyje sukuria aukštą lygį.
Daugiapakopis komparatorius yra surenkamas iš kelių elementų, kurie gali būti naudojami kaip tiesinis įtampos indikatorius arba vertė, kuri paverčiama įtampa. Keturių lygių schema bus tokia:
Šioje grandinėje į kiekvieno elemento įvestį įvedama etaloninė įtampa. Invertuojantys įėjimai yra sujungti kartu, jie gauna išmatuotą signalą. Pasiekus paleidimo lygį, užsidega atitinkamas šviesos diodas. Jei spinduliuojantys elementai yra išdėstyti linijoje, gaunama šviesos juosta, kurios ilgis kinta priklausomai nuo naudojamos įtampos lygio.
Ta pati grandinė gali būti naudojama kaip analoginis-skaitmeninis keitiklis (ADC). Jis paverčia įvesties įtampą į atitinkamą dvejetainį kodą. Kuo daugiau elementų įtraukta į ADC, tuo didesnis bitų gylis, tuo tikslesnė konversija. Praktiškai eilutės kodas yra nepatogus naudoti, o naudojant kodavimo įrenginį jis paverčiamas pažįstamu kodu. Kodavimo įrenginys gali būti pagrįstas loginiais elementais, naudoti paruoštą mikroschemą arba naudoti ROM su atitinkama programine įranga.
Profesionalių ir mėgėjų grandinių lyginamieji įrenginiai yra įvairūs. Tinkamas šių elementų naudojimas leidžia išspręsti daugybę problemų.
Panašūs straipsniai:
