Mikä on jännitevertailija ja mihin se on tarkoitettu?

Elektroniikkapiirejä suunniteltaessa on usein tarpeen verrata kahden jännitteen tasoa. Tätä varten käytetään laitetta, kuten vertailijaa. Solmun nimi juontaa juurensa latinaksi verrata, tai pikemminkin englannin kieleen verrata - vertailla.

Mikä on jännitevertailija

Yleisessä tapauksessa vertailija on laite, jossa on kaksi tuloa vertailuarvojen (jännitteiden) syöttämiseksi ja lähtö vertailun tulokselle. Vertailijassa on kaksi tuloa vertailtavien parametrien syöttämiseksi - suora ja käänteinen. Lähtö asetetaan loogiseen yksikköön, kun suoratulon jännite ylittää käänteisen, ja nolla - jos päinvastoin. Jos käänteisen ja suoran tulon välisellä positiivisella erolla asetetaan yksi ja päinvastaisessa tilanteessa - nolla, tällaista vertailijaa kutsutaan käänteiseksi.

Vertailun toimintaperiaate

Sen päälle on kätevä rakentaa vertailija operaatiovahvistin (OU).Tätä varten sen ominaisuuksia käytetään suoraan:

• signaalieron vahvistaminen suoran ja invertoivan tulon välillä;
• ääretön (käytännössä - 10 000 ja enemmän) vahvistuskerroin.

Op-vahvistimen toimintaa vertailijana voidaan tarkastella seuraavalla kytkentäkaaviolla:

Olkoon operaatiovahvistin, jonka vahvistus on 10000, syöttöjännite on bipolaarinen, + 5 V ja miinus 5 V. jakaja invertoivassa sisääntulossa vertailutaso on asetettu tasan 0 volttiin, suorassa sisääntulossa miinus 5 volttia poistetaan potentiometrin liukusäätimestä. Operaatiovahvistimen tulisi vahvistaa eroa 10 000 kertaa, teoriassa lähtöön pitäisi ilmestyä miinus 50 000 voltin jännite. Mutta opampilla ei ole minnekään ottaa tällaista jännitettä, ja se luo suurimman mahdollisen - syöttöjännitteen, miinus 5 volttia.

Jos alat nostaa jännitettä suoratulossa, operaatiovahvistin yrittää asettaa tulojen välisen jännite-eron kerrottuna 10000:lla. Se onnistuu, kun tulojännite lähestyy nollaa ja tulee noin miinus 0,0005 V. tulojännite positiivisessa sisääntulossa, lähtö nousee nollaan ja sen yläpuolelle, ja +0,0005 voltin jännitteellä siitä tulee +5 V eikä nouse enempää - ei ole missään. Siten, kun tulojännite ylittää nollatason (tarkemmin miinus 0,0005 volttia - + 0,0005), lähtöjännite hyppää miinus 5 voltista +5 volttiin. Toisin sanoen niin kauan kuin jännite suorassa sisääntulossa on pienempi kuin invertoivassa sisääntulossa, vertailijan lähtö asetetaan nollaan. Jos korkeampi - yksi.

Mielenkiintoinen on tulojen tasoeron osuus miinus 0,0005 voltista + 0,0005:een.Teoriassa, kun se ohittaa, syöttöjännite nousee tasaisesti negatiivisesta positiiviseen. Käytännössä tämä alue on hyvin kapea, ja johtuu häiriöistä, häiriöistä, syöttöjännitteen epävakaudesta jne. tulojen jännitteiden likimääräisellä yhtäläisyydellä tapahtuu komparaattorin kaoottinen toiminta molempiin suuntiin. Mitä pienempi operaatiovahvistimen vahvistus, sitä laajempi tämä epävakauden ikkuna. Jos komparaattori ohjaa toimilaitetta, se saa sen toimimaan ajoissa (releen napsauttaminen, venttiilin paiskautuminen jne.), mikä voi johtaa sen mekaaniseen vikaan tai ylikuumenemiseen.

Tämän välttämiseksi luodaan matala positiivinen takaisinkytkentä kytkemällä päälle katkoviivalla merkitty vastus. Tämä saa aikaan lievän hystereesin, joka muuttaa kytkentäkynnyksiä jännitteen kulkiessa ylös ja alas suhteessa referenssiin. Esimerkiksi vertailulaite kytkeytyy ylös 0,1 voltilla ja alas tarkalleen nollalla (riippuen takaisinkytkennän syvyydestä). Tämä poistaa epävakausikkunan. Tämän vastuksen arvo voi olla useista sadoista kiloohmeista useisiin megaohmeihin. Mitä pienempi vastus, sitä suurempi ero kynnysten välillä.

On myös erikoistuneita vertailevia IC:itä. Esimerkiksi LM393. Tällaisissa mikropiireissä on nopea operaatiovahvistin (tai useita), voidaan asentaa sisäänrakennettu jakaja, joka luo vertailujännitteen. Toinen ero tällaisten vertailulaitteiden ja yleiskäyttöisille op-vahvistimille rakennettujen laitteiden välillä on, että monet niistä vaativat unipolaarisen virtalähteen. Useimmat opampit vaativat bipolaarisen jännitteen. Mikropiirin tyyppi valitaan laitteen kehittämisen aikana.

Digitaalisten vertailijoiden ominaisuudet

Vertailulaitteita käytetään myös digitaalitekniikassa, vaikka tämä kuulostaa ensi silmäyksellä paradoksaalliselta. Loppujen lopuksi on vain kaksi jännitetasoa - yksi ja nolla. Ja niitä on turha verrata. Mutta voit verrata kahta binaarilukua, jotka voidaan muuntaa mille tahansa analogiseksi arvoksi (mukaan lukien jännite).

Olkoon kaksi samanpituista binäärisanaa bitteinä:

X = X₃X₂X₁X₀ ja Y=Y₃Y₂Y₁Y.

Niitä pidetään samanarvoisina, jos kaikki bitit ovat yhtä suuret:

1101=1101 => X=Y.

Jos ainakin yksi bitti on erilainen, luvut eivät ole samat. Suurempi luku määritetään bittikohtaisella vertailulla, alkaen merkittävimmästä bitistä:

• 1101>101 - tässä X:n ensimmäinen bitti on suurempi kuin Y:n ensimmäinen bitti ja X>Y;
• 1101>101 - ensimmäiset bitit ovat yhtä suuret, mutta X:n toinen bitti on suurempi ja X>Y;
• 111<1110 - Y:llä on suurempi kolmas bitti, eikä X:n vähiten merkitsevän numeron suuremmalla arvolla ole väliä, X<Y.

Tällaisen vertailun toteutus voidaan rakentaa peruselementtien JA-EI, TAI-EI logiikkapiireihin, mutta valmiita tuotteita on helpompi käyttää. Esimerkiksi 4063 (CMOS), 7485 (TTL), kotimainen K564IP2 ja muut sarjat mikropiirit. Ne ovat 2-8-bittisiä vertailijoita, joissa on vastaava määrä data- ja ohjaustuloja. Useimmissa tapauksissa digitaalisilla vertailijoilla on 3 lähtöä:

• lisää;
• Vähemmän;
• on yhtä suuri.

Toisin kuin analogisissa laitteissa, binäärivertailijoilla tasa-arvo tuloissa ei ole ei-toivottu tilanne, eikä sitä pyritä välttämään.

Tällainen laite on myös helppo rakentaa ohjelmallisesti Boolen algebrafunktioilla.Toinen vaihtoehto - monissa mikro-ohjaimissa on "on-board" analogiset vertailulaitteet erillisillä ulkoisilla lähdöillä, jotka antavat valmiin tuloksen vertaamalla kahta arvoa muodossa 0 tai 1 sisäiseen piiriin. Tämä säästää pienten tietokonejärjestelmien resursseja. .

Missä jännitevertailijaa käytetään?

Vertailun kattavuus on laaja. Sille voit esimerkiksi rakentaa kynnysreleen. Tätä varten tarvitset anturin, joka muuntaa minkä tahansa arvon jännitteeksi. Tämä arvo voi olla:

• valaistustaso;
• melutaso;
• nesteen taso astiassa tai säiliössä;
• muita arvoja.

Potentiometrillä voidaan asettaa vertailulaitteen liipaisutaso. Lähtösignaali näppäimen kautta annetaan osoittimelle tai toimilaitteelle.

Jos lisäät hystereesiä, vertailija voi toimia Schmitt-laukaisimena. Kun hitaasti muuttuva jännite syötetään sisääntuloon, lähtö on diskreetti signaali jyrkillä etuosilla.

Nämä kaksi elementtiä voidaan yhdistää muodostamaan kahden kynnyksen vertailija tai ikkunavertailija.

Tässä kynnysjännite asetetaan erikseen jokaiselle vertailijalle - ylemmälle suorassa sisääntulossa, alemmassa käänteistulossa. Vapaat tulot yhdistetään, niille syötetään mitattu jännite. Lähdöt on kytketty "asennus TAI" -kaavion mukaisesti. Kun jännite ylittää asetetun ylä- tai alarajan, yksi vertailijoista tuottaa korkean tason lähdössä.

Monitasoinen komparaattori on koottu useista elementeistä, joita voidaan käyttää lineaarisen jännitteen ilmaisimena tai arvona, joka muunnetaan jännitteeksi. Neljälle tasolle järjestelmä on seuraava:

Tässä piirissä kunkin elementin tuloon syötetään referenssijännite. Invertoivat tulot on kytketty yhteen, ne vastaanottavat mitatun signaalin. Kun liipaisutaso saavutetaan, vastaava LED syttyy. Jos säteilevät elementit on järjestetty linjaan, saadaan valonauha, jonka pituus vaihtelee käytetyn jännitteen tason mukaan.

Samaa piiriä voidaan käyttää analogia-digitaalimuuntimena (ADC). Se muuntaa tulojännitteen vastaavaksi binäärikoodiksi. Mitä enemmän elementtejä ADC sisältää, sitä suurempi bittisyvyys, sitä tarkempi muunnos. Käytännössä rivikoodi on hankala käyttää ja se muunnetaan enkooderilla tutuksi koodiksi. Enkooderi voidaan rakentaa loogisiin elementteihin, käyttää valmiita mikropiiriä tai käyttää ROM-muistia sopivalla laiteohjelmistolla.

Ammatti- ja amatööripiireissä vertailevien piirien valikoima on monipuolinen. Näiden elementtien oikea käyttö mahdollistaa monenlaisten ongelmien ratkaisemisen.

Samanlaisia ​​artikkeleita: