categorie: Articoli in vetrina » Elettronica pratica
Numero di visite: 162.409
Commenti sull'articolo: 5
Circuiti del comparatore
Come funziona il comparatore di tensione
In molte descrizioni, il comparatore viene confrontato con le bilance a leva convenzionali, come in un bazar: uno standard è posto su una ciotola - pesi, e il venditore inizia a mettere merci, come le patate, sull'altra. Non appena il peso del prodotto diventa uguale al peso dei pesi, più precisamente un po 'di più, la tazza con i pesi si precipita. La pesatura è finita.
La stessa cosa accade con il comparatore, solo in questo caso il ruolo dei pesi è svolto dalla tensione di riferimento e il segnale di ingresso viene utilizzato come una patata. Non appena appare un'unità logica all'uscita del comparatore, si considera che si è verificato il confronto della tensione. Questo è molto "un po 'di più", che nelle directory è chiamato la "soglia di sensibilità del comparatore".
Controllo del comparatore di tensione
Prosciutti per principianti: gli ingegneri elettronici spesso chiedono come controllare una parte particolare. Per controllare il comparatore, non è necessario assemblare alcun circuito complesso. È sufficiente collegare un voltmetro all'uscita del comparatore, applicare tensioni regolate agli ingressi e determinare se il comparatore funziona o meno. E, naturalmente, sarà molto buono, se ti ricordi ancora di applicare potenza al comparatore!
Tuttavia, non si deve dimenticare che molti comparatori hanno un transistor di uscita, in cui i pin del collettore e dell'emettitore semplicemente "pendono in aria", come descritto nell'articolo "Comparatori analogici". Pertanto, queste conclusioni devono essere collegate di conseguenza. Come fare ciò è mostrato in Figura 1.
Figura 1. Schema di collegamento del comparatore
La tensione di riferimento ottenuta da divisore R2, R3 dalla tensione di alimentazione + 5 V. Di conseguenza, si ottengono 2,5 V all'ingresso inverso. Supponiamo che il cursore del resistore variabile R1 sia nella posizione più bassa, cioè la tensione è 0V. La stessa tensione è all'ingresso diretto del comparatore.
Se ora ruotando il motore del resistore variabile R1, aumentare gradualmente la tensione all'ingresso diretto del comparatore, quindi quando si raggiungono 2,5 V, all'uscita del comparatore comparirà la logica 1, che aprirà il transistor di uscita, il LED HL1 si accenderà.
Se ora il motore R1 viene ruotato nella direzione di diminuzione della tensione, a un certo momento il LED HL1 si spegnerà senza dubbio. Ciò indica il corretto funzionamento del comparatore.
L'esperimento può essere alquanto complicato: misurare la tensione all'ingresso diretto del comparatore con un voltmetro e fissare a quale tensione il LED si accenderà e a quale si spegne. La differenza tra queste tensioni sarà l'isteresi del comparatore. A proposito, alcuni comparatori hanno uno speciale pin (pin) per regolare il valore di isteresi.
Per condurre un simile esperimento, avrai bisogno di un voltmetro digitale in grado di "catturare" millivolt, una resistenza di taglio multi-giro e una buona dose di pazienza per l'esecutore. Se la pazienza per un simile esperimento non è sufficiente, puoi fare quanto segue, che è molto più semplice: scambiare gli ingressi diretti e inversi e ruotare la resistenza variabile per osservare come si comporta il LED, ad es. uscita del comparatore.
La Figura 1 mostra solo uno schema a blocchi, quindi i numeri dei pin non sono indicati. Quando controlli un vero comparatore, dovrai occuparti del suo pinout (pinout). Successivamente, verranno presi in considerazione alcuni schemi pratici e verrà fornita una breve descrizione del loro lavoro.
Spesso in un caso ci sono diversi comparatori, due o quattro, che ti consentono di creare diversi dispositivi senza installare chip aggiuntivi sulla scheda. I comparatori possono essere indipendenti l'uno dall'altro, ma in alcuni casi hanno connessioni interne. Come tale chip, considera il doppio comparatore MAX933.
Comparatore MAX933
Due comparatori "vivono" in un alloggiamento del microcircuito. Oltre ai comparatori stessi, all'interno del microcircuito è presente una sorgente di riferimento di tensione 1.182 V incorporata. Nella figura, è mostrato sotto forma di un diodo zener, che è già collegato all'interno del microcircuito: al comparatore superiore all'ingresso inverso e al fondo alla linea retta. Ciò semplifica la creazione di un comparatore multi-livello secondo i principi di "Little", "Norm", "Many" (rilevatori di sottotensione / sovratensione). Tali comparatori sono chiamati finestre perché la posizione della "norma" è nella "finestra" tra "pochi" e "molti".
Programma comparativo di studi Multisim
La Figura 2 mostra la misurazione della tensione di riferimento prodotta utilizzando il software di simulazione Multisim. La misurazione viene eseguita con un multimetro XMM2, che mostra 1.182 V, che corrisponde pienamente al valore specificato nella scheda tecnica del comparatore. Pin 5 HYST, - regolazione dell'isteresi, in questo caso non viene utilizzato.
Figura 2
Utilizzando l'interruttore S1, è possibile impostare il livello di tensione di ingresso e, contemporaneamente, su entrambi i comparatori: un interruttore chiuso fornisce un livello basso agli ingressi (inferiore alla tensione di riferimento) come mostrato nella Figura 3, uno stato aperto corrisponde a un livello alto, - Figura 4. Stato delle uscite dei comparatori mostrato da multimetri XMM1, XMM2.
I commenti sulle figure sono completamente ridondanti: per comprendere la logica dei comparatori, è sufficiente considerare attentamente le letture dei multimetri e la posizione dell'interruttore S1. Si dovrebbe solo aggiungere che un tale schema può essere raccomandato per verificare un vero comparatore "iron".
Figura 3
Figura 4
Circuito di prova della tensione
Il circuito di tale comparatore mostrato nella scheda tecnica è mostrato in Figura 5.
Per i segnali di uscita di sottotensione (OUTA) e sovratensione (OUTB), il livello del segnale attivo è basso, come indicato sottolineando i segnali dall'alto. A volte per questi scopi viene utilizzato il segno “-” o “/” davanti al nome del segnale. Questi segnali possono essere chiamati allarmi.
Viene emesso il segnale POWER GOOD elemento logico ANDquando entrambi gli allarmi hanno un livello di unità logica. Il segnale POWER GOOD attivo è alto.
Se almeno uno degli allarmi è basso, il segnale POWER GOOD scomparirà, ma diventerà anche basso. Questo rende ancora una volta possibile verificare che il circuito logico AND per livelli bassi sia un OR logico.
Figura 5. Circuito del comparatore
La tensione di ingresso controllata viene fornita attraverso il divisore R1 ... R3, il cui valore dei resistori viene calcolato tenendo conto dell'intervallo di tensioni controllate. La procedura di calcolo è riportata, anche con un esempio, nella scheda tecnica.
Per ridurre le vibrazioni durante la commutazione, il valore di isteresi viene impostato utilizzando il divisore R4, R5. Questi resistori sono calcolati utilizzando le formule fornite anche nella scheda tecnica. Per i valori indicati nel diagramma, il valore di isteresi è 50mV.
Schema di gestione del backup
Schemi simili sono usati, ad esempio, in sistemi di allarme. L'algoritmo operativo di questi schemi è abbastanza semplice. Se la tensione di rete si interrompe, il sistema di sicurezza passa al funzionamento a batteria e, quando la rete viene ripristinata, funziona di nuovo dall'alimentazione mentre la batteria viene caricata. Per implementare un tale algoritmo, devono essere valutati almeno due fattori: la presenza della tensione di rete e lo stato della batteria.
Il circuito di controllo funzionale è mostrato nella Figura 6.
Figura 6. Lo schema di gestione dell'alimentazione di backup su un singolo chip
La tensione rettificata + 9 V CC viene fornita attraverso il diodo al regolatore di tensione, da cui viene alimentato il dispositivo di sicurezza. In questo caso, il divisore R1, R2 è un sensore di tensione di rete, che viene monitorato dal comparatore inferiore con uscita OUTA. Quando c'è tensione di rete, ed è ragionevole, all'uscita del comparatore inferiore si trova un'unità logica che apre il transistor Q1 a effetto di campo, attraverso il quale viene caricata la batteria. Lo stesso segnale controlla l'indicatore di funzionamento della rete.
Nel caso in cui la tensione di rete scompaia o diminuisca, all'uscita del comparatore appare uno zero logico, il transistor ad effetto di campo si chiude, la batteria interrompe la carica, l'indicatore di funzionamento della rete si spegne o cambia colore. È anche possibile la comparsa di un segnale sonoro.
Una batteria carica attraverso un diodo di commutazione è collegata allo stabilizzatore e il dispositivo continua a funzionare offline. Ma al fine di proteggere la batteria da una scarica completa, un altro comparatore controlla le sue condizioni, quella superiore secondo lo schema.
Sebbene la batteria non si sia ancora scaricata, la tensione all'ingresso inverso del comparatore B è superiore al riferimento, quindi il livello di uscita del comparatore è basso, che corrisponde alla normale carica delle batterie. Quando si verifica la scarica, la tensione sul divisore R3, R4 diminuisce e quando diventa inferiore al riferimento, verrà stabilito un livello alto all'uscita del comparatore, che indica una batteria scarica. Molto spesso, questa condizione è indicata dal fastidioso cigolio del dispositivo.
Circuito ritardato
Indicato nella figura 7.
Figura 7. Schema di ritardo sul comparatore
Lo schema funziona come segue. Premendo il pulsante MOMENTARY SWITCH, il condensatore C viene caricato alla tensione della fonte di alimentazione. Ciò porta al fatto che la tensione all'ingresso IN + diventa superiore alla tensione di riferimento all'ingresso IN-. Pertanto, l'uscita OUT è impostata su un livello elevato.
Dopo aver rilasciato il pulsante, il condensatore inizia a scaricarsi attraverso il resistore R, e quando la tensione su di esso, e quindi, sull'ingresso IN + scende al di sotto della tensione di riferimento sull'ingresso IN-, il livello di uscita del comparatore OUT sarà basso. Quando premi di nuovo il pulsante, tutto si ripete di nuovo.
La tensione di riferimento sull'ingresso IN- viene impostata mediante un divisore di tre resistori e con i valori indicati nello schema è 100mV. Lo stesso divisore imposta l'isteresi del comparatore (HYST) entro 50mV. Pertanto, il condensatore C viene scaricato ad una tensione di 100-50 = 50 mV.
Il consumo di corrente del dispositivo stesso è piccolo, non più di 35 microampere, mentre la corrente di uscita può raggiungere i 40 mA.
Il ritardo è calcolato dalla formula R * C * 4,6 sec. Un esempio è il calcolo con i seguenti dati: 2M & # 937; * 10µF * 4.6 = 92 sec. Se la resistenza è indicata in megaohm, la capacità è in microfarad, quindi il risultato è ottenuto in secondi. Ma questo è solo un risultato calcolato. Il tempo effettivo dipenderà dalla tensione della fonte di alimentazione e dalla qualità del condensatore, dalla sua corrente di dispersione.
Alcuni semplici circuiti di comparazione
La base dei circuiti, che verrà considerata in seguito, è un relè a gradiente, un circuito che reagisce non alla presenza di alcun segnale, ma alla velocità del suo cambiamento. Uno di questi sensori è relè fotograficoil cui diagramma è mostrato in Figura 8.
Figura 8. Schema del relè foto sul comparatore
Il segnale di ingresso è ottenuto dal divisore formato dal resistore R1 e dal fotodiodo VD3. Il punto comune di questo divisore attraverso i diodi VD1 e VD2 è collegato all'ingresso diretto e invertente del comparatore DA1. Pertanto, risulta che gli ingressi diretti e inversi hanno la stessa tensione, ad es. non c'è differenza tra le tensioni sugli ingressi. Con questo stato sugli ingressi, la sensibilità del comparatore è vicina al massimo.
Per modificare lo stato del comparatore, sarà richiesta la differenza di tensione sugli ingressi in unità di millivolt. Si tratta di come spingere il mignolo nell'abisso appeso al bordo di una pietra. Nel frattempo, all'uscita del comparatore è presente uno zero logico.
Se l'illuminazione cambia improvvisamente, cambia anche la tensione sul fotodiodo, supponiamo che aumenti. Sembrerebbe che insieme a questo cambierà la tensione su entrambi gli ingressi del comparatore e immediatamente. Pertanto, la differenza di tensione desiderata sugli ingressi non funzionerà e, pertanto, lo stato dell'uscita del comparatore non cambierà.
Tutto questo sarebbe così, se non si presta attenzione al condensatore C1 e al resistore R3. Grazie a questo circuito RC, la tensione all'ingresso invertito del comparatore aumenterà con un certo ritardo rispetto all'ingresso diretto. Per il tempo di ritardo, la tensione all'ingresso diretto sarà maggiore rispetto all'inverso. Di conseguenza, all'uscita del comparatore comparirà un'unità logica. Questa unità non sarà trattenuta a lungo, solo per il ritardo dovuto alla catena RC.
Un analogo relè fotografico viene utilizzato nei casi in cui l'illuminazione cambia abbastanza rapidamente. Ad esempio, nei dispositivi di sicurezza o nei sensori di prodotti finiti sui nastri trasportatori, il dispositivo risponderà all'interruzione del flusso luminoso. Un'altra opzione è come aggiunta al sistema di videosorveglianza. Se si indirizza il fotosensore sullo schermo del monitor, questo rileverà un cambiamento di luminosità e accenderà, ad esempio, un segnale audio, attirando l'attenzione dell'operatore.
È molto semplice trasformare il foto relè considerato in un sensore di variazione della temperatura, ad esempio in allarme antincendio. Per fare ciò, basta sostituire il fotodiodo con un termistore. In questo caso, il valore della resistenza R1 deve essere uguale al valore del termistore (generalmente indicato per una temperatura di 25 ° C). Uno schema di questo sensore è mostrato nella Figura 9.
Figura 9. Schema di un sensore di misurazione della temperatura su un comparatore
Il principio e il significato dell'opera sono esattamente gli stessi del fotosensore sopra descritto. Ma questo design mostra anche il dispositivo di uscita più semplice: questo è il tiristore VS1 e il relè K1. Quando il comparatore è attivato, si apre il tiristore VS1, che attiva il relè K1.
Poiché il tiristore in questo caso funziona in un circuito CC, anche quando termina l'impulso di controllo dal comparatore, il tiristore rimarrà aperto e il relè K1 si accenderà. Per disattivare il relè, è necessario premere il pulsante SB1 o semplicemente disattivare l'intero circuito.
Invece di un termistore, è possibile utilizzare un magnetoresistore, ad esempio SM-1, che reagisce a un campo magnetico. Quindi si ottiene un relè gradiente magneticamente sensibile. I magnetoresistori nell'ultimo XX secolo sono stati usati nelle tastiere di alcuni computer.
Se si utilizzano altri sensori, quindi sulla base del relè a gradiente, è possibile creare facilmente dispositivi completamente diversi che rispondono ai cambiamenti nel campo elettrico, alle vibrazioni del suono. Utilizzando sensori piezoelettrici, è facile creare sensori di shock e vibrazioni sismiche.
È abbastanza semplice con l'aiuto dei comparatori convertire il segnale "analogico" in uno "digitale". Uno schema simile è mostrato nella Figura 10.
Figura 10. Schema per la conversione di un segnale "analogico" in un segnale "digitale" mediante un comparatore
La Figura 11 mostra lo stesso circuito, solo la polarità degli impulsi di uscita è inversa alla precedente. Ciò è ottenuto semplicemente dall'inclusione di altri input.
Figura 11
Entrambi i circuiti convertono l'ampiezza del segnale di ingresso nella larghezza dell'impulso di uscita. Tale conversione viene spesso utilizzata in vari circuiti elettronici. Innanzitutto, nei dispositivi di misurazione, negli alimentatori a commutazione, negli amplificatori digitali.
La gamma di frequenza dei dispositivi è nell'intervallo 5 ... 200 KHz, l'ampiezza del segnale di ingresso nell'intervallo 2 ... 2,5 V. Quando si utilizza un diodo al germanio, la conversione dell'ampiezza in larghezza dell'impulso inizia dal livello di 80 ... 90mV, mentre per un diodo al silicio questo valore è 250 ... 270mV.
La banda di frequenza operativa del dispositivo è determinata dai valori nominali dei condensatori C1, C2. Un dispositivo assemblato da parti riparabili non richiede regolazione e impostazione di una soglia di risposta.
Vedi anche su electro-it.tomathouse.com
: