Site Loader

Содержание

LM2901N, Маломощный квадрантный компаратор напряжения (=К1401СА2), [DIP-14], Texas Instruments

Ib — Входной ток смещения 250 nA
Pd — рассеивание мощности 1.05 W
Vos — Входное напряжение смещения нуля 7 mV
Вид монтажа Through Hole
Время отклика 1.3 us
Высота 3.3 mm
Длина 19.05 mm
Категория продукта Аналоговые компараторы
Количество каналов 4 Channel
Максимальная рабочая температура + 85 C
Максимальное напряжение сдвоенного питания +/- 18 V
Минимальная рабочая температура 40 C
Минимальное напряжение сдвоенного питания +/- 1 V
Напряжение питания — макс.
36 V
Напряжение питания — мин. 2 V
Напряжение сдвоенного питания +/- 3 V, +/- 5 V, +/- 9 V, +/- 12 V, +/- 15 V
Отключение No Shutdown
Подкатегория Amplifier ICs
Продукт Analog Comparators
Рабочее напряжение питания 3 V, 5 V, 9 V, 12 V, 15 V, 18 V, 24 V, 28 V
Рабочий ток источника питания 2 mA
Размер фабричной упаковки 25
Серия LM2901-N
Технология Bipolar
Тип Voltage Comparator
Тип выхода Rail-to-Rail
Тип компаратора General Purpose
Тип питания Single, Dual
Тип продукта Analog Comparators
Торговая марка Texas Instruments
Упаковка Tube
Упаковка / блок MDIP-14
Усиление по напряжению, дБ 100 dB
Ширина 6.
35 mm
Вес, г 1.9

Что такое LM393 IC: конфигурация контактов, схема и ее работа

IC LM393 имеет два встроенных операционные усилители которые имеют внутреннюю частотную компенсацию. Эти микросхемы специально разработаны для выполнения различных задач с использованием одного источник питания . Он также может правильно выполнять свои функции с разделенным блоком питания. Подача стока не зависит от количества источника питания. Одна из наиболее важных особенностей этой ИС — это то, что она включает землю в синфазном входном напряжении. Применения этой ИС в основном включают различные области в реальной жизни, а также промышленные, АЦП (аналого-цифровые преобразователи) , электрические системы с питанием от батареи, ограничивающие компараторы генераторов задержки и т. д. В этой статье обсуждается обзор микросхемы LM393 и ее работы.



Что такое микросхема LM393?

LM393 — это напряжение двойной независимой точности Интегральная схема работает с одинарным или раздельным питанием. Эти микросхемы содержат два независимых компаратора напряжения для работы от одного источника питания с большим разнообразием напряжений. Работа с двумя источниками питания также возможна, если разница между двумя напряжениями питания составляет от 2 до 36 вольт, а VCC составляет минимум 1,5 вольта больше положительного, чем напряжение i / p. Основные характеристики этой ИС в основном включают следующее.


  • Одиночное напряжение питания составляет от 2,0 до 36 В постоянного тока.
  • Диапазон раздельного питания составляет от +1,0 В постоянного тока или -1,0 В до +18 В или -18 В постоянного тока.
  • Независящее от низкого напряжения питания тока утечки составляет 0,4 мА
  • Входной ток смещения низкий, 25 нА.
  • Входной ток смещения низкий, 5 нА.
  • И диапазон дифференциального входа, и напряжение источника питания эквивалентны
  • Выходное напряжение хорошо подходит для уровней логики ECL, MOS, DTL, TTL и CMOS.
  • Болты для электростатического разряда на входах для повышения шероховатости устройства без нарушения его работы

Конфигурация выводов IC LM393

Эта ИС включает в себя 8 контактов, и каждый контакт этой ИС имеет отличные друг от друга функции. Восемь контактов этой ИС перечислены ниже.



Конфигурация выводов микросхемы LM393

  • Контакт 1 (OUTA): выход A
  • Pin2 (In A-): инвертирование входа A
  • Pin3 (In A +): неинвертирующий вход A
  • Pin4 (GND): Земля
  • Контакт 5 (INB +): неинвертирующий вход B
  • Контакт 6 (INB-): инвертирование входа B
  • Контакт 7 (OUTB): выход B
  • Контакт 8 (Vcc): Источник напряжения
LM393 IC Корпус и размеры

Пакеты LM393 представлены для разных форм аналогичной ИС.



  • Пакет LM 393IC — SOIC (8), номер детали — LM393N.
  • Эти ИС доступны в разных корпусах с разными размерами для легкого разделения.
  • Корпус и размеры LM 393 IC будут SOIC (8) и 4,9 X 3,91.
Рейтинги ИС LM393

Рейтинги LM393 IC в основном включают в себя величину тока, напряжения и требуемую мощность для этой конкретной IC.

  • Входное напряжение этой ИС колеблется от -0,3 В до 36 В.
  • Дифференциальное напряжение i / p составляет 36 В
  • Температура свинца 2600С
  • Рассеиваемая мощность 660 мВт.
  • Температура хранения от -65 0C / Вт до 150 0C / Вт.

Схема ночного освещения на базе микросхемы LM393

Эта схема использует фоторезистор для управления цепью делитель напряжения . Когда эта схема поглощает яркий свет, выходное устройство отключается. Когда схема поглощает темноту, выходное устройство отключается. Эта схема работает по принципу компаратора напряжения. Если инвертирующая клемма напряжения IC выше, чем неинвертирующая клемма, то активируется выходное устройство. Аналогично, если инвертирующий вывод напряжения IC ниже, чем неинвертирующий вывод, то выходное устройство деактивируется. Здесь эта схема использует светодиод в качестве устройства вывода.

Необходимые компоненты этой схемы в основном включают IC LM393, a фоторезистор или датчик света , резисторы 33кОм и 330Ом, потенциометр , ВЕЛ, аккумулятор для питания . Эта ИС имеет два входа питания, а именно Vcc и GND, где Vcc — источник положительного напряжения, который может быть выше 36 В, а GND — провод заземления источника напряжения. Силовая дорожка может быть укомплектована этими двумя выводами и обеспечивать питание для этой операции.

Схема ночного освещения с использованием LM393

IC LM393 включает в себя два операционных усилителя, и каждый операционный усилитель имеет два входа, а также один выход. Эти микросхемы работают независимо, обеспечивая собственный выход. Но в этой схеме используется только один операционный усилитель а другой операционный усилитель не будет подключен. Оба операционных усилителя необходимы только тогда, когда мы используем сложные схемы для контроля множества уровней. Эта схема проверяет только один уровень, поэтому в ней используется один операционный усилитель.

После подачи питания на ИС сравните значения напряжения. Если напряжение инвертирующей клеммы выше, чем неинвертирующее, то выход операционного усилителя будет падать на землю, и ток будет проходить от положительного источника питания к GND.

Аналогично, если напряжение инвертирующей клеммы ниже, чем неинвертирующей, тогда операционный усилитель выход будет оставаться при положительном напряжении питания (Vcc), и ток не будет протекать, потому что нет разницы потенциалов на нагрузке.

Таким образом, когда напряжение инвертирующего терминала высокое, нагрузка будет включена. Когда напряжение инвертирующего терминала низкое, нагрузка отключается. Здесь светодиод используется как нагрузка. Схема ночника с использованием LM393 показана ниже. В этой схеме в качестве нагрузки используется светодиод, а для обнаружения света используется фоторезистор. Сопротивление фоторезистора в основном зависит от попадания света на поверхность. Когда фоторезистор обнаруживает темноту, сопротивление фоторезистора будет высоким, а когда фоторезистор обнаружит яркий свет, его сопротивление будет уменьшено.

Итак, если мы подключим схему делителя напряжения, используя фоторезистор, а также постоянный резистор. Если он обнаруживает темноту, то фоторезистор будет использовать большее напряжение, потому что он имеет меньшее сопротивление в темноте. Точно так же, если он обнаруживает яркий свет, фоторезистор будет использовать меньшее напряжение.

Если ОУ неинвертирующий вход терминала является хорошим источником напряжения, а напряжение фоторезистора переходит на высокий уровень, чем опорное напряжение, если подвергается воздействию темноте, и низко, чем опорное напряжение при воздействии света, мы разработали схема компаратора который действует по-разному, потому что когда есть ночь, тогда есть свет. Таким образом, светодиод будет гореть в темноте и выключаться при ярком свете.

Таким образом, речь идет об ИС LM393 и ее применении. Микросхема LM393 представляет собой маломощный, однополярный дифференциальный компаратор с низким напряжением смещения. Как правило, общий компаратор IC это крошечный вольтметр с включенными переключателями. Он используется для расчета напряжений на двух разных выводах и сравнивает разницу в величине напряжения. Если напряжение на первом выводе выше, чем на втором выводе, переключатель сработает.

Но если первая клемма имеет более низкое напряжение, чем вторая клемма, переключатель деактивируется. Вот вам вопрос, каково применение микросхемы LM393?

Иллюстрированный самоучитель по схемотехнике › Пробники и индикаторы напряжения [страница — 11] | Самоучители по инженерным программам

Пробники и индикаторы напряжения

Элемент DD2.2 служит инвертором-усилителем, он повышает четкость срабатывания элемента DD2.3. Компаратор DD2.4 определяет участки свечения «красного» (вывод 2) и «зеленого» (вывод 3) светодиодов индикатора HL1. Когда на выходе компаратора действует высокий уровень (при напряжении батареи в пределах 11. 7… 15.3 В) – на выходе элемента DD1.4 – низкий уровень, транзистор VT1 закрыт, и поэтому возможно свечение только «зеленого» светодиода.

При низком уровне на выходе компаратора (при напряжении батареи меньше 11.7 или больше 15.3 Б) элемент DD1.4 работает как инвертор, поэтому сигнал с генератора поступает одновременно на базы транзисторов VT1, VT2, и они открываются, включая светодиоды индикатора. Светить, однако, будет только «красный» светодиод, так как падение напряжения на нем меньше, чем на «зеленом».

Таким образом, при напряжении батареи менее 11.7 Всветодиодный индикатор HL1 излучает импульсы красного света, причем импульсы света значительно длиннее пауз между ними – «пульсирующий свет». При напряжении более 11.7 В, но менее 12.2 В цвет свечения меняется на зеленый, а характер мигания остается прежним.

В диапазоне между 12.2 и 13.8 б – непрерывное свечение зеленого цвета, а на участке 13. 8… 14. 8 В – свечение отсутствует. При напряжении от 14.8 до 15.3 Б появляется снова мигающее зеленое свечение, но в этом случае импульсы света значительно короче пауз между ними – «пульсирующая тень».

И наконец, когда напряжение превышает 15.3 В, цвет свечения меняется на красный при неизменном характере мигания.

Для индикации уровней напряжения могут быть использованы элементы обычной /ШО/7-логики. О. В. Клевцов [2.11] предложил использовать микросхему К561ЛН2 для шестиуровневого контроля напряжения аккумуляторной батареи (рис.

2.9). Элементы микросхемы использованы в качестве своеобразных компараторов. Шаг индикации напряжения составляет 1 В. Общий диапазон измерения-индикации – от 10 до 15 б.


Рис. 2.9. Схема шестиуровневого индикатора напряжения аккумуляторной батареи

На входы элементов-инверторов микросхемы DD1 через резистивный делитель R1 – R8 подается в определенной пропорции доля контролируемого напряжения. В случае, если напряжение изменяется, изменяются и его долевые составляющие на входах элементов микросхем. В свою очередь напряжение питания стабилизировано при помощи микросхемы DA1 и является опорным. Резистивный делитель рассчитан таким образом, чтобы получить пороги переключения с шагом в 1 В. При желании величина этого шага может быть откорректирована. Неудобством индикатора является сложность его настройки, необходимость индивидуального подбора элементов и трудности при перестройке для индикации другого диапазона напряжений.

Многоуровневый индикатор напряжения источника питания, например, аккумуляторной батареи (рис. 2.10), достаточно просто сделать с использованием специализированной микросхемы типа UAA180 или ей подобной (аналоги – К1003ПП1 и др.) [2.12].


Рис. 2.10. Схема двенадцатиуровневого индикатора напряжения аккумуляторной батареи

Индикатор на двухпороговом компараторе — RadioRadar

Для индикации значения какого-либо параметра, например напряжения, зачастую удобно использовать светодиодный индикатор, работающий по принципу «Меньше», «Норма», «Больше», т. е. он имеет три устойчивых состояния. При этом каждому состоянию соответствует свой светодиод. Для реализации такого индикатора часто применяют двухпороговый компаратор, который можно реализовать на ОУ [1], логических элементах [2-4], транзисторах [5], ОУ, транзисторах и реле [6]. В этих случаях дополнительным элементом должен быть источник образцового напряжения, а при его отсутствии необходимо обеспечить стабильность напряжения питания индикатора, иначе пороги переключения будут «плавать».

Собрать такой индикатор можно на основе широко известной микросхеме параллельного стабилизатора напряжения серии КР142ЕН19 или её зарубежного аналога — микросхемы серии TL431 и её клонов. Это обеспечит стабильность порогов переключения, так как в этой микросхеме есть встроенный источник образцового напряжения. А использование в индикаторе светодиодов различного цвета свечения, а значит, с разными номинальными напряжениями, позволит обеспечить включение только одного из них.

Рис. 1. Схема индикатора

 

Схема индикатора показана на рис. 1. Он содержит три микросхемы TL431A, одна из которых — DA3 — включена как стабилизатор напряжения, а две остальные DA1 и DA2 работают как компараторы и управляют светодиодами HL1 и HL2. Контроли-руемое напряжение поступает на управляющие входы этих микросхем с резистивных делителей R1R2 и R1R3. Работает индикатор следующим образом. Пороговое напряжение на входе микросхемы TL431A — 2,5 В. При меньшем напряжении ток через микросхему мал, а при большем резко увеличивается, благодаря этому микросхему можно использовать как пороговое устройство, т. е. компаратор [6]. Микросхема DA3 включена как стабилизатор напряжения 2,5 В, а номинальное напряжение светодиода HL3 синего свечения — 2,9. ..3,3 В. Поскольку они включены последовательно, минимальное напряжение, при котором светодиод будет светить, — около 5,5 В. При меньшем напряжении питания светодиод HL3 погаснет. Поэтому при напряжении питания более 5,5 В и отсутствии входного напряжения будет светить именно светодиод HL3 «Меньше», сигнализируя о том, что входное напряжение меньше нижнего порога. Резистор R7 ограничивает ток через этот и другие светодиоды.

Напряжение нижнего порога переключения устанавливают подстроечным резистором R2. Когда при увеличении входного напряжения его значение на входе микросхемы DA2 превысит 2,5 В, она откроется и ток через неё резко увеличится — станет светить светодиод зелёного свечения HL2 «Норма». Номинальное напряжение этого светодиода, как правило, меньше напряжения светодиода синего свечения, а минимальное напряжение на микросхеме TL431A — не более 2 В. Поэтому суммарное напряжение на микросхеме DA2 и светодиоде HL2 не превысит 4,5 В. В результате светодиод HL3 погаснет.

Напряжение верхнего порога переключения устанавливают подстроечным резистором R3. Когда напряжение на его движке превысит 2,5 В, откроется микросхема DA1 и ток через неё резко увеличится, поэтому включится светодиод HL1 «Меньше» красного свечения. Номинальное напряжение этого светодиода — 1…1,8 В, поэтому суммарное напряжение на микросхеме DA1 и светодиоде HL1 не превысит 4 В. В результате светодиод HL2 погаснет. Резисторы R4-R6 необходимы для того, чтобы исключить слабое свечение светодиодов в выключенном состоянии микросхем DA1-DA3. Дело в том, что в таком состоянии через каждую микросхему протекает небольшой ток, и чтобы он протекал не через светодиоды, установлены эти резисторы.

Устанавливая нижний и верхний пороги переключения резисторами R2 и R3 соответственно, индикатор можно настроить на любой интервал входного напряжения. Минимальное значение нижнего предела — 2,5 В, оно задано напряжением переключения микросхемы TL431A. Максимальное значение верхнего предела, в принципе, неограничено, поскольку оно зависит от делителя напряжения R1R2, и его можно увеличить за счёт увеличения сопротивления резистора Rl. Но следует учесть, что если напряжения нижнего и верхнего порогов отличаются в несколько раз, для каждой микросхемы надо сделать отдельный резистивный делитель.

Рис. 2. Чертёж печатной платы индикатора

 

Рис. 3. Внешний вид смонтированной платы

 

Индикатор собран на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…2 мм, чертёж которой показан на рис. 2. Применены постоянные ре зисторы МЛТ, С2-23, подстроечные — серий 3362Н, PV32H или отечест венные СП3-19. Светодиоды — сверхъяркие соответствующего све чения, можно применить трёхцветный светодиод EL-501TCC07E, его цоколёвка показана на рис. 1. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3. Налаживание сводится к установке порогов переключения резисторами R2, R3 и подборке резисторов R4-R6, чтобы не было подсветки светодиодов. Резистором R7 можно установить яркость свечения светодиодов.

Недостатком устройства является сравнительно большой минимальный порог переключения — 2,5 В. Чтобы его уменьшить, на входы микросхем надо подать постоянное напряжение смещения. Это напряжение должно быть сравнительно стабильным, а получить его можно, применив на входе индикатора истоковый повторитель на полевом транзисторе с управляющем p-n переходом. Вариант схемы индикатора с повышенной чувствительностью показан на рис. 4. 

Рис. 4. Вариант схемы индикатора с повышенной чувствительностью

 

Здесь в истоковом повторителе применён транзистор с большим начальным током и большим напряжением отсечки. Благодаря этому на резисторах, включённых в цепь истока, будет напряжение, близкое к 2,5 В, что и обеспечит необходимое смещение. Это напряжение зависит от параметров транзистора и общего сопротивления этих резисторов.

Коэффициент передачи истокового повторителя по напряжению немногим менее единицы, поэтому практически всё приращение входного напряжения поступает на исток и далее через резисторы R2 и R3 на входы микросхем. Благодаря применению полевого транзистора входное сопротивление индикатора будет более 1 МОм. При этом режим по постоянному току будет вблизи от термостабильной точки. Между затвором и общим проводом нет смысла устанавливать резистор, поскольку вход индикатора будет  подключён к источнику контролируемого напряжения. Если контролируемое напряжение может изменяться в большом интервале, для защиты полевого транзистора в цепь затвора следует установить резистор R’ сопротивлением несколько десятков килоом.

Рис. 5. Чертёж платы доработанного варианта индикатора

 

Чертёж платы доработанного варианта индикатора показан на рис. 5. Здесь можно применить такие же элементы, как и в предыдущем случае. Подойдут транзисторы серий КП302, КП307. Поскольку у транзисторов большой разброс параметров, предварительно надо провести подборку требуемого экземпляра или подборку резистора R1. Для этого вход индикатора соединяют с общим проводом, подают питающее напряжение и измеряют напряжение на истоке транзистора VT1. Если оно меньше 2,5 В, например 2,2 В, минимальное напряжение переключения будет около 0,3 В. Если этого достаточно, можно приступать к налаживанию индикатора, т. е. установке порогов переключения. При этом следует учесть, что входное напряжение не должно превышать 80…90 % от напряжения питания.

Для повышения чувствительности следует применить транзистор с большим напряжением отсечки. В этом случае напряжение на истоке может превысить 2,5 В, тогда его уменьшают до этого значения подборкой резистора R1. Добиваться чувствительности менее 0,1 В нецелесообразно, поскольку при этом может ухудшиться стабильность порога.

При напряжении питания менее 5 В не будет светить ни один из светодиодов. Так получается ещё один дополнительный уровень индикации — низкое значение напряжения питания или его отсутствие.

Литература

1. Двухпороговый компаратор. — Радио, 1985, №7, с. 58.

2. Нечаев И. Светодиодный индикатор уровня напряжения. — Радио, 1994, № 6, с. 31.

3. Световые индикаторы напряжения. — Радио, 1984, № 12, с. 25, 26.

4. Староверов А. Двухпороговые компараторы на логических элементах. — Радио, 2021, № 1, с. 14, 15.

5. Челебаев М. Трёхуровневый индикатор напряжения. — Радио, 1977, № 2, с. 29.

6. Гричко В. Двухпороговый компаратор. — Радио, 2003, № 4, с. 32.

Автор: И. Нечаев, г. Москва

Россия напала на Украину!

Россия напала на Украину!

Мы, украинцы, надеемся, что вы уже знаете об этом. Ради ваших детей и какой-либо надежды на свет в конце этого ада –  пожалуйста, дочитайте наше письмо .

Всем нам, украинцам, россиянам и всему миру правительство России врало последние два месяца. Нам говорили, что войска на границе “проходят учения”, что “Россия никого не собирается захватывать”, “их уже отводят”, а мирное население Украины “просто смотрит пропаганду”. Мы очень хотели верить вам.

Но в ночь на 24-ое февраля Россия напала на Украину, и все самые худшие предсказания  стали нашей реальностью .

Киев, ул. Кошица 7а. 25.02.2022

 Это не 1941, это сегодня. Это сейчас.  
Больше 5 000 русских солдат убито в не своей и никому не нужной войне
Более 300 мирных украинских жителей погибли
Более 2 000 мирных людей ранено

Под Киевом горит нефтебаза – утро 27 февраля, 2022.

Нам искренне больно от ваших постов в соцсетях о том, что это “все сняли заранее” и “нарисовали”, но мы, к сожалению, вас понимаем.

Неделю назад никто из нас не поверил бы, что такое может произойти в 2022.

Метро Киева, Украина — с 25 февраля по сей день

Мы вряд ли найдем хоть одного человека на Земле, которому станет от нее лучше. Три тысячи ваших солдат, чьих-то детей, уже погибли за эти три дня. Мы не хотим этих смертей, но не можем не оборонять свою страну.

И мы все еще хотим верить, что вам так же жутко от этого безумия, которое остановило всю нашу жизнь.

Нам очень нужен ваш голос и смелость, потому что сейчас эту войну можете остановить только вы. Это страшно, но единственное, что будет иметь значение после – кто остался человеком.

ул. Лобановского 6а, Киев, Украина. 26.02.2022

Это дом в центре Киева, а не фото 11-го сентября. Еще неделю назад здесь была кофейня, отделение почты и курсы английского, и люди в этом доме жили свою обычную жизнь, как живете ее вы.

P.S. К сожалению, это не “фотошоп от Пентагона”, как вам говорят. И да, в этих квартирах находились люди.

«Это не война, а только спец. операция.»

Это война.

Война – это вооруженный конфликт, цель которого – навязать свою волю: свергнуть правительство, заставить никогда не вступить в НАТО, отобрать часть территории, и другие. Обо всем этом открыто заявляет Владимир Путин в каждом своем обращении.

«Россия хочет только защитить ЛНР и ДНР.»

Это не так.

Все это время идет обстрел городов во всех областях Украины, вторые сутки украинские военные борются за Киев.

На карте Украины вы легко увидите, что Львов, Ивано-Франковск или Луцк – это больше 1,000 км от ЛНР и ДНР. Это другой конец страны. 25 февраля, 2022 – места попадания ракет

25 февраля, 2022 – места попадания ракет «Мирных жителей это не коснется.»

Уже коснулось.

Касается каждого из нас, каждую секунду. С ночи четверга никто из украинцев не может спать, потому что вокруг сирены и взрывы. Тысячи семей должны были бросить свои родные города.
Снаряды попадают в наши жилые дома.

Больше 1,200 мирных людей ранены или погибли. Среди них много детей.
Под обстрелы уже попадали в детские садики и больницы.
Мы вынуждены ночевать на станциях метро, боясь обвалов наших домов.
Наши жены рожают здесь детей. Наши питомцы пугаются взрывов.

«У российских войск нет потерь.»

Ваши соотечественники гибнут тысячами.

Нет более мотивированной армии чем та, что сражается за свою землю.
Мы на своей земле, и мы даем жесткий отпор каждому, кто приходит к нам с оружием.

«В Украине – геноцид русскоязычного народа, а Россия его спасает.»

Большинство из тех, кто сейчас пишет вам это письмо, всю жизнь говорят на русском, живя в Украине.

Говорят в семье, с друзьями и на работе. Нас никогда и никак не притесняли.

Единственное, из-за чего мы хотим перестать говорить на русском сейчас – это то, что на русском лжецы в вашем правительстве приказали разрушить и захватить нашу любимую страну.

«Украина во власти нацистов и их нужно уничтожить. «

Сейчас у власти президент, за которого проголосовало три четверти населения Украины на свободных выборах в 2019 году. Как у любой власти, у нас есть оппозиция. Но мы не избавляемся от неугодных, убивая их или пришивая им уголовные дела.

У нас нет места диктатуре, и мы показали это всему миру в 2013 году. Мы не боимся говорить вслух, и нам точно не нужна ваша помощь в этом вопросе.

Украинские семьи потеряли больше 1,377,000 родных, борясь с нацизмом во время Второй мировой. Мы никогда не выберем нацизм, фашизм или национализм, как наш путь. И нам не верится, что вы сами можете всерьез так думать.

«Украинцы это заслужили.»

Мы у себя дома, на своей земле.

Украина никогда за всю историю не нападала на Россию и не хотела вам зла. Ваши войска напали на наши мирные города. Если вы действительно считаете, что для этого есть оправдание – нам жаль.

Мы не хотим ни минуты этой войны и ни одной бессмысленной смерти. Но мы не отдадим вам наш дом и не простим молчания, с которым вы смотрите на этот ночной кошмар.

Искренне ваш, Народ Украины

Как работает этот компаратор напряжения?

Как показано, схема не работает [tm].

В целом, не намереваясь быть грубым, я бы сказал, что схема была «разработана» кем-то, кто плохо понимал задачу и тоже нарисовал неправильно.

  • Таблица BA10358 здесь — очень подробная информация, но, похоже, достаточно нормально. Скорость нарастания 0,2 В / с и «полоса пропускания» 0,5 МГц.

Как показано, инвертирующий вход U1A находится на напряжении от 11 до 14 В, а неинвертирующий вход — на 5 В плюс любой эффект на обратную связь гистерезиса / + ve через R2 — вероятно, около + / 1 1 Вольт — см. ниже. Следовательно, U4A никогда не сможет переключиться. Р>

Наиболее вероятное объяснение состоит в том, что переменный резистор не подключен, как показано, но имеет один конец резистивной дорожки, подключенный к входу (как показано), стеклоочиститель подключен к инвертирующему входу U4A (как показано), НО другой конец трек резистора заземлен. Это «настоящий скачок», но больше ничего не имеет смысла. С изменением вход для операционного усилителя может изменяться от Vtest до земли.

Если бы поставка операционного усилителя и максимальное значение Vout составляли, скажем, + 10 В, то триггер Шмитта, образованный U4A, переключился бы на напряжение около 6 В, когда входной сигнал возрастал, и около 4 В, когда входной сигнал падал. Р>

Как я думаю, вы знаете — если схема была организована, как указано выше, U4A является компаратором, настроенным как триггер Шмитта благодаря положительной обратной связи через R12. Так как R12 равен 100k, это будет иметь в 10 раз меньший эффект на уровне триггера, чем R1, поскольку R1 / R12 = 19k / 100k, но операционный усилитель Vout max +, скажем, 10 В, поэтому имеет 10 В / 5 В = вдвое больший эффект — так что 1/10 x 2 / 1 = 1/5 эффекта в целом. Так как Vref = 5 В, обратная связь сместила точку переключения примерно на 1 В до 6 В и 4 В на входах с повышением и понижением соответственно.

Схема вокруг U4B (также), похоже, была разработана кем-то, кто не понимал, что они делают. Помимо эффекта, если входные токи утечки U4b, резисторы R3 и R4 не оказывают влияния. Контакты U4 3 & amp; 5 эффективно на тот же потенциал. Контакты U4 1 & amp; 6 эффективно на тот же потенциал. Р>

U4B, по-видимому, выполняет небольшую функцию, за исключением инвертирования полярности U4A, а PERHAPS ускоряет общую скорость переключения на выходе.
 При низком входном сигнале U4B «видит» Vrfe + 1V на + in и — Vmax_-ve_swing на -in. Выход U4B низкий с низким Vin.
 Когда Шмитт начинает переключаться с ростом Vin, оба входа U4B падают, но -in от u4A падает дальше и переключает U4B. Во всяком случае, это МОЖЕТ замедлить действие переключения, поскольку оба входа отслеживают в одном и том же направлении, но один разворачивается дальше, поэтому вокруг точки переключения наблюдается отрицательное усиление.
 Странный. Р>

Этот операционный усилитель дешевый. До $ 0,20 в объемах производства. НО здесь он используется в качестве компаратора, и он не очень подходит для этой задачи. Скорость нарастания напряжения составляет 0,2 В / мкс, а максимальная частота (что бы здесь ни говорилось в спецификации) составляет 0,5 МГц.

    

Компаратор двойного напряжения LM393 — ProtoSupplies

Описание

Двойной компаратор напряжения LM393 содержит два независимых прецизионных компаратора напряжения, предназначенных для работы от одного или раздельного источника питания.

КОМПЛЕКТ ВКЛЮЧАЕТ:

  • Двойной компаратор напряжения LM393

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВОЙНОГО КОМПАРАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ LM393:
  • Низкое входное напряжение смещения 5,0 мВ
  • Низкий рабочий ток 0.4 мА
  • Работает от одного положительного источника питания от 2 до 36 В
  • Может также работать от раздельного питания от ± 1,0 до ± 18 В

LM393 содержит два дифференциальных компаратора, которые полностью независимы, за исключением того, что они имеют общий источник питания. Он может работать в широком диапазоне одиночного питания от 2 до 36 В или в диапазоне раздельного питания от +/- 1 до 18 В

Как следует из названия, компараторы напряжения используются для сравнения одного напряжения с другим и выдачи логического ВЫСОКОГО или НИЗКОГО уровня на основе результатов этого сравнения.

Чаще всего эти части используются для контроля аналогового сигнала, чтобы увидеть, выходит ли он за пределы порогового значения, требующего каких-либо действий.

Эти детали очень часто используются в модулях, которые имеют регулировочный потенциометр для установки, когда мы хотим, чтобы выход сработал ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ в зависимости от достижения некоторого порога, обычно от аналогового датчика, например температуры, света или звука. В этом случае потенциометр устанавливает опорное напряжение на компараторе, которое сравнивается с выходным напряжением датчика.

При мониторинге аналогового датчика одним из вариантов является подача сигнала этого аналогового датчика непосредственно на аналоговый порт UC и постоянный контроль его в программном обеспечении. С другой стороны, использование компаратора позволяет осуществлять этот мониторинг вне UC, а цифровой выход компаратора можно вывести на цифровой вывод, который можно контролировать более просто, аналогично тому, как переключатель будет контролироваться на предмет включения или выключения. или ВЫКЛ. Выход также может быть подведен к контакту прерывания, так что не требуется никакого контроля, и UC выполняет действие только тогда, когда компаратор сообщает ему об этом.Во многих случаях использование компаратора может вообще устранить необходимость в UC, а выход можно использовать для непосредственного управления устройством, таким как реле, чтобы выполнить какое-либо действие, или светодиодом, чтобы указать, что какое-то условие было достигнуто.

Теория работы

Каждый из компараторов в LM393 имеет два входа, помеченных «+» и «-». Устройство просто сравнивает разницу в напряжении между этими двумя входными контактами и соответственно устанавливает цифровой выход.

  • Если входное напряжение «+» выше, чем напряжение «-», выход становится ВЫСОКИМ.
  • Если входное напряжение «-» выше, чем напряжение «+», выход становится НИЗКИМ

Если вы будете использовать устройство с UC, вы должны отключить LM393 от того же напряжения, при котором работает UC, чтобы выход был логически совместим с UC.

Выход с открытым коллектором, что означает, что LM393 будет притягивать его к земле, когда он выдает логический НИЗКИЙ уровень, но когда на выходе становится ВЫСОКИЙ, требуется внешний подтягивающий резистор, чтобы подтягивать его к ВЫСОКОМУ. В большинстве приложений на выходе потребуется подтягивающий резистор.Большинство UC имеют возможность включения подтягивающих резисторов на своих цифровых входах, поэтому физический резистор, как правило, не требуется.

Пример схемы ночного освещения

Показанная здесь схема реализует простой ночник с использованием одного из компараторов.

LDR (светозависимый резистор) изменяет сопротивление в зависимости от количества падающего на него света. По мере увеличения количества света сопротивление снижается. И наоборот, когда интенсивность света уменьшается, сопротивление увеличивается.

LDR включен последовательно с резистором 33K, образующим делитель напряжения. Значение 33K не слишком критично. При сильном освещении низкое сопротивление LDR будет поддерживать низкое напряжение на выводе «-». По мере уменьшения освещенности и увеличения сопротивления напряжение начнет расти до 5 В, и как только оно превысит напряжение на контакте «+», выход станет НИЗКИМ, что приведет к включению светодиодного ночника.

Потенциометр можно использовать для регулировки напряжения на контакте «+» и, следовательно, для установки точки срабатывания при переключении компаратора.

Деталь поставляется в корпусе DIP-8 и подходит для макетной платы.

Примечания:

  1. Нет

Технические характеристики

 Операционные рейтинги В+ 2 – 36 В
В+ / В- от ±1,0 В до ±18 В
Типовой стоковой ток 16 мА
Упаковка ДИП-8
Тип упаковки Пластик, сквозное отверстие
Производитель Онсеми или TI
Технический паспорт LM393

Компараторы

— Northwestern Mechatronics Wiki

Компаратор вычитает два напряжения и дает вам логический выход.Таким образом, он живет на границе между аналоговым миром непрерывных напряжений и цифровым миром 1 и 0, представленным +5 В и 0 В, логическим высоким и низким логическим уровнем. Компараторы

имеют два входа, называемых инвертирующим и неинвертирующим входами, которые обозначены просто — и + на принципиальной схеме. Назовем потенциал на этих входах V и V + . Не путайте эти входы с разъемами питания! См. рис. 1: входы сбоку, питание сверху и снизу.Часто мощность даже не показывается, но если ее не подать, чип работать не будет.

Выход компаратора имеет высокий логический уровень (+5 В), если V + > V , и низкий уровень (0 В), если V + < V . Если они находятся в пределах примерно 1 мВ, все идет.

Компараторы очень похожи на операционные усилители, но операционные усилители должны иметь непрерывный выходной сигнал Vout = G(V + — V ), тогда как компараторы намерены насыщаться, то есть всегда иметь полный положительный или нулевой выходной сигнал .

Идеальный компаратор, как и идеальный операционный усилитель, имеет бесконечное входное сопротивление. Это означает, что он наблюдает за напряжением на своем входе, не пропуская ток. Реальные компараторы довольно близки к этому идеалу, потребляя всего несколько нА. Это очень полезно, когда у вас есть сигнал с высоким импедансом (с очень небольшим доступным током), такой как фототранзистор.

Идеальный компаратор, как и идеальный операционный усилитель, имеет нулевое выходное сопротивление. Это означает, что когда он приводит свой выход к 0 В, он будет поддерживать 0 В независимо от того, какой ток он должен потреблять для этого.Настоящие компараторы довольно хороши — если заставить потреблять слишком большой ток, они могут сгореть, но выходное напряжение не поднимется более чем на 100 мВ или около того.

Мы сосредоточимся на LM311P, особенно хорошем компараторе. Посмотрите его техпаспорт. В показанном приложении он работает как пороговый детектор для фототранзистора. Потенциометр триммера устанавливает V- на регулируемый потенциал между 0В и 5В. Если фототранзистор получает достаточно света и проводит достаточный ток, чтобы поднять V+ выше потенциала V-, выход компаратора становится высоким.

LM311P, как и большинство компараторов, имеет открытый коллектор. Это означает, что он способен заземлить свой выход для индикации низкого логического уровня, но это все, что он может сделать. Он не может поднять свой выход на высокий уровень (например, до + 5 В). Все, что он может сделать, чтобы указать, что логический высокий уровень НЕ заземляет его выход. Ваша задача — поднять выходной сигнал на высокий уровень (с помощью «подтягивающего резистора»), а LM311P потянет его на низкий уровень, когда это необходимо.

Почему внутри нет подтягивающего резистора? Иногда они делают. Однако выход с открытым коллектором позволяет по вашему желанию подтягивать его и к другим напряжениям, кроме +5, например, к +3 или +24, или управлять светодиодом (и его ограничительным резистором.) Вы также можете расположить несколько компараторов по схеме «связанное ИЛИ», то есть выходы нескольких компараторов соединены, и если какой-либо из них подтягивает выход к земле, он доминирует над всеми остальными. Вы не могли бы сделать это, если бы один вытягивал выходной сигнал вверх, а другой — в низкий уровень.

Есть несколько ограничений, но компараторы, тем не менее, являются очень простыми, надежными и полезными компонентами.

  • Компараторы ограничены по величине тока, который они могут поглотить (поглотить означает уйти на землю). Они могут перегреться и выйти из строя.Этот может потреблять 50 мА — много по стандартам компаратора.
  • Компараторы ограничены по напряжению подтяжки, которое они могут выдержать. Этот выдерживает +50В (только плюс, заметьте!) Это тоже огромный показатель.
  • LM311P имеет несколько разъемов, о которых вы не хотели знать: стробоскоп, баланс и излучатель. Свяжите строб и баланс к Vcc+ (положительный источник питания), а эмиттер к Vcc- (который обычно заземлен)
  • LM311 успешно работает с Vcc+ = 5В и Vcc- = 0В.Есть много других способов его использования
  • LM311 позволяет своим входам независимо изменяться в диапазоне от +15 до -15 без повреждений. Многие компараторы гораздо более привередливы. Для многих диапазон входов не должен превышать диапазон между шинами питания (например, от 0 до +5).

Компараторы с гистерезисом

Вы можете столкнуться с проблемой реализации схемы компаратора, как описано выше, если в вашем входном сигнале есть какие-либо шумы, особенно в области , где два входа (инвертирующий и неинвертирующий) почти равны.Шум в сигнале может вызвать мерцание выходного сигнала компаратора, как показано справа. Чтобы устранить это мерцание, к компаратору можно добавить полосу гистерезиса.

Компаратор с гистерезисом имеет два важных порога: верхний и нижний. Однако, в отличие от простого компаратора, выход компаратора не зависит исключительно от того, находится ли вход выше или ниже одного из этих порогов. Это зависит как от текущего состояния выхода , так и от текущего значения входа .Если выход высокий, он останется высоким до тех пор, пока входное напряжение не упадет ниже нижнего порога. Если выход низкий, он останется низким, пока входное напряжение не поднимется выше верхнего порога.

Типичным примером полосы гистерезиса является термостат в вашем доме. Если система охлаждает, она охлаждает дом до заданной температуры, а затем отключается. Он не включится, пока комната снова не нагреется до определенной степени, иначе он будет выключаться и включаться довольно быстро.Эта разница температур, допустимая до того, как охлаждение снова включится, представляет собой полосу гистерезиса. Если система в настоящее время включена, выводит высокий уровень , она будет оставаться включенной до тех пор, пока температура не опустится ниже нижнего порога. Если система выключена, выводит низкий уровень , он останется выключенным до тех пор, пока температура не превысит верхний порог.

Чтобы реализовать это в электронном виде, мы можем использовать компаратор, как показано на принципиальной схеме ниже. Эта схема создает неинвертирующий компаратор с гистерезисом.

Важными уравнениями для установки порогов полосы гистерезиса являются следующие:

где V U верхний порог, а V нижний порог L

1 90 Выход этой схемы показан ниже для данного входа.

Ссылки

Одиночные, двойные, счетверенные низковольтные компараторы общего назначения

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 6 0 объект /Title (LMV331 — одиночные, двойные, счетверенные низковольтные компараторы общего назначения) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > поток 2017-06-22T09:46:50-07:00BroadVision, Inc.2020-08-19T09:11:04+02:002020-08-19T09:11:04+02:00Приложение Acrobat Distiller 10.1.16 (Windows)/ pdf

  • LMV331 — одиночные, двойные, счетверенные низковольтные компараторы общего назначения
  • ПО Полупроводник
  • LMV331 — это одноканальная КМОП-матрица общего назначения с низкой компаратор напряжения.LMV393 и LMV339 бывают двойными и счетверенными. версии канала соответственно. LMV331/393/339 указаны для рабочих характеристик от 2,7 В до 5 В, имеют отличные входные синфазные помехи. диапазон, низкий ток покоя и доступны в нескольких компактных пакеты. LMV331 доступен в 5-контактных корпусах SC-70 и TSOP-5. LMV393 доступен в 8-контактном исполнении Micro8, SOIC-8 и пакет UDFN8, а LMV339 доступен в SOIC-14 и Пакет ЦСОП-14. LMV331/393/339 — экономичные решения для приложений где экономия места, работа при низком напряжении и низком энергопотреблении являются первичные спецификации при проектировании схем для портативных приложений.
  • UUID: fe592667-56c1-49d3-82e3-f49d010133e2uuid: 31d14b9b-165f-4723-9ecf-33bf175b32e1Print конечный поток эндообъект 5 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект > эндообъект 21 0 объект > эндообъект 22 0 объект > эндообъект 23 0 объект > эндообъект 24 0 объект > эндообъект 25 0 объект > эндообъект 26 0 объект > эндообъект 27 0 объект > эндообъект 28 0 объект > эндообъект 29 0 объект > эндообъект 30 0 объект > эндообъект 31 0 объект > эндообъект 32 0 объект > эндообъект 33 0 объект > эндообъект 34 0 объект > эндообъект 35 0 объект > эндообъект 36 0 объект > эндообъект 37 0 объект > эндообъект 38 0 объект > эндообъект 39 0 объект > эндообъект 40 0 объект > эндообъект 41 0 объект > поток HWMs۸w−1a$

    Reddit — Погрузитесь во что угодно

    ОБНОВЛЕНИЕ: Спасибо всем за предложения.Я внес следующие изменения в схему:

    1. Поместил на выходе подтягивающий резистор (5,6 кОм). Почитайте про выход с открытым коллектором.

    2. Изменено значение R и C фильтра нижних частот, чтобы избежать любой потенциальной емкостной нагрузки. C теперь 8 мкФ

    3. Непосредственное питание компаратора от батареи (8 В) вместо выхода регулятора напряжения.

    Обновление заняло некоторое время, потому что я работаю непосредственно с макетной платой, так как макет создавал серьезные проблемы при измерении сигналов на осциллографе.

    Я свяжу пост с итоговой доской, когда он будет готов. 🙂

    Я работаю над проектом, в котором мне уже помог этот сабреддит. Но я застрял на последней части.

    https://imgur.com/kekzQ6k

    Предыстория описания:

    Мы должны взаимодействовать с датчиками, но без использования микроконтроллеров. Я работаю с ультразвуковым датчиком. Выход датчика в основном представляет собой ШИМ-сигнал (в зависимости от расстояния до объекта), который я инвертирую, используя вентиль НЕ, чтобы иметь возможность работать с хорошими уровнями напряжения (последняя часть схемы работает как инверсия расстояния, поэтому мне нужно все равно пользуйся).Затем он подается в пассивный LPF с частотой среза <1 Гц, так что получается чистое постоянное напряжение.

    У меня проблемы с компаратором напряжения. Я использую LM339. Теперь, в зависимости от расстояния, я получаю напряжение на LPF примерно от 4,78 В (самое дальнее) до 4,99 В (ближайшее). Я хочу активировать светодиоды/зуммеры в зависимости от расстояния. Я устанавливаю опорные напряжения в соответствии с желаемым расстоянием с помощью потенциометров. Проблема в том, что выход компараторов подключается к земле, а не к 5В.Я мог бы работать с этим, но тогда выходы подключены к земле, даже если входное напряжение (на неинвертирующем входе) меньше опорного напряжения (на инвертирующем входе). Я понятия не имею, почему это так, я трижды проверил все соединения.

    PS: я мало знаю о том, как работают компараторы, я просто следую шагам из видео на Youtube. Смотрел видео Afrotechmods на компараторе (он использовал ОУ LM324 в качестве компаратора).

    Также все узлы 5V снабжены стабилизатором LM7805, если это имеет значение.

    Компараторы

    , незамеченные герои электроники

    Компараторы
     Эллиот Саунд Продактс Компараторы

    © 2016 — Rod Elliott (ESP)
    Страница создана в августе 2016 г., обновлена ​​в июне 2021 г.

    Верхняя
    Основной указатель Указатель статей
    Содержимое
    Преамбула

    С самого начала стоит отметить, что операционные усилители часто прекрасно подходят в качестве компараторов в низкоскоростных приложениях.Хотя есть некоторые тексты, которые предупреждают о «ужасных последствиях», если вы даже подумаете об использовании операционного усилителя, они не различают «высокую» и «низкую» скорость работы. 50-60Гц низкоскоростные, как и отфильтрованный выход пикового детектора (например). Усилители класса D и импульсные источники питания являются высокоскоростными , и если вы попытаетесь использовать операционный усилитель, то скорее всего произойдут «плохие вещи» .

    Электронные схемы

    предназначены для определенной цели, и вам не нужен компаратор на 100 нс, если вы смотрите на сигнал сети с частотой 50 Гц или напряжение постоянного тока, которое изменяется в течение нескольких сотен миллисекунд.Если в схеме есть запасной операционный усилитель и вам не нужно время отклика менее микросекунды, то было бы глупо добавлять еще один пакет только потому, что вы прочитали статью, в которой говорится, что использование операционного усилителя приведет к взрыву «чего-то» !   В основном ничего подобного не происходит, но есть приложения , где низкая скорость может привести к серьезным неисправностям схемы.

    Нет никаких сомнений в том, что использование неправильной детали может вызвать проблемы, но вам необходимо понимать, что делает схема, и соответствующим образом ее проектировать.Компараторы часто позволяют вам делать то, что вы не можете сделать с операционным усилителем, но это не означает, что вы никогда не должны использовать операционный усилитель в качестве компаратора, если скорость не является проблемой. Одна вещь, которую вы не можете сделать, это использовать компаратор в качестве операционного усилителя, потому что он не будет работать (или будет работать очень плохо).

    Проектирование заключается в понимании схемы, а не в слепом следовании техническим примечаниям производителя (например), которые конкретно не касаются того, чего вы хотите достичь.


    Введение

    Во многих электронных схемах вы увидите нечто похожее на операционный усилитель, но называемое компаратором.Несмотря на внешний вид, они не одинаковы, и хотя операционные усилители можно использовать в качестве компараторов, обратное неверно. В этой короткой статье обсуждается разница между ними и описываются их различия. Да, он должен был быть кратким, но на самом деле нужно охватить очень многое, и это всего лишь вводный экскурс в тему.

    Прежде всего, я должен повторить «Золотые правила» ESP для операционных усилителей (и компараторов, только № 2!), которые гласят следующее …

    1. Операционный усилитель будет пытаться поддерживать одинаковое напряжение на обоих входах через цепь отрицательной обратной связи.

    В случае №1 операционный усилитель использует цепь отрицательной обратной связи, чтобы обеспечить одинаковое напряжение на двух входах (инвертирующем, или -ve, и неинвертирующем, или +ve).Если есть вход (+ve in) 1 В, выход будет иметь соответствующую величину и полярность, чтобы гарантировать, что вход -ve также находится в 1 В, при условии, что схема работает в пределах своей линейной области. Это работа с «замкнутым контуром», и именно так обычно используются операционные усилители.

    Когда применяется #2, операционный усилитель будет колебать свой выход как можно ближе к соответствующему напряжению питания. Это нелинейная функция, так как операционный усилитель работает «с разомкнутым контуром» (т. е. отрицательной обратной связи нет).Например, если +ve на входе +1 В, а -ve на входе +0,99 В, +ve на входе будет самым положительным, а на выходе будет (скажем) +14 В, при условии, что стандартный операционный усилитель и Питание ±15В. Если входное напряжение -ve возрастет до 1,01 В, выходное быстро изменится на -14 В. Когда на оба входа подается одинаковое напряжение, но нет отрицательной обратной связи, состояние выхода неопределенно, и малейшее изменение на входе вызовет большое изменение на выходе.

    Компараторы

    используются, когда выход либо включен, либо выключен.Здесь нет линейной области, и попытка использовать компаратор в качестве линейного усилителя почти всегда приводит к генератору, частота которого определяется паразитной емкостью, индуктивностью (например, в печатных платах) и сопротивлением. Некоторые компараторы могут вообще не работать, если вы попытаетесь работать в линейном режиме.

    Обратите внимание, что почти все компараторы полагаются на внешний подтягивающий резистор (или активную цепь) на выходе, потому что они не используют двухтактный выходной каскад. Наиболее распространенным выходом является NPN-транзистор с открытым коллектором.Также нет защиты от замыкания выхода на плюс! Хотя подтяжка резистора является наиболее распространенной, в некоторых случаях это может быть активная цепь, такая как источник тока. Из-за дополнительных задержек распространения, создаваемых активной схемой, этот подход встречается гораздо реже, чем резистор, и может быть значительно медленнее. Текущая выходная нагрузка источника может добавить ко времени отклика до 50 нс, в зависимости от реализации.

    Вот несколько примеров использования компаратора…

    • Аналого-цифровые преобразователи
    • Цепи отбора проб
    • Приемники линии передачи данных (включая оптоволокно)
    • Модуляторы ширины импульса
    • Детекторы пересечения нуля
    • Датчик тока для переключающих регуляторов
    • Триггеры, таймеры и т. д.)
    • Генераторы — кварцевые, R/C, L/C и т.д.
    • Термостаты, датчики света и т. д.

    Это небольшой образец. Часто используемая ИС таймера 555 использует компараторы как для синхронизации, так и для запуска, с пороговыми напряжениями, установленными внутри ИС.Большинство автономных компараторов имеют два входа, как и операционные усилители, и ведут себя они примерно так же, но не с отрицательной обратной связью . Если вам нужна линейная схема, используйте операционный усилитель, а не компаратор.

    Цитируя Linear Technologies [ 1 ], «компараторы часто воспринимаются как устройства, которые грубо выражают аналоговые сигналы в цифровой форме — 1-битный аналого-цифровой преобразователь. Строго говоря, эта точка зрения верна. . Компараторы не «просто сравнивают» так же, как операционные усилители не «просто усиливают».Далее они заявляют, что «компараторы могут быть наиболее недооцененными и недостаточно используемыми монолитными линейными компонентами». С этим очень трудно возразить, и операционные усилители взяли на себя многие роли, которые должны выполнять компараторы, и не всегда с лучшими результатами.

    Из-за необычайной скорости некоторых компараторов (таких как LT1016 и многих других) кажущаяся безобидной компоновка печатной платы может привести к совершенно непредсказуемому поведению выходного сигнала, поэтому абсолютно необходимо тщательное внимание к заземлению и шунтированию.Больше пешеходных устройств может убаюкать дизайнера до самоуспокоенности, которая мгновенно испаряется, когда используется высокоскоростная деталь. Розетки? Забудь это. Емкости розетки может быть более чем достаточно, чтобы вызвать серьезные ошибки, включая устойчивые или паразитные колебания.

    Это совершенно новый мир, который кажется слишком знакомым для непосвященных, но может вызвать лавину горя, если не сделать это должным образом. Также имейте в виду, что некоторые операционные усилители имеют защитные диоды между своими входами, и попытка использовать их в качестве «быстрого и грязного» компаратора, вероятно, не закончится хорошо.Это особенно верно, если входные напряжения отличаются более чем на 0,6 В, так как диоды будут проводить ток и могут нарушить работу схемы.


    Символы операционных усилителей и компараторов

    В некоторых случаях справа отображается символ компаратора. Это обычно используется, если компаратор используется среди логических схем, потому что он знаком разработчикам логики (круг указывает на инверсию). Я предпочитаю использовать символ операционного усилителя, потому что он ближе к реальности — в конце концов, операционные усилители часто используются в качестве компараторов, где их низкая скорость не повлияет на работу.

    Первый документ, на который ссылаются, представляет собой примечания по применению от Linear Technology, и это отчасти поучительный рассказ о ловушках и подводных камнях, которые ждут любого, кто воображает, что очень быстродействующие компараторы так же просты в использовании, как (скажем) операционные усилители. Он также содержит ценные схемы и советы по использованию LT1016 — необычайно быстрого компаратора. На самом деле, это быстрее, чем инвертор TTL , и это требует некоторых усилий. Маловероятно, что многие люди будут строить эталонные схемы, показанные в примечаниях по применению, но показанные идеи поучительны сами по себе.

    Осторожно:   Некоторые операционные усилители, такие как NE5532/NE5534, имеют фиксирующие диоды между двумя входами. Это делает их непригодными для компараторов, потому что входные напряжения никогда не могут отличаться друг от друга более чем на 0,65 В. Их можно использовать в некоторых случаях, но в основном их следует избегать в этой роли.


    Рисунок 1. Схема LM393

    На приведенном выше рисунке показано внутреннее устройство компаратора LM393, адаптированное из технического описания Fairchild 2001 года.Это двойное устройство с двумя независимыми компараторами, разделяющими только шины питания. Входы рассчитаны на работу при напряжении ниже нуля даже при однополярном питании (в техническом описании указано -1,5 В). Его можно использовать с двойным (положительным и отрицательным по отношению к земле) источником питания или с одним источником питания от 2 В до 36 В. Они существуют уже давно и доступны в версиях DIP и SMD. В разовых количествах они стоят менее 1 австралийского доллара каждый. Они настоятельно рекомендуются, если вы хотите поэкспериментировать со схемами компаратора.


    1 — Гистерезис

    Все операционные усилители и компараторы имеют согласованные входные устройства, но совпадение никогда не означает, что два устройства идентичны. Близко, может быть, даже очень близко, но это не то же самое, что тождество. Входы также могут быть подвержены шуму (внешнему, внутреннему или тепловому шуму), и будут случаи, когда входное напряжение изменяется очень медленно (например, зарядка конденсатора в таймере). Будет точка, где входное и опорное напряжения находятся в точке, где состояние выхода неопределенно.Это означает, что он может быть положительным, отрицательным, где-то посередине или колеблющимся. Если выход используется логическими схемами (включая микропроцессоры/контроллеры), это может вызвать ошибки.

    Обычный способ предотвращения неопределенных выходных состояний — добавить небольшое количество положительной обратной связи . Это дает схеме некоторый гистерезис, поэтому, как только выходное колебание (например) положительное, входное напряжение должно упасть на небольшую величину ниже опорного напряжения, прежде чем выходное напряжение снова может колебаться в низком уровне.Понятие гистерезиса поначалу не особенно легко понять, потому что оно несколько противоречит здравому смыслу. Рассмотрим стандартный тумблер… нет такого положения исполнительного механизма, которое могло бы привести к неопределенному выходному сигналу, поэтому переключатель всегда либо включен, либо выключен (по крайней мере, такова идея — механическая система не всегда работает, если вы управляете переключать очень медленно). Наиболее распространенной версией устройства с гистерезисом является триггер Шмитта, но обычные КМОП-устройства, такие как микросхемы триггера Шмитта 40106 или 74HC914, не имеют двух входов, поэтому «опорное» напряжение составляет примерно половину напряжения питания.

    Электронный гистерезис с компаратором во многом похож на тумблер, за исключением того, что им легко управлять путем выбора компонентов, и почти на 100% гарантируется именно то, для чего вы его настроили. Вы можете решить, насколько должно измениться входное напряжение, прежде чем изменится состояние выхода, выбрав соответствующие номиналы резисторов. Гистерезис может быть добавлен к операционным усилителям, используемым в качестве компараторов, а также к «настоящим» компараторам. Еще несколько примеров гистерезиса показаны ниже. На рис. 2 (ниже) показана стандартная схема, используемая с операционным усилителем для получения гистерезиса.

    На рисунке 2 видно, что компаратор инвертирует, но точки срабатывания +ve и -ve разные. На выходе будет высокий уровень только тогда, когда входное напряжение достигнет -1,3 В, и он не вернется на низкий уровень, пока входное напряжение не достигнет +1,3 В. Любое изменение, которое происходит между этими двумя напряжениями, не имеет никакого эффекта. Без резистора R3 (который обеспечивает положительную обратную связь) выход изменит состояние при нулевом напряжении (плюс-минус любое входное смещение), но на него легко повлияет шум. При медленно меняющемся входном напряжении положительная обратная связь также сокращает время переключения, что может быть важно в некоторых приложениях.

    Изменяя значение R3, вы можете увеличить или уменьшить гистерезис. Увеличение значения снижает эффект, а уменьшение дает больший гистерезис. Если R3 сделать равным R2, напряжения срабатывания будут равны половине пикового выходного напряжения операционного усилителя (или компаратора). Для операционного усилителя TL07x это означает примерно ±6,8 В при напряжении питания 15 В. У неинвертирующего триггера Шмитта вход -ve будет заземлен, а вход через последовательный резистор (R1 не заземлен, но станет входным резистором). Вход -ve заземлен.Недостатком этого является то, что быстрые импульсы проходят через входной резистор обратно в контролируемую цепь. Если это аудиосхема, это обычно вызывает слышимые искажения, особенно на низких уровнях.


    2 — Скорость нарастания

    Все усилители имеют скорость нарастания, которая определяется скоростью активных устройств, плотностью тока (чем выше ток, тем выше скорость) и сопротивлением цепи. Цепи с высоким импедансом, как правило, медленнее, чем схемы с низким импедансом, поскольку большее влияние оказывает паразитная емкость.Паразитная емкость 10 пФ ограничивает цепь 1 МОм частотой 16 кГц (-3 дБ) или 16 МГц, если сопротивление уменьшается до 1 кОм. Конечно, более низкий импеданс означает более высокий ток, поэтому пределы напряжения для очень быстродействующих устройств обычно ниже, чем для более медленных схем, чтобы ограничить рассеиваемую мощность.

    Скорость нарастания — это просто скорость изменения выходного сигнала, обычно выражаемая в вольтах на микросекунду (В/мкс). Если входное напряжение изменяется слишком быстро, чтобы схема (и ее цепь обратной связи, если применимо) не успевала за ним, выходной сигнал ограничивался скоростью нарастания.Скорость изменения выходного напряжения означает, что быстрый переходный процесс не может быть обнаружен и обработан должным образом. В аудиосистемах это создало эффект под названием «TID» (переходное интермодуляционное искажение) или «TIM» (переходная интермодуляция). Эффекты, безусловно, реальны, но почти никогда не случаются с обычным звуковым сигналом, если только дизайнер не допустил довольно эпическую ошибку.

    Скорость нарастания важна для компараторов, используемых в высокоскоростной обработке, потому что, если она слишком низкая, рассеивание мощности может стать чрезмерным и/или процесс просто не будет работать должным образом.Диапазон операционных усилителей варьируется от очень неторопливых 0,5 В/мкс (например, µA741) до 13 В/мкс (TL07x) и до нескольких сотен вольт в микросекунду (или более) для некоторых специализированных устройств. Однако тот факт, что операционный усилитель имеет высокую скорость нарастания, не означает, что он имеет достаточно короткое время отклика, чтобы его можно было использовать в качестве быстрого компаратора.

    Когда система с линейной обратной связью доведена до точки, когда скорость нарастания становится проблемой, операционный усилитель работает в разомкнутом контуре, в то время как скорость нарастания на выходе ограничена. Это означает, что здесь нет обратной связи , поэтому требования к «линейной» системе не выполняются, и результатом является искажение.Скорость нарастания — это просто максимальная скорость изменения выходного сигнала устройства (операционного усилителя, компаратора, усилителя мощности звука или промышленной системы управления). Как только достигается максимум, не имеет значения, насколько сильно вы нажимаете на вход, выход не может измениться быстрее.

    Важно понимать, что скорость нарастания не обязательно одинакова для положительных и отрицательных выходных сигналов. В зависимости от схемы, нередко можно обнаружить высокую скорость нарастания для отрицательных сигналов, но гораздо более медленную скорость нарастания для положительного перехода (или наоборот).Могут быть случаи, когда это может быть использовано в ваших интересах, хотя я должен признаться, что не могу придумать ни одного .


    3 — Компараторы операционных усилителей

    Как отмечалось выше, вы можете использовать операционный усилитель в качестве компаратора, но по сравнению с «настоящим» операционный усилитель часто будет слишком медленным. Даже быстрые операционные усилители намного медленнее, чем довольно обычные компараторы, и это особенно верно, когда операционный усилитель имеет встроенный компенсационный конденсатор. Колпачок используется для обеспечения стабильности операционного усилителя при применении обратной связи, обычно вплоть до единичного усиления.Для операционных усилителей без внутреннего конденсатора будут предусмотрены соединения, позволяющие разработчику добавить компенсационный конденсатор, предназначенный для поддержания стабильности при используемом коэффициенте усиления.

    Когда любой операционный усилитель используется с высоким усилением, величина компенсации намного меньше, чем необходимо для низкого (или единичного) усиления. Используя внешнюю компенсацию, можно оптимизировать схему, обеспечив более высокую скорость нарастания по сравнению с устройствами с внутренней компенсацией. Большинство операционных усилителей с внешней компенсацией также снабжены входными нулевыми выводами смещения.Они легко доступны в 8-выводных корпусах, но включают только один операционный усилитель. Любой 8-контактный двойной операционный усилитель должен иметь внутреннюю компенсацию, потому что контактов достаточно только для обеспечения питания, входов и выходов.

    Существуют двойные операционные усилители с внешней компенсацией в 14-контактных корпусах, но они не распространены. В общем, если вам нужен некомпенсированный операционный усилитель, вы будете использовать один корпус, но не все одиночные операционные усилители имеют возможность внешней компенсации, поэтому вам нужно тщательно выбирать.Одним из примеров является NE5534, это одиночный операционный усилитель с внешней компенсацией и нулевым смещением. Однако (и именно поэтому вам нужно проверить техническое описание) NE5534 уже компенсирует усиление в три или более раз, поэтому они не так быстры, как вы можете себе представить. Они также используют ограничивающие диоды между двумя входами, что делает их непригодными в большинстве случаев.

    На приведенном ниже рисунке показан операционный усилитель, подключенный в качестве компаратора, и применяется только Правило 2. Когда два входа имеют точно одинаковое напряжение, выход неопределен, и на него будут влиять наименьшие изменения напряжения, такие как крошечные изменения, которые мы получаем из-за нормального теплового шума.На переходное напряжение также влияют входные транзисторы операционного усилителя, которые никогда не будут идентичными на 100%. Учитывая, что коэффициент усиления разомкнутого контура многих операционных усилителей значительно превышает 100 000 (100 дБ), из этого следует, что разница в несколько микровольт между двумя входами — это все, что необходимо для передачи выходного сигнала с одной шины питания на другую. В спецификациях усиление без обратной связи может быть указано как В/мВ, поэтому 200 В/мВ означает усиление 200 000 (106 дБ).

    Схема триггера Шмитта на операционном усилителе показана ниже вместе со стандартным символом триггера Шмитта (круг на выходе показывает, что он инвертирующий).Количество положительной обратной связи устанавливается резисторами R2 и R3. R1 не требуется, если вход соединен по постоянному току с инвертирующим входом операционного усилителя, и его значение выбрано в соответствии с приложением. Напряжения питания не показаны, но для моделирования предполагается, что они составляют ±15 В.


    Рис. 2. Компаратор операционных усилителей с гистерезисом

    R3 применяет небольшую положительную обратную связь, что обеспечивает «мертвую зону» между двумя напряжениями срабатывания. Предполагая питание ±15 В и размах выходного сигнала ±14 В, входное напряжение должно подняться до +1.27 В до того, как выход станет высоким, и -1,27 В, прежде чем он снова станет низким. Пока вход находится между этими двумя значениями, выход не изменит состояние, поэтому шум (от любого источника) эффективно подавляется. Чтобы уменьшить мертвую зону, уменьшите значение R2. Например, если R2 равен 1 кОм, гистерезис уменьшается до ±138 мВ, или 100 Ом уменьшают его еще больше, всего до 14 мВ. Вместо того, чтобы уменьшать R2, вы можете увеличить R3, если хотите. Если используется биполярный транзисторный операционный усилитель, необходимо учитывать входной ток при выборе значения R3.

    Обратите внимание, что описанные напряжения являются теоретическими значениями — дифференциальное напряжение смещения входной пары будет влиять на фактические напряжения. Размах выходного сигнала операционного усилителя также изменяет напряжения срабатывания, особенно когда используется лишь небольшой гистерезис. Некоторый гистерезис почти всегда необходим, если у вас медленный входной сигнал, такая большая задержка. Без него переход между высоким и низким состояниями будет плохо определен и может показывать сильный шумовой сигнал при изменении состояния выхода.

    Вы также должны знать, что большинство операционных усилителей не могут качнуть свои выходы до полного напряжения питания, хотя некоторые из них предназначены для качания выходного сигнала от шины к шине. Большинство КМОП-операционных усилителей подходят очень близко, но все выходные каскады операционных усилителей зависят от нагрузки на выходе. Таблица данных, безусловно, ваш друг здесь (как всегда).

    Когда операционный усилитель используется в качестве компаратора, наиболее важными характеристиками разумной скорости являются скорость нарастания и время отклика, хотя последнее редко указывается для операционных усилителей.В общем, лучше использовать настоящий компаратор, чем операционный усилитель для всего, что работает на частоте более нескольких кГц. Естественно, это зависит от конкретного применения, и задача дизайнера — определить оптимальную деталь. Не все компараторы так же быстры, как может потребоваться, и это усложняет поиск наилучшего общего компромисса.

    Обратите внимание, что триггер Шмитта на операционном усилителе также можно настроить на неинвертирующий. Инвертирующий вход подключается к опорному напряжению (или земле), а затем сигнал подается через резистор R2.Поскольку ток, протекающий через R2, нелинейный из-за положительной обратной связи, он может связывать переходные процессы переключения непосредственно с источником сигнала.

    Вам также необходимо убедиться, что используемый вами операционный усилитель не имеет защитных диодов на входах и что нет инверсии фазы при высоких напряжениях синфазного сигнала (это может исключить серию операционных усилителей TL07x, поскольку они и демонстрируют обращение). Кроме того, проверьте (обычно экспериментальным путем, поскольку это не будет указано в техническом описании), что нет взаимодействия между секциями операционных усилителей в двойных или счетверенных корпусах.Если вы не используете выходной операционный усилитель rail-to-rail, он может неправильно взаимодействовать с логическими схемами TTL или даже с простыми транзисторными переключателями. С логикой CMOS (обычно) проблем нет, но ее необходимо проверить.

    ПРИМЕЧАНИЕ.   Хотя семейство TL07x можно использовать в качестве компараторов для многих низкоскоростных приложений, будьте осторожны!  Эти устройства (вместе с несколькими другими операционными усилителями) переворачивают выходную фазу, если их синфазное напряжение превышено.Вы должны убедиться, что входное напряжение может быть , а не . приблизиться или превысить напряжение питания. Основываясь на информации из таблицы данных TL071 для синфазного входного напряжения, утверждается, что максимальное синфазное напряжение в наихудшем случае напряжение составляет ±11 В при использовании источников питания ±15 В. Типичным считается от -12 В до +15 В при тех же условиях.

    Схема, в которой используется компаратор на операционных усилителях, — это Project 39, в котором используется операционный усилитель µA741, поскольку скорость не имеет значения. В некоторых приложениях нет смысла использовать настоящий компаратор, особенно для очень низкоскоростных цепей.Компараторы также используются в АЦП (аналогово-цифровых) преобразователях и во многих других схемах. Многие могут использовать операционные усилители, потому что им не нужна высокая скорость, в то время как другим нужно быть как можно быстрее. Например, вы не можете использовать операционный усилитель в усилителе класса D, потому что они слишком медленные, чтобы иметь возможность отслеживать звуковые и опорные (треугольные волны) сигналы. Операционные усилители также можно использовать для детекторов перехода через ноль сетевой частоты (подробнее об этом ниже).


    4 — Компараторы истинного напряжения

    Как следует из названия, компаратор предназначен для сравнения двух напряжений.Состояние выхода определяется тем, какой из входных контактов является наиболее положительным. Как и в случае с операционными усилителями, всегда будет входное смещение, и это может привести к ошибкам при использовании низких входных напряжений. Во многих компараторах предусмотрен подстроечный резистор нуля со смещением, поэтому ошибка может быть скорректирована. Гистерезис можно использовать для минимизации ошибок, вызванных шумом, но он может вызвать проблемы в некоторых приложениях. Например, если в модуляторе класса D предусмотрен гистерезис, это вызовет искажение формы выходного сигнала.

    Компараторы

    используются во многих распространенных приложениях, и выше упоминались усилители класса D. Компаратор подает входящий звук на один вход и треугольную волну на другой. Выходной сигнал представляет собой прямоугольную форму волны с соотношением меток-пространств (вкл./выкл.), меняющимся в зависимости от входного аудиосигнала. Это показано на примерах сигналов в статье «Усилители класса D — теория и дизайн». Схема должна быть быстрой, потому что треугольная опорная волна обычно превышает 100 кГц (иногда намного больше!).

    Подобно операционным усилителям, оба входа компаратора должны иметь подходящее напряжение, которое может быть заземлено или иметь какое-либо другое напряжение, устанавливаемое делителем напряжения. Если вход оставить открытым, выход будет непредсказуемым, и схема не будет работать должным образом, если вообще будет работать. Входной сигнал может быть емкостно связан со входом, но вам все равно понадобится резистор (обычно для опорного напряжения), чтобы обеспечить надлежащие условия постоянного тока. Как и операционные усилители, компараторы доступны в одинарной, двойной и счетверенной версиях, а также в различных стилях корпусов.

    В отличие от операционных усилителей, многие компараторы имеют выход с открытым коллектором, и нет транзистора, который бы повышал выходной уровень (я не знаю ни одного, который использует выходной транзистор PNP и требует подтягивающего резистора, кроме дискретная схема показана ниже). Вам нужно включить резистор с выхода на плюс (или минус) питания. Иногда это неприятно, но компараторы обычно используются не так, как операционные усилители, и выход с открытым коллектором часто более удобен (хотите верьте, хотите нет).

    LM311 является примером выходного компаратора с открытым коллектором. Существуют также компараторы, разработанные специально для взаимодействия с TTL-микросхемами и снабженные отдельным источником питания 5 В для логических выходов (например, LM361). Выход с открытым коллектором также может управлять реле при условии, что ток меньше максимального указанного (50 мА для LM311). В реле необходимо добавить диодную защиту для защиты выходного транзистора от высокого напряжения при выключении реле.

    В технических описаниях многих компараторов не указана скорость нарастания, а вместо этого указывается задержка распространения или время отклика. Например, LM311 имеет скорость нарастания (из графиков) около 30 В/мкс, а время отклика указано равным 200 нс. Есть несколько зависимостей и условий, которые влияют на скорость нарастания и время отклика, и я предлагаю вам просмотреть данные, чтобы увидеть некоторую информацию. Это не особенно интуитивно понятно, поэтому будьте готовы потратить некоторое время на ознакомление с используемой терминологией.


    Рис. 3. Компаратор напряжения с использованием LM311

    LM311 — это быстрый компаратор со множеством опций. Как показано, входная секция использует питание ±5 В, реле питается от +12 В (относительно земли). Небольшой положительный вход (456 мВ или более, как показано) на контакте 2 активирует реле, но его работу можно предотвратить с помощью логического сигнала, подаваемого на вход «Запрет» (этот вход называется «строб TTL» в техническом описании) .

    Если вы хотите запустить реле на основе отрицательного входного сигнала, это просто вопрос перестановки входных контактов, поэтому контакт 2 будет возвращен к V ref , а вместо этого вход будет применен к контакту 3.Такой уровень гибкости не проявляется с операционными усилителями, в частности с вариантами питания. Выход относится к отдельному контакту (контакт 1), поэтому входы и выходы могут быть привязаны к разным напряжениям. Операционный усилитель, используемый в схеме для достижения того же результата, потребует гораздо большего количества вспомогательных частей для достижения того же результата. Показанная схема адаптирована из таблицы данных LM311.

    Спецификации для компараторов могут быть довольно запутанными, если вы привыкли читать данные для операционных усилителей, и они часто имеют кажущиеся странными особенности.Хотя основная операция похожа на операционный усилитель, использующий разомкнутый контур, есть опции, которые вы никогда не увидите для большинства типичных операционных усилителей. Однако нет смысла пытаться охватить их все, потому что (как и операционные усилители) существует поразительное количество различных устройств, некоторые простые, а другие очень разные.

    Вы увидите компараторы со средствами для изменения смещения входного устройства или «строба», где выход может быть включен или выключен внешним сигналом от микроконтроллера или другой логической схемы.Как отмечалось ранее, большинство из них имеют выходы с открытым коллектором, но некоторые другие имеют традиционный выходной каскад «тотемный столб», аналогичный тому, который используется в логических ИС.

    В некоторых случаях, особенно если вам не нужна сверхвысокая скорость, компаратор CMOS может быть отличным выбором. Как правило, они маломощные (некоторые потребляют ток всего 1 мкА), обычно имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления и, как правило, ведут себя довольно хорошо. Примером может служить компаратор, такой как LMC7211-N. Ток питания составляет 7 мкА, и он будет работать от 2.Питание от 7 В до 15 В (максимум между контактами питания). Как и в большинстве микросхем CMOS, напряжение питания ограничено типичным максимальным значением 16 В, и большинство из них доступны только в корпусах SMD. Тем не менее, они являются хорошим выбором, когда ток ограничен (например, оборудование с батарейным питанием) и вам необходимо взаимодействовать с другими вентилями CMOS (или TTL) или другими логическими ИС.

    Многие компараторы имеют двойные выходы, а также двойные входы. Когда доступны двойные выходы, они (обычно) дополняют друг друга, поэтому, когда один становится высоким, другой становится низким.Это обеспечивает большую гибкость при взаимодействии с логикой и может избавить разработчика от необходимости включать отдельный инвертор для получения дифференциальных выходных сигналов.


    5 — Дискретный компаратор

    Если вы хотите сделать это, довольно легко сделать компаратор с дискретными компонентами. В этом нет особого смысла, потому что большинство компараторов имеют очень разумную цену, но сборка одного из них гарантированно даст вам лучшее общее понимание. Схема простого компаратора показана ниже, и в моделировании она работает довольно хорошо, несмотря на свою простоту.Это несколько необычно, поскольку выходной транзистор представляет собой PNP, в то время как в большинстве коммерческих устройств используется NPN-транзистор с открытым коллектором. Время нарастания и спада приемлемое, а время отклика также довольно хорошее. Он не превзойдет ни одно из сверхбыстрых устройств и, очевидно, займет гораздо больше места на печатной плате, чем ИС, но это хороший инструмент для обучения.

    Упрощенная схема также дает некоторое представление о внутренней работе. Как показано ниже, выходной подтягивающий резистор (R2) подключается к земле, но его можно так же легко подключить к любому другому напряжению, при условии, что оно меньше напряжения питания +5 В.Нет причин, по которым его нельзя подключить к источнику питания -5 В, но напряжение в диапазоне от 0 до 5 В совместимо с большей частью логики. Эта гибкость распространяется и на большинство версий ИС, хотя в большинстве из них используется подтягивающий резистор . Обычно он подключается к источнику питания +ve, но может подключаться к любому (обычно положительному) напряжению в пределах номинальных характеристик устройства.

    Чтобы получить максимально возможный коэффициент усиления от простой схемы, транзисторы Q3 и Q4 образуют токовое зеркало в качестве нагрузки для входной пары.Вместо этого можно было бы использовать резистор на коллекторе Q1, но это снижает доступное усиление, и схема работает не очень хорошо. Компараторы обычно имеют коэффициент усиления, аналогичный операционным усилителям (обычно от 50 000 до 200 000).


    Рис. 4. Дискретный компаратор с одним источником питания

    На графике показаны входной сигнал (красный) и выходной сигнал (зеленый), и вы можете увидеть небольшую задержку между входным сигналом, который становится высоким или низким, и выходным, делающим то же самое. Очевидно, что для выключения выхода требуется больше времени (580 нс до нуля), чем для включения (300 нс до +5 В).

    Частично разница связана с использованием резистора для понижения выходного сигнала, но Q5 также должен выйти из области насыщения, что создает дополнительную задержку из-за накопленного базового заряда транзистора. Это можно уменьшить за счет большей сложности. Добавление большого количества дополнительных транзисторов не имеет большого значения для ИС, но оказывает большое влияние на дискретные схемы.

    При моделировании время отклика значительно меньше 1 мкс, но, как видно выше, оно зависит от полярности входного сигнала.Время нарастания и спада составляет менее 25 нс, измеренное с использованием стандартной процедуры, которая измеряет от 10% до 90%. Я не думаю, что вполне верю в эту часть, потому что симуляторы и реальная жизнь часто могут значительно расходиться. Он так же хорош, как дешевый и веселый LM311? Нет, и LM311 будет стоить гораздо меньше, чем детали, необходимые для дискретной версии (LM311 доступен по цене менее 1 доллара, что очень сложно превзойти). Следует признать, что в большинстве случаев для LM311 требуется выходной подтягивающий резистор, но это верно для очень многих компараторов.

    Многие спецификации компараторов включают упрощенную схему устройства, и их можно использовать для идей. Однако большинство из них намного сложнее, чем вы могли ожидать, и необходимы для достижения очень высокой скорости.


    6 — оконный компаратор

    Иногда необходимо контролировать сигнал, чтобы убедиться, что он остается в определенных границах. Компаратор окон останется выключенным, пока вход находится в «окне» допустимых пределов. Оконный компаратор не является отдельной частью — он построен с использованием двух компараторов с соответствующими резисторами смещения или источниками опорного напряжения, чтобы обеспечить верхнюю и нижнюю границы «окна».Оконные компараторы широко используются в промышленных процессах, чтобы гарантировать, что конкретный процесс работает в допустимых пределах.

    Они также использовались в системах сигнализации, предназначенных для обнаружения взлома злоумышленниками. Вы также можете использовать оконный компаратор, чтобы гарантировать, что аудиосигнал остается ниже уровня ограничения, поэтому для схемы, работающей с питанием ± 15 В, вы можете указать перегрузку, если сигнал превышает ± 8 В. Окно колеблется от -8В до +8В, и пока сигнал остается в этих пределах, светодиод перегрузки не горит.


    Рис. 5. Двухпороговый компаратор для индикации звуковой перегрузки

    Выше показан оконный компаратор, который обеспечивает высокий выходной сигнал, если входное напряжение становится выше 2/3 В или ниже 1/3 В (Vs — это общее напряжение питания , 30 В). таймер 555. В этом случае светодиод «перегрузка» загорится, если напряжение сигнала превысит +5В или опустится ниже -5В. Выходы компаратора просто соединены вместе, чего нельзя сделать с операционными усилителями.Если энергопотребление является проблемой, можно использовать устройство CMOS. У некоторых общий потребляемый ток составляет около 1-2 мкА, но общее напряжение питания обычно ограничено примерно 16 В.

    Чтобы изменить диапазон, в котором загорается светодиод перегрузки, просто измените R3. Например, увеличение R3 до 22k означает, что светодиод загорится, если входное напряжение превысит ±7,86 В (достаточно близко к упомянутому выше ±8 В). Вам нужен только закон Ома и формула делителя напряжения, чтобы определить необходимое значение. Если вам нужно определить, что сигнал отклонился лишь на небольшую величину, может потребоваться использование компараторов, обеспечивающих регулировку смещения постоянного тока, чтобы обеспечить точный результат.

    Обратите внимание, что на чертеже не показаны конденсаторы обхода питания (по одному от каждого контакта питания на землю), но они необходимы, поскольку многие компараторы будут генерировать колебания, если они не включены. Это особенно важно для очень быстрых устройств. Байпасные заглушки должны располагаться как можно ближе к микросхеме, а все дорожки печатной платы к входам должны быть короткими.

    Чтобы добиться того же результата, используя двойной операционный усилитель, вам потребуется добавить 2 диода (по одному на выходе каждого операционного усилителя), чтобы можно было добавлять выходы, не вызывая чрезмерного потребления тока выходами операционных усилителей.Выходы компараторов с открытым коллектором означают, что их можно просто соединить, и либо U1A, либо U1B могут перевести катод светодиода в низкий уровень, чтобы указать, что предел окна был превышен в любой полярности.

    Многоуровневые компараторы также могут быть изготовлены по тому же принципу, что и показанный выше, но с большим количеством секций в цепочке делителей напряжения и несколькими компараторами. Этот метод используется во внутренней схеме драйверов светодиодных гистограмм LM3914 (линейный) и LM3915 (логарифмический).Эквивалентные схемы показаны в обоих таблицах данных, и если вам нужно знать, как создать многоуровневый компаратор, это хороший справочник.


    7 — Осцилляторы

    Многие генераторы, которые обычно строятся на операционных усилителях, лучше работают с компаратором. Для низких частот (менее 1 кГц или около того) это не имеет значения, но обычный операционный усилитель нельзя использовать в качестве кварцевого генератора, работающего на частоте 10 МГц или выше. Генераторы компараторов ограничены генерацией прямоугольных выходных сигналов.Если вам нужна синусоида, это линейная функция, и поэтому требуются операционные усилители (интегрированные или дискретные).


    Рисунок 6. Генераторы-компараторы, а) Резистор/конденсатор, б) Кристалл

    RC-генератор показан почти в каждой когда-либо созданной заметке по применению операционных усилителей, и он, безусловно, хорошо работает с большинством операционных усилителей до нескольких кГц или около того. Если вы используете операционный усилитель, R5 не нужен, но здесь он необходим, потому что выход компаратора с открытым коллектором. При построении с использованием компаратора отклик может быть легко расширен до 1 МГц с помощью «обычных» компараторов, но легко достигаются гораздо более высокие частоты.Как показано, частота составляет около 95 кГц, и ее можно легко отрегулировать, сделав переменным резистор R4. Схема адаптирована из таблицы данных LM311.

    Показанный кварцевый генератор адаптирован из таблицы данных LT1016 и может использоваться до 25 МГц. Такие скорости немыслимы с операционными усилителями. Некоторые могут привести вас к 1 МГц или около того (с некоторыми трудностями), но быстрый компаратор делает это легким. Оба генератора имеют прямоугольные выходы. Поскольку некоторые контакты на компараторах имеют «нечетные» назначения, также показаны различные назначения заземленных контактов, а два неиспользуемых контакта включены в список для LM311.

    Чтобы дать вам представление о том, насколько «нечетными» могут быть назначения контактов, контакты 5 и 6 на LM311 предназначены либо для нулевого смещения, либо для увеличения тока входного каскада, а контакт 6 также может использоваться как вход «строба». чтобы отключить вывод. Естественно, только одна из этих дополнительных функций обычно может быть использована в любой момент времени. Выход также можно взять с контакта 1 (обычно GND) и использовать в качестве эмиттерного повторителя, подключив контакт 7 (выход) к положительному источнику питания и используя резистор для заземления в качестве подтягивающего.

    Запутался? Добро пожаловать в удивительный мир компараторов.


    8 — Простые таймеры

    Когда люди думают о таймерах, почти сразу же на ум приходит модель 555. Конечно, это небезосновательно, потому что он идеально подходит для этой задачи. В основе таймера 555 лежат компараторы. Опять же, совсем не безосновательно. Однако не каждый таймер нуждается в 555, хотя они дешевы, вездесущи и хорошо работают. Чтобы узнать больше о таймере 555, ознакомьтесь со статьей о таймере 555.Однако, если вы хотите поэкспериментировать с компаратором отдельно, то в отделе знаний можно многому научиться.

    Напряжение на конденсаторе с течением времени определяется емкостью и зарядным током. Когда резистор с фиксированным напряжением питания используется для зарядки конденсатора, напряжение на резисторе падает по мере заряда конденсатора, уменьшая зарядный ток и создавая знакомую экспоненциальную форму волны заряда. Это видно на графике ниже (V C1 ).


    Рис. 7. Простой таймер, активируемый вручную

    Таймер запускается нажатием кнопки. Это разряжает C1 (через R1, который ограничивает ток разрядки конденсатора), и отсчет времени начинается, когда кнопка отпускается. Этот общий класс таймеров можно использовать для средних задержек до нескольких минут. Время задержки можно изменить с помощью потенциометра (VR1). На графике показаны напряжения, когда VR1 имеет минимальное сопротивление, а время задержки увеличивается с увеличением сопротивления потенциометра.

    Нажмите кнопку, C1 разрядится, а выход U1 изменится с низкого на высокий. Когда кнопка отпущена , C1 заряжается до тех пор, пока его напряжение не достигнет порогового значения 8,25 В (V ref ). Как только пороговое значение достигнуто, выход снова становится низким, указывая на то, что выбранное время истекло. Обратите внимание на диод, включенный последовательно с R6, который обеспечивает положительную обратную связь для обеспечения однонаправленного гистерезиса. Он работает только при переходе от высокого уровня к низкому, но не влияет на напряжение срабатывания, установленное делителем напряжения (R3, R4).Когда на выходе падает низкий уровень, опорное напряжение снижается с 8,25 В до примерно 6,5 В (синяя кривая). Это обеспечивает быстрый и однозначный выходной переход.

    При показанных значениях временная задержка составляет от 11,5 секунд до примерно 125 секунд при настройке VR1 (максимальное сопротивление дает максимальную временную задержку). Имейте в виду, что эта схема предназначена только для примера и не является рекомендуемой конструкцией. Наиболее очевидная проблема заключается в том, что время можно увеличить, просто удерживая кнопку нажатой, поэтому на него нельзя полагаться, если требуется надежная задержка.Также плохая идея использовать электролитические конденсаторы в цепи синхронизации, потому что они имеют большой допуск по емкости и не особенно стабильны при температуре. Есть и другие проблемы, поэтому, пожалуйста, используйте это в качестве примера, чтобы вы могли понять основную функцию, а не воображать, что это обязательно полезный дизайн, как показано.

    Показанная схема будет одинаково хорошо работать с операционным усилителем или компаратором, но последний имеет преимущество полного выходного сигнала от сети к сети, ограниченного только нагрузкой на выходе.Это должно быть не менее чем в 10 раз больше значения R5, чтобы свести к минимуму ошибки. Если ток нагрузки слишком велик (относительно тока через R5), схема может выйти из строя.

    Этот тип таймера можно использовать только в качестве выключателя освещения с задержкой. Пока переключатель замкнут, свет будет гореть. Когда переключатель выключен, свет будет оставаться включенным в течение заданного времени задержки и выключится, когда задержка истечет. Да, я знаю, что это можно сделать проще, но это пример, демонстрирующий, что даже кажущиеся «несовершенными» схемы часто имеют очень правильное применение.


    9 — Детектор пересечения нуля

    Во многих местах используются детекторы пересечения нуля. Переключение управления фазами сети является одним из очень распространенных применений, поскольку для обнаружения начала каждого цикла необходим детектор пересечения нуля. В другом случае требуется, чтобы аудиосигнал переключался «без звука», поэтому переключение происходит, когда аудиосигнал проходит через ноль. Детекторы пересечения нуля также используются для приложений, генерирующих сигналы, таких как генераторы тональных импульсов.Компараторы являются очень хорошими детекторами пересечения нуля, и схема, показанная на рис. 2, является одним из способов сделать это.

    Необходимый гистерезис очень мал (в зависимости от уровня сигнала), или вы можете «схитрить» и использовать усилитель перед компаратором, как показано ниже. Не имеет значения, ограничивается ли усилительный каскад (на самом деле лучше, если это происходит), потому что нас интересует только период, когда входное напряжение равно нулю (или близко к нему). Частота выходных импульсов показанного типа детектора в два раза превышает входную частоту, потому что на каждое пересечение нуля приходится один импульс, то есть два на входной цикл.

    Недостатком компараторов является то, что они обычно дают положительный выходной сигнал, когда сигнал проходит через ноль от отрицательного к положительному, и отрицательный сигнал в течение другого полупериода. Это означает, что необходима дополнительная обработка, чтобы обеспечить, скажем, положительные импульсы для каждого пересечения, независимо от полярности сигнала. Если вам нужен детектор пересечения нуля, который генерирует только положительные импульсы каждый раз, когда входной сигнал проходит через ноль, вы можете использовать что-то вроде схемы, показанной ниже.


    Рис. 8. Детектор пересечения нуля

    Первый каскад усиливает напряжение (x38) и вместе со следующим каскадом (инвертор с единичным коэффициентом усиления) выдает двухполупериодный выпрямленный выходной сигнал. Когда входной сигнал проходит через ноль, выходной сигнал выпрямителя также равен нулю, и это обнаруживается компаратором, который вырабатывает положительный импульс. Ширина импульса в значительной степени определяется величиной усиления на первом каскаде и входной частотой и при показанных значениях составляет 7.Импульсы длительностью 2 мкс с входным синусоидальным сигналом 2 В от пика до пика на частоте 1 кГц (рабочий цикл менее 1,5 %). Ширина импульса может быть уменьшена для уменьшения коэффициента заполнения (и уменьшения ширины импульса) за счет увеличения коэффициента усиления U1A, что обеспечивает лучшее разрешение истинной точки пересечения нуля. Необходимо будет использовать операционные усилители, обеспечивающие регулировку смещения постоянного тока, если используется очень высокий коэффициент усиления. C1 используется для минимизации смещения для менее важных приложений.

    Опорное напряжение на входе +ve U3 номинально составляет около 120 мВ, повышаясь до 130 мВ при высоком уровне выходного сигнала.Это небольшой гистерезис, но этого достаточно для обеспечения четких переходов в каждой точке пересечения нуля. Можно использовать больший гистерезис (и/или увеличить опорное напряжение), увеличив значение резистора R8. Это также сделает импульсы шире, поэтому для компенсации можно увеличить коэффициент усиления U1A.

    Схема хорошо себя зарекомендовала и очень гибкая, и ее можно легко изменить в соответствии с вашими конкретными потребностями. Это сложнее, чем большинство из тех, что вы увидите в сети, но у него есть то преимущество, что его легко настроить, и он генерирует положительный импульс при каждом пересечении нуля.Если требуется большая скорость, используйте более быстрые операционные усилители и более быстрый компаратор. Обратите внимание, что крышки байпаса подачи необходимы, но не показаны для ясности.

    Дополнительные сведения о детекторах пересечения нуля в целом см. в разделе AN005 — Детекторы пересечения нуля на веб-сайте ESP.


    Заключение

    Как и в большинстве статей ESP, это просто введение в тему. Спецификации производителей обычно являются одним из лучших мест для начала, если вы хотите узнать больше, и, если они доступны, примечания по применению могут предоставить вам много дополнительной информации и часто содержат конкретные примеры для множества различных устройств.Естественно, они ссылаются только на детали этого производителя, но вы часто можете заменить их другими устройствами, чтобы повысить производительность или снизить стоимость.

    В области аудио обычно не существует большого спроса на «настоящие» компараторы, потому что интересующие сигналы почти всегда сравнительно медленные. Конечно, аналого-цифровые преобразователи и модуляторы класса D — это другое дело, но они чаще всего основаны на ИС, и вся необходимая обработка обычно выполняется внутри самой ИС. В некоторых случаях гибкость компараторов делает их лучшим выбором, чем схемы с операционными усилителями, особенно для индикаторов перегрузки и подобных схем, но скорость даже «медленных» компараторов такова, что им легко вносить шум при переключении переходных процессов.

    Даже операционные усилители, используемые в качестве компараторов, могут легко создавать переходные процессы при переключении, и, как правило, рекомендуется обеспечить изоляцию источника питания, например, с помощью ферритовых колец или маломощных резисторов, а также с отдельными развязывающими конденсаторами. Изоляция необходима для предотвращения влияния быстрых переходных процессов на аудиосхемы. Особое внимание также необходимо уделить заземлению. «Общая» земля обычно является рецептом нежелательных помех, поэтому вам необходимо разработать план, чтобы убедиться, что токи заземления разделены.

    Как должно быть очевидно, компараторы очень отличаются от операционных усилителей, и хотя они гораздо более гибкие, они также намного менее щадящие. Большинство операционных усилителей указывают период короткого замыкания как «неопределенный», но многие компараторы либо не могут допустить короткого замыкания на выходе, либо могут делать это только в течение ограниченного времени (некоторые указывают 10 секунд, но даже это является риском). Шунтирование источника питания имеет решающее значение для любого высокоскоростного компаратора (гораздо важнее, чем операционные усилители), и разводка печатной платы должна быть правильной, иначе вы получите колебания при переходе выхода из одного состояния в другое.

    Если вы намерены использовать компараторы в проекте, вы должны ознакомиться с техническим описанием и/или любыми доступными указаниями по применению, поскольку вам необходимо знать, какие меры предосторожности необходимы для обеспечения надежной работы. Их самое большое преимущество (скорость) также является свойством, которое делает их сварливыми, если что-то не нравится IC.

    Ссылки, показанные ниже, легко найти в сети, а некоторые устройства доступны из нескольких источников (хотя теперь TI владеет National Semiconductor).Существуют буквально сотни (возможно, тысячи) различных устройств от многих производителей, и было бы нецелесообразно даже пытаться привести примеры и ссылки на них все. Также можно посмотреть на Максим, ON Semiconductor, Intersil, Toshiba, Analog Devices, ST Microelectronics — список можно продолжить. Вы можете получить компараторы, использующие биполярные транзисторы или технологию CMOS, быстрые и медленные, микромощные и т. д., так что для каждого случая определенно найдется подходящее устройство.

    Примечание: Включение (или невключение) любого производителя не подразумевает каких-либо предпочтений или иных действий с моей стороны, а также не указывает на какую-либо связь с перечисленными.Показанные производители предназначены только для помощи читателю и перечислены ни для каких других целей.


    Ссылки
    1. Методы высокоскоростного компаратора — линейная технология AN13F
    2. LT1016 — Прецизионный компаратор Ultra Fast™, время отклика 10 нс, техническое описание и примечания по применению
    3. Компаратор напряжения LM311 Лист данных
    4. Техническое описание компаратора напряжения LM393


    Основной указатель Указатель статей
    Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторскими правами © 2016. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

    Журнал изменений: Страница создана и защищена авторскими правами © август 2016 г./ Обновлено в декабре 2020 г. — добавлена ​​схема LM393 и текст./ Июнь 2021 г. — добавлена ​​преамбула.


    Будьте осторожны при использовании операционных усилителей в качестве компаратора