Компараторы и их применение, градиентные реле (8 схем)

Компаратор представляет собой устройство сравнения сигналов, своеобразные электрические весы. Если на один из входов компаратора (чашу весов) подать эталонный сигнал (положить гирьку), а на другой — подать контролируемый сигнал (положить груз неизвестной массы), на выходе устройства сигнал будет иметь значение 0 (или ипит) до тех пор, пока один сигнал «не перевесит» другой. После этого компаратор переключится: выходной сигнал сменит значение до 11пит (или 0, соответственно). На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже.

К градиентным реле (рис. 19.1 — 19.6) можно отнести устройства, реагирующие на скорость изменения контролируемого параметра. Такие реле используют для контроля меняющихся во времени величин [Рл 10/00-28].

Рис. 19.1

В исходном состоянии напряжения на входах компаратора равны. Градиентное реле находится в режиме ожидания сигнала. При изменении напряжения на делителе R1 — датчик на одном из входов компаратора напряжение изменяется мгновенно, на другом — изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной наличием RC-цепочки (рис. 19.2 — 19.4). Для срабатывания компаратора достаточно, чтобы разница напряжений между его входами составила несколько мВ. Если считать, что заряд (или разряд) конденсатора происходит по линейному закону, то при изменении сопротивления датчика градиентное реле сработает в момент времени t1 (рис. 19.1). При дальнейшей стабилизации сопротивления датчика или возвращения его к исходному уровню на входах компаратора вновь устанавливается состояние равновесия, градиентное реле выключается.

Ниже приведены практические примеры применения градиентных реле.

Градиентное фотореле. Индикатор изменения освещенности (рис. 19.2) предназначен для использования в телевизионных охранных системах и не требует вмешательства в их работу. Чувствительным элементом индикатора является фотодиод VD3. Фотодиод направляют на участок телевизионного экрана, наиболее критичный к условиям охраны.

Рис. 19.2

При неизменной освещенности на телевизионном экране рабочая точка компаратора DA1 (К554САЗ) устанавливается автоматически: напряжение с делителя R1, VD3 через диоды VD1 и VD2 подается на входы компаратора DA1. В силу равенства этих напряжений чувствительность компаратора близка к предельной, и даже небольшая разность напряжений при изменении сопротивления фотодатчика (VD3) вызовет срабатывание исполнительного устройства (светодиод HL1, реле К1, управляющее системой тревожной сигнализации).

Если в поле контролируемого участка изображения появляется какой-либо объект, изменяется освещенность экрана, и, соответственно, ток через фотодиод. Это приведет к изменению напряжения на неинвертирующем входе (вывод 3) компаратора DA1. На инвертирующем же входе микросхемы (вывод 4) изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной RC-цепочкой (R3C1). Схема может быть настроена для работы на понижение или повышение освещенности экрана подключением конденсатора С1 к тому или иному входу компаратора.

Градиентное фотореле можно использовать и в оптических охранных системах, а также для подсчета изделий на конвейере. При пересечении объектом светового луча устройство сработает.

Градиентное термореле (рис. 19.3) можно применять для пожарной, охранной сигнализации, реагирующей на изменение температуры при перемещении нагретого воздуха, человека или животного.

Рис. 19.3

Начальное сопротивление термодатчика, например, терморезистора типа ММТ-6, должно быть соизмеримо с сопротивлением R1 (верхним плечом делителя напряжения). Подключение нагрузки к компаратору DA1 (рис. 19.3) осуществляется в эмиттер-ную цепь выходного транзистора микросхемы, который управляет тиристором VS1 (КУ104Г). При срабатывании устройства тиристор отпирается, самоблокируется и включает нагрузку, например, реле К1. Нажатием на кнопку SB1 «Сброс» можно разблокировать тиристор и обесточить нагрузку.

Устройство реагирует на перемещение тела человека вблизи датчика или на дыхание на расстоянии до 50 см.

Градиентный индикатор электрического поля (рис. 19.4). При отсутствии постоянного электрического поля сопротивление датчика (полевого транзистора) минимально; напряжение на входах компаратора близко к напряжению питания. При появлении источника постоянного электрического поля сопротивление сток — исток полевого транзистора возрастает, напряжение на средней точке входного делителя уменьшается, и градиентное реле срабатывает.

Индикатор имеет высокую чувствительность: без антенны (антенна — вывод затвора полевого транзистора) реагирует на перемещение наэлектризованного предмета на расстоянии до 1,5 м.

Рис. 19.4

 

Рис. 19.5

Сенсорно-емкостное реле градиентного типа (рис. 19.5). Реле включается при касании сенсорного контакта (сенсорное реле) или срабатывает при приближении к антенне устройства (емкостное реле). Принцип действия устройств заключается в наведении переменного электрического тока частотой 50 Гц через тело человека на вход схемы.

В емкостном реле входная цепь представляет собой одну из обкладок развернутого в пространстве конденсатора, что обусловливает чувствительность к появлению в поле этого конденсатора токопроводящих объектов (человека, животных). Сенсорную площадку или антенну можно подключить к входу схемы через резистор (1…10 МОм) либо конденсатор (1 …50 пФ).

Сейсмореле и реле ударного срабатывания (рис. 19.6 цепь с и цепь Ь). Для реализации сейсмореле, реагирующего на микровибрации, к входу устройства (рис. 19.6 цепь с) через разделительный конденсатор подключают сейсмодатчик, например, СВ-10Ц, либо просто электродинамический капсюль телефона. Датчиком реле ударного срабатывания может служить пьезоке-рамический излучатель типа 3/7-3, ЗП-19 (рис. 19.6 цепь Ь). Устройство реагирует на легкое постукивание по столу, на котором расположены датчики. В качестве датчика можно использовать и пьезоэлектрический звукосниматель электропроигрывающего устройства. Для повышения чувствительности устройства кремниевые диоды следует заменить на германиевые.

Акустическое градиентное реле. К входу устройства (рис. 19.6 цепь с, рис. 19.7) подключают цепочку из конденсатора емкостью 0,1 мкФ и динамического микрофона, роль которого может выполнять телефонный капсюль. Устройство чувствительно к БЧ-составляющей звуковых сигналов.

рис. 19.6

Магниточувствительное реле градиентного типа может быть выполнено по схеме на рис. 19.3. В качестве датчика используют магниторезистор СМ-1. Датчиком переменного магнитного поля может служить и телефонный капсюль без мембраны или многовитковая катушка с железным сердечником. Датчик подключают к входу устройства (вместо терморезистора) через конденсатор емкостью свыше 10 мкФ. Реле сработает, если датчик поднести к источнику переменного магнитного поля (катушке электромагнита).

Рис. 19.7

Детектор ВЧ-сигналов — может быть выполнен по схеме (рис. 19.6 цепь а) с использованием диодов Д9Ж и подбором резистивных элементов R1 — R3 для установки рабочей точки на ВАХ диодов. Выбор рабочей точки на наиболее крутом участке этой характеристики обеспечит повышенную чувствительность детектора к 6Ч-сигналам: малое изменение напряжения на диоде вызовет заметное изменение тока через него. Чем больше начальный ток через диоды, тем выше чувствительность устройства. В то же время заметно возрастет потребляемый устройством ток.

ВЧ-сигнал подают на диоды через конденсатор емкостью 10… 100 пФ. Светодиод HL1 в цепи нагрузки начинает светиться при уровне входного сигнала 60… 100 мВ (частота свыше 200 кГц). В /-/Ч-диапазоне (несколько кГц) переходную емкость следует увеличить.

При использовании соответствующих датчиков на основе градиентных реле могут быть собраны реле влажности, изменения атмосферного давления и др. устройства.

Преобразовать, например, изменение атмосферного давления в изменение электрического сопротивления можно с использованием запаянного сильфона. Это металлическая тонкостенная гофрированная камера, сопряженная с движком потенциометра. Изменение атмосферного давления вызовет изменение объема сильфона и изменение его размеров с последующим перемещением движка потенциометра. В более простых по механике конструкциях на сильфон может быть наклеен тензорезистор или закреплен вывод специального полупроводникового прибора (ге-дистора), сопротивление которого изменяется при деформации.

Компараторы часто используют для преобразования «аналогового» сигнала в «цифровой»: сигнал любой формы на входе преобразуется на выходе в сигнал прямоугольной формы.

Преобразователи амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса (рис. 19.8, 19.9) используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях [Рл 5/00-29].

Рис. 19.8

 

Рис. 19.9

При подаче на устройство входного сигнала синусоидальной или иной формы с увеличением амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства сформируются прямоугольные импульсы, ширина которых будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки, установки порогов. Полоса рабочих частот определяется емкостью конденсаторов С1 и С2. Устройства на рис. 19.8 и 19.9 отличаются способом подключения входов компаратора и, соответственно, «полярностью» выходных сигналов.

Для германиевых диодов пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот 5. ..200 кГц составляет 80…90 мВ, для кремниевых — 250…270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — в пределах 2…2,5 В.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 25

21 августа 2019

автоматизацияTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемы

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments)

Перед вами – глава из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах каталога компании КОМПЭЛ. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей. Если же знаний недостаточно, следует вначале ознакомиться с учебными курсами TI Precision Labs (TIPL). Авторы обещают обновлять и дополнять статьи цикла.

Мы публикуем главы Поваренной книги на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав

Компаратор с гистерезисом и без гистерезиса

Исходные данные для расчета представлены в таблицах 74 и 75.

Таблица 74. Исходные данные для расчета компаратора

Вход		Выход		Питание
ViMin	V iMax	VoMin	VoMax	Vcc	Vee	Vref
0 В	5 В	0 В	5 В	5 В	0 В	5 В

Таблица 75. Пороговые значения

Нижний порог переключения VL	Верхний порог переключения VH	VH – VL
2,3 В	2,7 В	0,4 В

Описание схемы

Компараторы используются, чтобы сравнить два входных сигнала и сформировать выходной сигнал в зависимости от того, какой из входных сигналов больше (рисунок 84). Шум или дребезг входных сигналов могут привести к множественным переключениям компаратора. Для борьбы с такими переключениями используется гистерезис, устанавливающий верхнюю и нижнюю границу переключения.

Рис. 84. Схемы компараторов с гистерезисом (слева) и без гистерезиса (справа)

Рекомендуем обратить внимание:

• следует использовать компаратор с минимальным собственным током потребления;
• точность задания пороговых значений гистерезиса определяется точностью номиналов резисторов;
• задержка срабатывания определяется параметрами используемого компаратора.

Порядок расчета компаратора с гистерезисом

• Выбираем значение резистора R1 = 100 кОм. Значения пороговых напряжений были определены в таблице исходных данных (таблица 74): V_L = 2,3 В, V_H = 2,7 В.
• Рассчитаем R2 по формуле 1:

$$R_{2}=\frac{V_{L}}{V_{CC}-V_{H}}\times R_{1}=\frac{2.3\:В}{5\:В-2.7\:В}\times 100\:кОм=100\:кОм\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

• Рассчитаем R3 по формуле 2:

$$R_{3}=\frac{V_{L}}{V_{H}-V_{L}}\times R_{1}=\frac{2.3\:В}{2.7\:В-2.3\:В}\times 100\:кОм=576\:кОм\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

• Проверяем полученное значение гистерезиса, согласно формуле 3:

$$V_{H}-V_{L}=\frac{R_{1}\times R_{2}}{R_{1}\times R_{3}+R_{3}\times R_{2}+R_{1}\times R_{2}}\times V_{CC}=0.399\:В\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

Порядок расчета компаратора без гистерезиса

 

1. Выбираем пороговое значение V_th = 2,5 В.
2. Выбираем значение резистора R4 = 100 кОм.
3. Рассчитываем R5 по формуле 4:

$$R_{5}=\frac{V_{th}}{V_{CC}-V_{th}}\times R_{4}=\frac{2.5\:В}{5\:В-2.5\:В}\times 100\:кОм=100\:кОм\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

Моделирование схемы

Временные диаграммы работы схемы представлены на рисунках 85 и 86.

Рис. 85. Временные диаграммы работы схемы: шум присутствует только в начальный короткий интервал времени 0…120 мкс

Рис. 86. Увеличенная осциллограмма напряжений: интервал 40…110 мкс

Рекомендации

Дополнительную информацию вы найдете в к документе TIPD144.

Параметры компаратора, используемого в расчете, приведены в таблице 76.

Таблица 76. Параметры компаратора, используемого в расчете

TLV3201
Vсс	2,7…5,5 В
VinCM	Vee – 200 мВ…Vсс + 200 мВ
Vout	Vee + 230 мВ…Vcc – 210 мВ (при 4 мА)
Vos	1 мВ
Iq	40 мкА
Ib	1 пА
UGBW	–
SR	–
Число каналов	1, 2

Список ранее опубликованных глав

1. 1. 1. Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители
      2. Инвертирующий усилитель
      3. Неинвертирующий усилитель
      4. Инвертирующий сумматор
      5. Дифференциальный усилитель
      6. Интегратор
      7. Дифференциатор
      8. Трансимпедансный усилитель
      9. Однополярная схема измерения тока
      10. Биполярная схема измерения тока
      11. Однополярная схема измерения тока с широким рабочим диапазоном (3 декады)
      12. ШИМ-генератор на ОУ
      13. Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
      14. Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
      15. Активный полосовой фильтр
      16. Однополупериодный инвертирующий выпрямитель
      17. Выпрямитель на ОУ
      18. Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием
      19. Ограничитель скорости изменения напряжения
      20. Схема формирования дифференциального сигнала
      21. Схема инвертирующего усилителя со смещением инвертирующего входа
      22. Схема неинвертирующего усилителя со смещением инвертирующего входа
      23. Схема неинвертирующего усилителя со смещением неинвертирующего входа
      24. Схема инвертирующего усилителя со смещением неинвертирующего входа

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Товары

org/Product» data-pid=»Qmxb»> org/Product» data-pid=»EG9r»>

Наименование
TLV3201AIDBV (TI)
TLV3201AIDCKR (TI)
TLV3201AIDBVR (TI)
TLV3201AIDCKT (TI)
TLV32012KIDBTRG4 (TI)
TLV3201AIDBVT (TI)
TLV3201AQDCKRQ1 (TI)
TLV32014KIDBTRG4 (TI)
TLV3201AIDCK (TI)

Модель 741 в качестве компаратора

Модель 741 в качестве компаратора

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬНУЮ СТРАНИЦУ
Операционные усилители в качестве компараторов
В. Райан 2002-2022
PDF-ФАЙЛ — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ РАБОТЫ ДЛЯ ПЕЧАТИ
Ниже приведены некоторые примеры 741 I. C. схемы на основе. Однако на этот раз 741 используется как компаратор, а не как усилитель. Разница между ними небольшая, но существенная. Даже если использовать как компаратор 741 по-прежнему обнаруживает слабые сигналы, чтобы их можно было распознается легче. Важно понимать эти схемы как они очень регулярно появляются на экзаменах.
Компаратор — это схема, которая сравнивает два входных напряжения. Одно напряжение называется опорным напряжением ( Vref ) и другой называется входным напряжением ( Vin ). Когда Vin поднимается выше или падает ниже Vref выходной сигнал меняет полярность (+ становится -). Положительный иногда называют ВЫСОКИЙ . Отрицательный иногда называют НИЗКИЙ.
ПРИМЕР ЦЕПИ — СВЕТОВАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ
Зуммер издает звуковой сигнал, когда свет падает на фонарь зависимый резистор. Резистор 2 регулирует чувствительность схемы. 741 работает как компаратор, и пьезозуммер звучит, когда выходная форма 741 становится «низкой» или, другими словами, изменяется с положительное к отрицательному.
Альтернативная раскладка датчика света/темноты показана ниже.
ПРИМЕР ЦЕПИ — СИГНАЛИЗАЦИЯ В ТЕМНОМ РЕЖИМЕ
Это темная цепь, обратная цепь выше. Вы замечаете разницу? Изменение соединений на контактах 3 и 2 (POS и NEG) меняет функцию на противоположную. Сравните соединение этой цепи с цепью датчика освещенности выше на странице. Замените LDR термистором для температурной цепи.
Ниже показан датчик температуры на схеме компаратора 741.
ИЗОБРАЖЕНИЕ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНИКИ СТРАНИЦА

Как заменить микросхему компаратора с помощью операционного усилителя? Параметры, которые необходимо учитывать для эффективного проектирования

В практических электронных схемах обработка сигналов является важным ограничением, и для удовлетворения потребностей клиентов в различных проектных требованиях требуются различные типы методологий. Для любого из требований к формированию сигнала операционный усилитель является первым выбором для любого разработчика, чтобы соответствовать проектным требованиям, и в большинстве случаев операционные усилители будут удовлетворять требованиям, как и ожидалось. Но почему мы используем операционные усилители в качестве компараторов?

Существуют специальные устройства или компоненты для выполнения конкретной операции. Среди них компаратор является популярным приложением, и в большинстве случаев схемы операционных усилителей предпочтительнее специализированного компаратора по любой из следующих причин.

Экономичность:

В большинстве схем операционные усилители являются обязательным компонентом для обработки аналоговых сигналов. Таким образом, обычно многоканальные операционные усилители каналов выбираются для конкретной схемы, и некоторые из каналов используются для настоящих требований к операционным усилителям, а оставшиеся каналы могут использоваться для требований компаратора. При этом один компонент удовлетворяет требованиям как операционных усилителей, так и компараторов, что оказывается выгодным с точки зрения уменьшения размера печатной платы, снижения стоимости дополнительных компонентов и сокращения запасов дополнительных компонентов, а также может сэкономить развязывающий конденсатор. который помещается между Vcc и Gnd любого операционного усилителя или компаратора IC.

Простота Требования:

В некоторых приложениях, таких как простая светодиодная индикация, включение/выключение простых транзисторов на основе пороговых значений, схемы сравнения постоянного и низкочастотного сигналов, простые операционные усилители вполне достаточно для удовлетворения этих несложных требований. Если некоторые из неиспользуемых каналов ОУ доступны в схеме, то разработчики схем обычно используют этот неиспользуемый ОУ и заканчивают выполнение требований.

Недоступность соответствующего компаратора:

В зависимости от конструкции доступны различные типы спецификаций цепей. Таким образом, требуемые характеристики компаратора также варьировались в зависимости от конструктивных требований. Но доступность компараторов для удовлетворения всех требований к дизайну меньше, тогда как в сегменте операционных усилителей есть множество вариантов в отношении технологии, стоимости, упаковки и т. д. Таким образом, в большинстве случаев разработчикам необходимо использовать операционные усилители, чтобы удовлетворить требования. Требования компаратора.

Однако заменяет компаратор на операционный усилитель — непростая задача. Требуется больше информации о важных параметрах операционных усилителей, чтобы согласовать характеристики компаратора с операционными усилителями.

В этой статье подробно рассказывается о влиянии операционного усилителя, который используется в качестве компаратора при различных практических требованиях к схемам.

Цепь компаратора для простых приложений постоянного напряжения

Цепь индикатора низкого напряжения — пример:

Рассмотрим домашнюю систему ИБП, которая работает с одной свинцово-кислотной батареей. текущее состояние низкого напряжения батареи. Уровень напряжения свинцово-кислотной батареи составляет от 11,7 В до 13,5 В в условиях разомкнутой цепи. Таким образом, с запасом, зуммер слабого тока и предупреждающий светодиод должны включаться, когда уровень напряжения батареи падает ниже 12В. Предполагается, что выбранное напряжение светодиода и зуммера составляет 3 В, а рабочий ток равен 3 мА. Схема индикатора низкого напряжения может быть реализована с использованием компаратора, как показано на рисунке 1.9.0050

Рис. 1. Схема индикатора низкого напряжения с использованием компаратора/операционного усилителя

Постоянное опорное напряжение 3,3 В подается на неинвертирующий вывод компаратора с помощью стабилитрона. R_Zener выбирается на основе значения Zener Current. Согласно техническому описанию 1N4728A, ток Зенера в этой схеме равен испытательному току 76 мА.

Рис. 2. Характеристики стабилитрона Vishay 1N4728A

Значение 110,5 Ом не является стандартным значением резистора. Итак, для R_Zener выбрано 100 Ом.

Делитель напряжения, подключенный к инвертирующему контакту компаратора, обеспечивает информацию о напряжении батареи, и всякий раз, когда напряжение на инвертирующем контакте падает ниже 3,3 В, транзистор внутри компаратора активирует светодиод и зуммер.

Конфигурация выхода компаратора:

При выборе компаратора IC для любого приложения важным параметром, который следует учитывать, является конфигурация выхода компаратора. Компараторы поставляются с двумя типами выходных конфигураций, как показано на рисунке 3, и выходная нагрузка компаратора должна быть тщательно настроена в зависимости от типа выходной конфигурации компаратора.

Рис. 3. Конфигурации выхода компаратора

Для конфигурации на основе выхода с открытым коллектором подтягивающий резистор должен быть размещен между выходным контактом компаратора и источником питания, который питает выходную нагрузку. Это может быть источник питания компаратора Vcc или другой источник питания. В двухтактной конфигурации максимальное выходное напряжение компаратора будет почти равно Vcc компаратора, а выходная нагрузка напрямую подключена к выходному контакту компаратора.

Конфигурация выхода для различных компараторов и операционных усилителей:

На рисунках ниже показаны различные конфигурации выходов для компараторов, взятые из спецификаций производителя. Согласно техническому описанию, LM339 имеет конфигурацию с открытым коллектором. Итак, для выходной нагрузки требуется двухтактный резистор и блок питания.

Рис. 4. Упрощенная схема LM339 — выход с открытым коллектором

Рисунок 5: Схема индикатора низкого напряжения с использованием компаратора LM339

Схема индикатора низкого напряжения с использованием конфигурации выхода с открытым коллектором LM339 показана на рисунке 5. Здесь светодиод и зуммер подключены к нагрузочному резистору и подключены к выходу компаратора. Терминал (открытый коллектор).

Подтягивающий резистор, который используется для управления током через зуммер и светодиод, выбирается на основе приведенного ниже расчета. Предполагается, что напряжение светодиода и зуммера составляет 3 В, а рабочий ток равен 3 мА. Светодиод и зуммер соединены последовательно с резистором R_CONTROL, а ток в последовательной цепи одинаков и равен 3 мА.

Между тем, конфигурация выхода компаратора LMV7239, показанная на рис. 6, имеет двухтактную конфигурацию выхода. В LM7239 выходная нагрузка напрямую подключена к выходному контакту LM7239. Внутренняя схема операционного усилителя LM324 показана на рисунке 7 и имеет двухтактную конфигурацию выхода, а все операционные усилители имеют только двухтактную конфигурацию выхода.

Рис. 6: Упрощенная схема LMV7239 — двухтактный выход

При прямом подключении к выходу компаратора двухтактной конфигурации/операционного усилителя необходимо учитывать два важных момента.

1. Требуемое напряжение нагрузки должно быть меньше или равно выходному напряжению компаратора.
2. Требуемый ток нагрузки должен быть меньше выходного тока компаратора.

Рис. 7: Упрощенная схема LM324 — двухтактный выход

Важные параметры для проверки в таблице данных для двухтактных выходных конфигураций

При использовании двухтактного компаратора и операционного усилителя размах выходного напряжения является важным параметром, который определяет, как выходная нагрузка может быть связана с выходом вывод компаратора или операционного усилителя. Рис. 8. Размах выходного напряжения LMV723 ⁺ — 0,25 В ⁺ — 0,15 В (В ⁺ = Vcc = 5В). Таким образом, для 5 В Vcc выходное напряжение высокого напряжения варьируется от 4,75 В до 4,85 В. Выходное напряжение низкого напряжения варьируется от 230 мВ до 450 мВ.

Аналогично, операционный усилитель также имеет двухтактную конфигурацию выхода, а размах выходного напряжения операционного усилителя LM324 показан на рисунке ниже.

Рисунок 9: Размах выходного напряжения LM324

Согласно техническому описанию операционного усилителя LM324, максимальное значение выходного напряжения составляет Vcc-1,5 = 5 – 1,5 = 3,5 В. Таким образом, при 5В Vcc в любых условиях мы не можем получить более 3,5В с выхода операционного усилителя. В LM7239 компаратор , мы получаем максимум 4,85В для тех же 5В Vcc. Тогда как, если мы ищем уровень выходного напряжения высокого напряжения в компараторе LM339, данные будут недоступны, потому что уровень выходного напряжения LM339 будет зависеть от питания, которое подключено к выходному транзистору   

Для реализации индикатора низкого напряжения с компаратором LM7239 и операционным усилителем LM324 светодиод и зуммер требуют 3 В по отдельности. Таким образом, последовательное соединение светодиода и зуммера потребует в общей сложности выходного напряжения 6 В и не может быть обеспечено обоими LM7239.и ЛМ324. Таким образом, светодиод и зуммер соединены последовательно, а значение резистора R_Control можно рассчитать, как показано ниже. Нагрузки подключены параллельно, поэтому общий потребляемый ток составляет 6 мА.

308,3 Ом и 83,3 Ом не являются стандартными значениями резисторов. Таким образом, вместо них можно выбрать стандартные значения 300 Ом и 82 Ом.

Реализация схемы индикатора низкого напряжения с двухтактной конфигурацией показана на рис. 10. В этой схеме требуемое выходное напряжение нагрузки меньше уровня выходного напряжения компаратора или операционного усилителя. В случае, если светодиод и зуммер должны быть соединены последовательно, тогда схема должна быть модифицирована, как показано на рис. 11, с внешним MOSFET или Vcc, которое может быть увеличено до более высокого уровня напряжения в зависимости от максимальных уровней напряжения компаратора или операционных усилителей.

Рис. 10. Схема индикатора низкого напряжения с использованием компаратора LM7239 (требуемое напряжение/ток нагрузки меньше, чем характеристики выходного напряжения/тока компаратора)

Рис. Требуемый ток выше, чем характеристики выходного напряжения/тока компаратора)

Параметры, которые следует учитывать на входных контактах

Синфазное напряжение:

Важным параметром, который следует учитывать на входном контакте, является синфазное напряжение инвертирующего и неинвертирующего контактов. В операционном усилителе LM324 диапазон синфазных напряжений показан на рисунке ниже. LM339 также имеет такой же уровень напряжения общего режима, а LM7239 принимает до Vcc+0,1 В. По даташиту это Vcc-1.5=5-1.5=3.5В. Таким образом, при любых условиях входное напряжение на любых выводах не должно превышать синфазное напряжение. В соответствии с приведенными выше реализациями опорное напряжение стабилитрона на неинвертирующем выводе составляет 3,3 В и находится ниже предела 3,5 В. На инвертирующем выводе напряжение, полученное от делителя напряжения, меньше 3,5 В, когда напряжение батареи меньше 12,9 В.V. Но из спецификации мы можем знать, что напряжение батареи варьируется от 11,7 В до 13,5 В и более 12,9 В, конструкция превысит предел синфазного напряжения и создаст проблемы в работе схемы. Для решения этой проблемы в LM339 и LM324 есть два возможных способа.

1. Vcc компаратора или операционного усилителя можно увеличить до более высокого уровня напряжения
2. Опорное напряжение на неинвертирующем выводе и делителе напряжения может быть изменено в зависимости от уровня напряжения синфазного сигнала. (Здесь вместо опорного напряжения 3,3 В опорное значение 2,7 В и значения делителя напряжения могут быть соответственно изменены).
3. Вместо LM339 и LM324 можно использовать LMV7239 с диапазоном синфазного напряжения 5,1 В.
Рисунок 12 Дифференциальное напряжение — это разница между уровнями напряжения на неинвертирующем и инвертирующем выводах. В большинстве компараторов дифференциальное напряжение будет равно Vcc. Но в операционных усилителях он будет варьироваться в зависимости от модели операционных усилителей. Для некоторых операционных усилителей, таких как LM324, уровень дифференциального напряжения равен Vcc, а для других операционных усилителей уровень дифференциального напряжения меньше Vcc.

. В этом случае максимально допустимая разница напряжений между входными клеммами составляет всего около 0,7 В. Например, если опорное значение входного напряжения на неинвертирующем входе составляет 1 В, то на инвертирующем контакте максимально допустимое изменение напряжения составляет от 0,3 В до 1,7 В. Ниже или выше указанного предела напряжения схема операционного усилителя может работать неправильно и приводить к неправильным результатам. Диапазон напряжения дифференциального режима LM324 показан на рисунке 13, а допустимые уровни напряжения намного выше наших требований.

Рис. 14. Диоды операционного усилителя Back-to-Back на входных клеммах — спецификация снижения дифференциального напряжения через операционные усилители или компараторы. Таким образом, требуемый ток должен быть меньше спецификации выходного тока операционного усилителя или компаратора. Кроме того, в этом режиме работы компаратора операционные усилители работают в условиях насыщения по напряжению.