Знакомство с компараторами на примере чипа LM339

Ранее мы с вами познакомились с такими интегральными схемами, как таймер 555, счетчик 4026, логические вентили, а также сдвиговые регистры и декодеры. Теперь же пришло время узнать о компараторах. Несмотря на кажущуюся простоту, компараторы — куда более интересные устройства, чем может показаться на первый взгляд. Читайте далее, и сможете убедиться в этом самостоятельно.

Крайне наглядная картинка, объясняющая работу компаратора, была найдена в книге Чарльза Платта Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. С некоторыми изменениями эта иллюстрация приведена ниже:

Компаратор имеет два входа, обозначаемые знаками минус (инвертирующий вход) и плюс (неинвертирующий вход), и один выход. Для нормальной работы выход компаратора обязательно должен быть подключен к плюсу источника питания через подтягивающий резистор. Почему нельзя было сделать это просто внутри микросхемы, скоро станет понятно.

Используется компаратор следующим образом. На инвертирующий вход подается эталонное напряжение. Когда напряжение на втором, неинвертирующем, входе больше эталонного, выход компаратора имеет высокое напряжение. Если же напряжение на неинвертирующем входе ниже эталонного, выход компаратора имеет низкое напряжение. Проще говоря, компаратор сравнивает два значения напряжения и на выходе говорит, какое больше. Входы компаратора можно использовать и наоборот, тогда выход компаратора будет инвертирован.

В качестве типичной микросхемы, содержащей внутри себя целых 4 компаратора, можно назвать LM339. Данный чип выпускается как в виде SMD-компонента, так и варианте для монтажа через отверстия. Распиновка у LM339 следующая:

Данная иллюстрация взята из даташита микросхемы [PDF].

На практике компараторы чаще всего используют одним из следующих образов:

Важно! По неудачному стечению обстоятельств, компаратор обозначается на схемах точно так же, как и операционный усилитель. Однако операционные усилители работают иначе, нежели компараторы, и их не следует путать. Определить, что именно используется в схеме, обычно можно по указанному названию чипа.

В левой части схемы изображен компаратор, чей выход соединяется с неинвертирующим входом через потенциометр или резистор. Это — так называемая положительная обратная связь. Благодаря ей достигается гистерезис. То есть, если напряжение на неинвертирующем входе будет колебаться в некотором коридоре возле эталонного, выход компаратора не будет постоянно изменяться. Если помните, триггер Шмитта (чип 74HC14) делает то же самое.

Кстати, можно заметить, что одна из связей на потенциометре в положительной обратной связи как бы лишняя. Как объяснил мне Melted Metal, так принято делать на случай потери контакта движка потенциометра с резистивной дорожкой.

Что же касается правой части схемы, на ней изображена схема двухпорогового компаратора. Если вход схемы, обозначенный, как signal, имеет напряжение между low и high, на выходе схемы образуется высокое напряжение. В противном случае напряжение на выходе низкое.

На следующем фото изображена первая схема, собранная на макетной плате:

Потенциометр слева задает напряжение на инвертирующем входе, а потенциометр справа — на неинвертирующем. Потенциометр по центру участвует в положительной обратной связи. Напряжение на обоих входах отображается при помощи миниатюрных цифровых вольтметров. Поскольку напряжение на неинвертирующем входе выше эталонного, светодиод, подключенный к выходу компаратора, горит.

Обратите внимание, что на входы неиспользованных компараторов также подается высокое и низкое напряжение. Это увеличивает надежность работы схемы и уменьшает потребляемую ею электроэнергию. Не имеет значения, на какой из входов подается высокое напряжение, а на какой — низкое. Главное, чтобы выход каждого отдельного компаратора был строго определен.

Вторую схему в собранном виде здесь я не привожу. Так что, вам придется поверить мне на слово, что она работает 🙂

Помимо всех озвученных выше, следует иметь в виду еще пару важных моментов:

• Через компаратор не следует пропускать слишком большой ток. Ток больше 20 мА может его сжечь;
• Напряжение на выходе компаратора может быть как выше, так и ниже напряжения на любом из входов. То есть, выход можно питать от совершенно другого источника питания. А питание на саму микросхему при этом может идти от третьего. Для правильной работы микросхемы нужно только, чтобы все эти источники имели общую землю;

Последнее обстоятельство позволяет использовать компаратор в качестве преобразователя уровня сигнала. Кроме того, теперь наконец-то стало ясно, зачем были все эти сложности со внешним подтягивающим резистором.

Вообще, компаратор можно рассматривать, как очень простой вольтметр или АЦП. В частности, с его помощью не представляет труда собрать индикатор уровня заряда Li-Ion аккумулятора. Если же у вас есть лишний фоторезистор (см заметку Мои первые страшные опыты с Arduino) или фототранзистор, на базе компаратора можно сделать датчик освещения. Если же вместо фоторезистора воспользоваться термометром типа TMP36, можно собрать устройство, управляющее кулером или кондиционером, способное регулировать температуру.

Наконец, компаратор можно использовать в качестве логического элемента НЕ, а также, если соединить выходы нескольких компараторов, в качестве И. Отсюда несложно получить ИЛИ, по форуме

x || y = !(!x && !y), ровно как и любую другую булеву функцию. Само собой разумеется, при желании можно придумать и другие применения.

А какие безумные варианты использования компараторов приходят вам на ум?

Метки: Электроника.

КОМПАРАТОРЫ И ПОЛИКОМПАРАТОРНЫЕ МИКРОСХЕМЫ в устройствах на микросхемах

Компараторами называют электронные устройства, предназначенные для сравнения двух или более электрических величин. Компараторы часто используют для преобразования аналогового сигнала в цифровой, а также для восстановления формы искаженных цифровых сигналов. Компаратор может использоваться в качестве порогового устройства, срабатывающего в случае, если входной контролируемый сигнал превысит по величине сигнал заданный, опорный.

По виду сравниваемых входных сигналов компараторы подразделяют на две группы: аналоговые; цифровые.

Учитывая специфику данной монографии, ограничимся описанием аналоговых компараторов.

Аналоговый компаратор можно представить как простейший однобитный аналого-цифровой преобразователь. Выходной сигнал такого компаратора представлен, как правило, двумя возможными значениями, соответствующими уровням входного сигнала больше или меньше некоторой заданной пользователем величины:

♦  уровнем логической единицы;

♦  уровнем логического нуля.

В связи с этим важнейшими характеристиками компаратора являются величина и стабильность уровня (порога) перехода устройства из одного стабильного состояния в другое.

Зависимость выходного напряжения компаратора U_BbIX от уровня входного U_BX можно представить как

где U_on — опорное напряжение (напряжение сравнения).

Или, иными словами,

Компараторы чаще всего используют в пороговых, релейных схемах, устройствах контроля критически значимых величин.

Помимо основного назначения компараторы способны работать в качестве генераторов импульсов, аналого-цифровых преобразователях, схемах согласования логических уровней, схемах очистки зашумленных цифровых сигналов и т. д. Менее распространены двух- или более пороговые компараторы, которые наиболее часто применяют в простых индикаторах уровня входного сигнала, например, в светодиодных шкалах.

Компараторы по своему назначению или особенностям строения можно подразделить на такие группы:

♦  высоковольтные;

♦  низковольтные;

♦    маломощные компараторы, в том числе с источником опорного напряжения, в качестве которого может быть использован ОУ;

♦    повышенной выходной мощности, в том числе с защитой от перегрузки;

♦  высокоскоростные или повышенного быстродействия;

♦    с открытом выходом, выходом на КМОП, транзисторнотранзисторной или эмиттерно-связанной логике;

♦  с выходом «rail to rail»;

♦    двух- и более скоростные с автоматическим переходом на экономичный режим работы;

♦  прецизионные;

♦  многопороговые;

♦  многоканальные;

♦  с гистерезисом;

♦  стробируемые;

♦  с цифро-аналоговым преобразователем;

♦  программируемые;

♦  прочие.

Примечание.

Как правило, заметный выигрыш по одному из параметров обуславливает не менее значимый проигрыш по другому параметру. Так; например, пониженное энергопотребление компаратора достигается за счет снижения его быстродействия.

Компараторы обычно не содержат элементов частотной коррекции, имеют передаточную характеристику релейного типа и поэтому не могут использоваться в качестве линейных усилителей аналоговых сигналов, например, в качестве ОУ В то же время компараторы широко применяют для сопряжения аналоговых и цифровых устройств, на их основе могут быть созданы эффективные усилители D-класса.

Как было показано ранее, в качестве компараторов могут быть использованы обычные операционные усилители, охваченные петлей положительной обратной связи. Порок такого решения — низкая нагрузочная способность подобных устройств, поскольку для управления энергоемкой нагрузкой требуется применение усилителей мощности.

Специализированные компараторы, ориентированные, в отличие от операционных усилителей, на решение узкого круга задач, отличаются:

♦  повышенной нагрузочной способностью;

♦  быстродействием;

♦  невозможностью работы в линейном режиме.

Схемы компараторов — детекторов нуля, работающих на положительных или отрицательных перепадах входного напряжения, показаны на рис. 18.1 и 18.2. Переходная характеристика U_Bblx = U_BbDC (U_BX ) идеального компаратора имеет строго прямоугольную форму. Реальная форма этой характеристики (рис. 18.1 и рис. 18.2), определяется конечной скоростью переходных процессов, неидеальностью работы компаратора и его элементов.

Примечание.

Отмечу, что в крайне узком диапазоне входных напряжений компаратор способен работать как усилитель с крайне высоким коэффициентом усиления (порядка 10⁵—10⁶ и более). Очевидно, что стабильность работы такого усилителя невелика, т. к. положение его рабочей точки в существенной мере зависит от температуры окружающей среды, стабильности источников питающих напряжений и других факторов.

При желании точку переключения состояния компаратора (порог срабатывания) можно сместить в любую сторону относительно нуля.

Пример компаратора со ступенчато переключаемым — плавно регулируемым порогом срабатывания приведен на рис. 18.3.

Порог переключения компараторов не является строго фиксированной величиной. Обычно напряжение переключения компаратора нестабильно и в процессе работы хаотически смещается в ту или иную сторону от заданного уровня. Амплитуда таких флуктуаций определяется: свойствами конкретного типа компаратора; его разновидности; качеством изготовления; температурой окружающей среды; внешними воздействиями.

Примечание.

В этой связи при построении прецизионных схем сравнения напряжений необходимо предусматривать минимизацию или нейтрализацию собственных шумов компаратора.

Неприятной особенностью работы компараторов является их работа при уровнях входных сигналов вблизи порога разрешения переключения. В этом случае, если входной сигнал сильно зашумлен, на выходе компаратора появляется последовательность дельтавидных или иглоподобных апериодических импульсов, вносящих обычно сбои в работу радиоэлектронной аппаратуры.

Для минимизации паразитного переключения компаратора в условиях его работы с зашумленными сигналами иногда применяют схемотехнический прием, заключающийся в преднамеренном искажении формы переходной характеристики. На переходной характеристике такого компаратора наблюдается отчетливо выраженный гистерезис.

Рис. 18.4. Схема компаратора с гистерезисом (триггера Шмитта)

На рис. 18.4 и 18.5 показаны схемы компараторов с искусственно организованными петлями гистерезиса. Ширину петли гистерезиса AU_raCT можно определить из выраже-

Рис. 18.5. Схема компаратора с регулируемой шириной петли гистерезиса

напряжение ограничения компаратора. Напряжения переключения компаратора +U и -U относительно заданного (нулевого, рис. 18.4 и 18.5, уровня) можно определить по

формуле

Компаратор уровней сигнала по амплитуде позволяет сопоставить величину (уровень) двух сигналов и переключить свой выходной уровень с логической единицы на нуль (или наоборот) в случае, если входной сигнал превысит заданный порог срабатывания компаратора.

Рис. 78.7. Схема нерегулируемого двухпорогового компаратора напряжения

Рис. 78.6. Схема двухпорогового компаратора на операционном усилителе

Отдельной проблемой сопоставления уровней сигналов является задача двух- или многопорогового разделения сигналов. Варианты решения такой задачи показаны на рис. 18.6, 18.7 [18.1]. Зависимость выхо дного сигнала от уровня входного показана на рис. 18.7.

Порог переключения компаратора Ό_ι (рис. 18.7) устанавливают подачей напряжения U_ynp. В случае, если на вход компаратора подается высокое отрицательное напряжение, то оно действует только на инвертирующий вход микросхемы DA1.

При снижении уровня входного напряжения до значения

где U_VD1=0,6—0,7 В (падение напряжения на кремниевом диоде VD1), на выходе ОУ установится положительное напряжение, рис. 18.7.

При дальнейшем возрастании уровня входного напряжения вплоть до значения U₂ выходное напряжение компаратора имеет уровень логической единицы. Однако, при U_Bx >U₂ диод VD1 более не шунтирует вход ОУ, компаратор вновь переключается, на его выходе устанавливается уровень логического нуля.

Для того, чтобы плавно управлять порогом переключения компаратора, может быть использована схема, рис. 18.8 [18.1]. Потенциометром R3 устанавливают порог переключения компаратора. Ширину зоны чувствительности компаратора регулируют потенциометром R2:

Сдвоенный компаратор К1464СА1

Рис. 78.8. Схема регулируемого компаратора напряжения

[18.2] (аналог LM193, LM293, LM393, LM2903 фирмы Philips, SGS-Thomson Microelectronics и NS [18.3]) отличается от иных:

♦  малой потребляемой мощностью;

♦    возможностью сравнивать сигналы, близкие к нулевому уровню.

Рис. 78.9. Состав и цоколевка микросхемы сдвоенного компаратора К1464СА1

Компаратор (рис. 18.9) работает при напряжении питания 2—36 В (однополярное) и 2±(1 —18) В (двуполярное питание) [18.2, 18.3]. Потребляемый ток менее 1 мА при напряжении питания 5 В и 2,5 мА при 36 В.пор.в.’

Типовые схемы инвертирующего и неинвертирующего компараторов на микросхеме К1464СА1 приведены на рис. 18.10 и рис. 18.11. Значения нижнего и верхнего входного порогового напряжения U, рис. 18.10, определяется как [18.2]:

Рис. 18.14. Схема совместного использования компараторов LM 193, LM293, LM393, К1464СА1 сТТЛ и КМОП- логическими элементами

Рис. 18.10. Схема инвертирующего компаратора на микросхеме К1464СА1

Рис. 18.11. Схема неинвертирующего компаратора на микросхеме К1464СА1

Unop.H Unop в               Unop.H Unop.в

Рис. 18.12. Передаточные характеристики компараторов

Рис. 18.13. Компаратор на микросхеме LM193, LM293, LM393, К1464СА1

При R1=R2=R3 U_nopH * U_niiT /3, U_nopB * 2U_nm /3, что примерно совпадает с соответствующими уровнями переключения из одного устойчивого состояния в другое для КМОП-микросхем. Передаточные характеристики инвертирующего и неинвертирующего компараторов показаны на рис. 18.12.

Типовая схема использования микросхем LM193, LM293, LM393, К1464СА1 в качестве компаратора показана на рис. 18.13 [18.3].

На рис. 18.14 показаны типовые схемы использования компараторов с микросхемами ТТЛ и КМОП-серий.

На рис. 18.15 показана схема выделения прохождения сигнала через ноль: при каждом прохождении входного напряжения через ноль детектор вырабатывает короткий импульс

[18.2]. В устройстве также использован инвертирующий компаратор напряжения с гистерезисом. Диод VD1 защищает входные цепи компаратора при появлении на входе минусовых полупериодов сигнала. Напряжение питания устройства 5 В.

На рис. 18.16 и рис. 18.17 показаны примеры использования компараторов в качестве НЧ усилителей с малой (рис. 18.16) и повышенной (рис. 18.17) нагрузочной способностью [18.3]. Коэффициент передачи усилителей определяется соотношением резистивных элементов R3/R2 и равен 100.

Рис. 18.18. Схема преобразователя- индикатора магнитного поля на компараторе LM393

Рис. 18.17. Схема НЧ усилителя на компараторе LM393 с повышенной нагрузочной способностью

Рис. 18.16. Схема НЧ усилителя на компараторе LM393

Рис. 78.75. Схема детектора «нуля».

На основе компараторов серии LM193, LM293, LM393, К1464СА1 может быть изготовлен преобразователь– индикатор магнитного поля, использующий в качестве датчика катушку индуктивности L1, рис. 18.18 [18.3].

Преобразователи амплитуды входного сигнала в ширину выходного используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях.

На рис. 18.19,18.20 приведены схемы преобразователей амплитуды в ширину импульса [18.4]. Преобразователи выполнены на основе компараторов DA1 — К554САЗ. Напряжение на входах компаратора примерно равно половине напряжения питания (задается резистивным делителем R1/R2) и различается на величину напряжения, падающего на открытом переходе диода VD1. Входное сопротивление преобразователя равно Rl(R2)/2 или 25 кОм.

При подаче на вход синусоидального сигнала или сигнала пилообразной, треугольной формы и увеличении амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства формируются прямоугольные импульсы, ширина которых зависит от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки. Полоса рабочих частот (область низких частот) определяется емкостью конденсаторов С1 и С2.

Устройства (рис. 18.19,

Рис. 18.79. Схема преобразователя амплитуды входного сигнала в ширину выходного на компараторе К554САЗ

18.20) отличаются способом подключения входов компаратора и, соответственно,

«полярностью» выходных сигналов. Частотная зависимость порогового напряжения начала работы преобразователей при использовании Si и Ge-диодов VD1 показана на рис. 18.21.

Для Ge-диодов (Д9Г) пороговое напряжение в полосе частот 5—200 кГц составляет 80—90 мВ, для Si (КД503А) — 250—270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — 2—2,5 В. При уменьшении номиналов резисторов R1 и R2 чувствительность устройства возрастает за счет снижения прямого напряжения на диоде VD1, одновременно снижается и входное сопротивление.

Преобразователь напряжения в частоту, схема которого представлена на рис. 18.22, позволяет при изменении входного напряжения от 0 до 5 В получить на выходе линейное увеличение частоты от О до 21 кГц (коэффициент преобразования 4,2 кГц/В с нелинейностью не свыше 3%) [18.5].

Таймер на микросхеме DA1 КР1006ВИ1 включен по схеме мультивибратора, времязадающий резистор которого заменен генератором тока на операционном усилителе DA1 741 (К140УД7).

Рис. 18.23. Схема прецизионного преобразователя напряжение-частота

Для получения высокой линейности преобразования отклонение сопротивление резисторов от номинала не должно превышать 0,5 %.

Помимо основного назначения — усиления сигналов, микросхема К1464УД1 может быть использована и в устройствах иного назначения, например, для преобразования напряжения входного сигнала в частоту выходного.

Преобразователь напряжение-частота (рис. 18.23) содержит управляемый генератор из интегратора на ОУ DA1.1 и компаратора с гистерезисом на ОУ DA1.2 [18.6]. На выходе интегратора формируется линейно изменяющееся во времени напряжение, скорость нарастания которого зависит от уровня входного напряжения U_BX, а направление изменения — от состояния выхода компаратора DA1.2.

На выходе преобразователя формируется последовательность импульсов прямоугольной формы, частота которых прямо пропорционально зависит от уровня входного напряжения (0—3,5 В).

На основе ОУ КР140УД1208, который работает в диапазоне питающих напряжений ±1,5…±18 В при коэффициенте усиления до 200000, может быть собрано множество конструкций, в том числе устройств сравнения, часть из которых представлена на рис. 18.24—18.26 [18.7].

Примечание.

Микросхема выгодно отличается тем, что имеет защиту от короткого замыкания в цепи нагрузки.

Рис. 18.24. Схема индикатора разрядки батареи на микросхеме КР140УД1208

Индикатор разрядки батареи, рис. 18.24, содержит узел сравнения текущего значения контролируемого напряжения с некоторым образцовым значением. Для формирования образцового

напряжения использован узел, выполненный на транзисторе VT1. При достижении критического уровня напряжения, устанавливаемого при помощи потенциометра R9, включается генератор звуковых сигналов, выполненный на микросхеме DA1. В качестве излучателя звука использован пьезокерамический излучатель BF1 (ЗП-З).

Рис. 18.25. Упрощенный вариант индикатора разрядки батарей с визуальной индикацией

Емкость конденсатора С1 подбирают по максимальной громкости звучания пьезокерамического излучателя (настройка на его резонансную частоту).

Упрощенный вариант индикатора со светодиодной индикацией показан на рис. 18.25. Порог срабатывания (6,5 В) подбирают регулировкой потенциометра R2. Ток «молчания» индикаторов — 0,1 мА, индикации — 1 мА.

Индикатор электрического поля, схема которого представлена на рис. 18.26, предназначен для дистанционного бесконтактного контроля уровня электрического поля при приближении обслуживающего персонала к токонесущим конструкциям высокого напряжения.

В качестве антенны, определяющей чувствительность устройства, использована пластинка из фольгированного стеклотекстолита 55×33 мм, спрятанная в корпусе. Прибор срабатывает при приближении антенны к проводке под напряжением 220 В на расстояние не менее 50 см.

Совет.

Последовательно со светодиодом HL1 и капсюлем BF1 полезно включить токоограничивающий резистор сопротивлением до 300 Ом.

Рис. 18.26. Схема аудиовизуального индикатора электрического поля на микросхеме КР140УД1208

На основе компаратора DA1 КР554САЗБ может быть собрана схема фото- или термочувствительного реле, рис. 18.27 [18.8]. В первой из схем

(слева) в качестве светочувствительного элемента использован фотодиод VD1 КФДМ (или иной), входящий в состав сбалансированного резистивного моста. Балансировку моста осуществляют регулировкой потенциометра R2. К диагонали моста подключены входы компаратора DA1. Схема отрегулирована таким образом, чтобы при изменении уровня светового потока, падающего на приемную площадку фотоприемника, происходило переключение компаратора.

Примечание.

Если перед светочувствительным элементом установить светофильтр, можно создать прибор, чувствительный к излучению в определенной области спектра. Если использовать поляризационный светофильтр, прибор будет реагировать только на световой поток соответствующей поляризации. Такие устройства можно использовать, например, для автоматического открывания дверей ворот или гаража, когда к ним подъезжает автомобиль хозяина. Для повышения надежности срабатывания реле можно воспользоваться схемой совпадения, таким образом, реле будет срабатывать, если свойства сигнала-ключа будут отвечать, по меньшей мере, двум ключевым признакам.

В качестве нагрузки в реле [18.8] использовано оптоэлектронное реле 5П19.10ТМА-3-6, коммутирующее лампу накаливания, либо иную другую нагрузку.

Рис. 18.27. Схема фото- или термочувствительного реле на компараторе КР554САЗБ

Совет.

Вместо оптоэлектронного можно использовать и обычное электромагнитное реле с током срабатывания до 50 мА, обмотку которого в целях защиты выходного транзистора компаратора следует защитить параллельно подключенным диодом или электролитическим конденсатором.

Светодиод HL1 предназначен для визуального контроля момента срабатывания компаратора.

При желании фото- чувствительное реле (рис. 18.27, слева) легко преобразовывать в термочувствительное (рис. 18.27, справа). В качестве термочувствительного элемента можно использовать обычный кремниевый диод VD1, например, КД103А>

КД102А и др. Для снижения инерционности контроля в качестве датчика следует выбирать диод с минимальной массой.

Несколько модифицировав схему (рис. 18.27), можно получить реле времени для использования освещения подъездов и лестничных клеток, рис. 18.28 [18.8].

При кратковременном нажатии на любую из параллельно установленных на каждом этаже кнопок SB1—SBn кратковременно (на время, определяемое произведением R1C2), примерно на 60 с, включится лампа накаливания. Конденсатор С2 должен иметь малый ток утечки.

Пороговый индикатор превышения заданного уровня температуры, схема которого представлена на рис. 18.29 [18.9], может быть использован для автоматического регулирования теплового режима теплиц, инкубаторов, нагревательных узлов, систем сигнализации и т. д.

В устройстве использован компаратор DA1, нагруженный на светодиодный излучатель HL1. Питание индикатора стабилизировано. В качестве датчика температуры использован терморезистор R3 (или иной датчик). Рабочая точка (температура срабатывания) задается регулировкой потенциометра R4. Схему легко настроить на включение или отключении нагрузки (индикатора), поменяв его входы местами. В качестве датчика можно использовать, при необходимости, элементы, чувствительные к изменению освещенности (фоторезисторы), электрического поля (полевые транзисторы) и т. д.

Генератор на основе инвертирующего компаратора напряжения с гистерезисом на микросхеме К1464СА1, рис. 18.30,

вырабатывает короткие импульсы прямоугольной формы частотой 16 кГц [18.2]. Длительность импульса равна 0,7R4C1, паузы — 0,7R1C1, следовательно, период импульсов равен 0,7C1(R4+R1), а частота — 1,44/Cl (R4+R1).

Рис. 18.31. Схема удвоителя частоты на основе компараторе

Рис. 18.30. Схема генератора прямоугольных импульсов на компараторе

Пороговое устройство–компаратор может быть использовано в качестве широкодиапазонного (в определенных пределах) удвоителя частоты сигналов, рис. 18.31 [18.10]. Работа устройства основана на запоминании уровня сигналов на том или ином входе компаратора и последующем динамическом сопоставлении их уровня в ходе переходных процессов при заряде/раз- ряде конденсаторов.

В итоге на выходе устройства формируется последовательность импульсов с удвоенной по отношению к входному сигналу частотой, рис. 18.32. Входной сигнал имеет частоту 500—1000 Гц при амплитуде до 10 В.

Для иных частот потребуется подбор RC-элементов входных цепей.

Рис. 18.32. Входные и выходные сигналы удвоителя частоты на основе компараторе

Рис. 18.33. Схема устройства защиты от перенапряжения

Простое устройство (рис. 18.33) предназначено для защиты радиоэлектронного оборудования от недопустимых перепадов напряжения [18.11]. При снижении напряжения на входе устройства ниже некоторого заданного при помощи потенциометра R4 уровня сработает реле, отключив/подклю- чив своими контактами нагрузку, элемент защиты или стабилизации и т. п.

В качестве стабилитрона VD1 можно использовать стабилитрон на напряжение 3,3—5,1 В. Величина сопротивления R1 вычисляется исходя из того, чтобы напряжение на входном резистивном делителе R1—R2 примерно соответствовало напряжению на его движке, установленном посередине (т.=100 В Rl=407 (390) кОм.

Напряжение питания устройства может быть выбрано в пределах 9—24 В. Следует лишь учитывать, чтобы реле надежно и без гистерезиса переключалось, а элементы схемы работали без перегрузок. На практике устройство можно использовать для автоматической записи телефонных разговоров. В этом случае параллельно резистору R2 рекомендуется подключить электролитический конденсатор емкостью не менее 100 мкФ.

Схема включения компаратора, рис. 18.34 [18.3], позволяет за счет наличия в его входных цепях RC-элементов отфильтровывать высокочастотные (R2C1) и низкочастотные (R1C2) наводки на полезный сигнал.

Пороговое устройство для слежения за температурным режимом, рис. 18.35, выполнено на микросхеме LM393 [18.12]. В качестве датчика температуры использован терморезистор R2, имеющий отрицательный температурный коэффициент. Для измерений используется традиционная мостовая резистивная схема.

Для сравнений уровней напряжения на диагонали моста использован компаратор. Порог срабатывания компаратора плавно регулируют потенциометром R4. Для звуковой индикации используют зуммер BF1 с пятивольтовым питанием (или заменяющий его мультивибратор с телефонным капсюлем в цепи нагрузки).

Рекомендуемые уровни напря

жений: 4,9 В — на выводе 5 микросхемы; 2,9 В — на выводе 6.

Параллельно шинам питания включают электролитический (470 мкФ) и керамический (0,1 мкФ) конденсаторы.

С использованием линейки однотипных компараторов (рис. 18.36) можно получить устройство светодиодной индикации уровня входного сигнала, например, радиоприемника, аудиоплеера [18.13]. Сетка опорных напряжений образуется на резистивном делителе R1—R9, образованном однономинальными резисторами. Входное напряжение поступает на неинвертирующие входы всех компараторов одновременно.

По мере повышения уровня входного напряжения поочередно будут высвечиваться светодиоды снизу вверх (по схеме), визуально в соответствии с уровнем входного сигнала будет перемещаться вверх-вниз или влево-вправо светящаяся точка, динамически показывающая уровень сигнала на входе устройства.

Чувствительность индикатора можно варьировать, подбирая соотношение номиналов входного резистивного делителя R10/R11.

Вход устройства можно подключить к движку потенциометра узла электронной настройки радиоприемника. В этом случае светодиодная шкала будет индицировать частоту приема, что особенно удобно при эксплуатации радиоприемника или передатчика в темное время суток.

Используя изложенный выше принцип поочередного управления нагрузками при изменении уровня входного управляющего напряжения, можно решить задачу многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии, рис. 18.37 [18.14]. Для этого использован выносной пульт-делитель напряжения, дающего при нажатии на кнопки S1—S8 сетку опорных управляющих напряжений.

Для дешифровки и преобразования уровней напряжения, поступающих по двухпроводной линии, использована линейка из восьми однотипных компараторов. Выходы компараторов через токоограничивающие резисторы R20—R27 соединены с входами КМОП-инверторов, в качестве которых могут быть использованы элементы КМОП-микросхем серии К561_у К564_у например, К561ЛН1_УК561ЛН2 и им подобные (К564ЛЕ5, К561ЛА7 с параллельно включенными входами по схеме инвертора). Диодные цепочки, выполненные на германиевых диодах, предназначены для выполнения условия установки нулевого уровня сигнала на выходе задействованного канала управления.

Как следует из анализа схемы многоканального управления нагрузок, устройство избыточно усложнено. Например, за счет использования всего одной специализированной поликомпараторной микросхемы — амплитудного мультиплексора UAA180 (К1003ПП1) эта же задача может быть решена в расширенном варианте: двухпроводное управление 12-ю нагрузками при токе нагрузки до 10 мА [18.15—18.17].

Рис. 1837. Схема двухпроводного восьмикомандного управления по двум проводам

Рис. 1838. Схема многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии

Поликомпараторное устройство многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии [18.15] представлено на рис. 18.38.

Оно выполнено на основе специализированной микросхемы UAA180 (К1003ПП1), предназначенной для 12-ти ступенчатого дискретного преобразования уровня аналогового сигнала на управляющем входе в номер коммутируемого канала индикации. При размыкании одного из ключей S1—S12 на управляющем входе микросхемы DA1 формируется сигнал с напряжением по сетке 0—0,5—1,0— … 5,5 В (всего 12 уровней). Соответственно величине управляющего сигнала к шине питания подключается одна из 12-и нагрузок, варианты выполнения которых А и В представлены на рис. 18.38.

Если в качестве нагрузки включить резистор сопротивлением порядка 1 кОм и более, с этого сопротивления можно снимать логический сигнал с уровнем 1/0 для управления цифровыми логическими КМОП- устройствами.

Для формирования сетки напряжений необходим подбор номиналов резистивного делителя R1—R11. Проще всего подобрать эти резисторы можно путем замены каждого из резисторов потенциометром, регулировкой которого при нажатии на одну из кнопок S1—S11 следует добиться срабатывания требуемого канала индикации. Далее потенциометр можно заменить обычным резистором (или их набором) соответствующего номинала.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

Компараторы National Semiconductor

28 ноября 2007

 

 

 

Очень часто нужно сравнить два сигнала по величине. В некоторых случаях необходимо зафиксировать момент, когда сигнал достигнет определенного значения. Для этих задач многие фирмы выпускают аналоговые компараторы. Без них не обходится ни один АЦП и ЦАП, ни один генератор пилообразных колебаний. В каждом цифровом вольтметре или другом измерительном приборе обязательно присутствует компаратор напряжения. Термин «компаратор» произошел от английского слова «compare» — сравнивать. Проще говоря, компаратор — это прибор для сравнения двух или нескольких напряжений с определенной точностью и выдачи результата с минимальной задержкой.

В качестве компаратора можно использовать дифференциальный (операционный) усилитель с очень большим коэффициентом усиления разностного сигнала. В зависимости от знака разности напряжений на входе дифференциального усилителя его выход оказывается в положительном или отрицательном насыщении. Раньше обычные ОУ использовали в качестве компараторов, но сейчас такой способ практически не используют, поскольку многие производители выпускают специализированные микросхемы для этой цели. Эти кристаллы имеют очень высокое быстродействие, но при повышении быстродействия компаратора приходится принимать меры для предотвращения глубокого насыщения транзисторов, работающих в ключевом режиме. Этого добиваются минимизацией паразитных емкостей и сопротивлений, ограничивающих скорость нарастания сигналов. К сожалению, уменьшение времени задержки связано с увеличением потребляемой мощности. Как правило, быстродействующие компараторы уступают прецизионным по точности сравнения.

Прецизионные компараторы отличаются от других классов компараторов повышенной точностью сравнения и стабильностью характеристик. Это достигается путем уменьшения входных токов смещения и существенного увеличения коэффициента усиления. Улучшение параметров точности обычно достигается ценой снижения быстродействия компараторов.

Выходные каскады компараторов в большинстве случаев оптимизированы для сопряжения с определенными логическими сериями (особенно это важно для микросхем с очень высоким быстродействием) или имеют открытый коллектор (открытый сток) для расширения возможностей разработчика. Компаратор также можно рассматривать в качестве аналогового коммутатора, который переключает уровни выходного напряжения, когда непрерывный входной сигнал становится выше или ниже заданного уровня.

Компания National Semiconductor выпускает широкую номенклатуру компараторов: скоростных (High-Speed) и c низким потреблением (Low-Power Comparators). Современные скоростные компараторы уже перешли наносекундный диапазон. Например, новые LMH7322 имеют задержку распространения* всего 700 пикосекунд. Необходимо отметить, что задержка распространения сильно зависит от величины перепада напряжения на входах компаратора, поэтому нужно всегда тщательно изучать графики, приводимые производителем в своей документации (datasheets). Это проиллюстрировано на рисунке 1 на примере широко распространенного компаратора LM319.

Рис. 1. Зависимость задержки распространения от Uвх в компараторе LM319

Из рисунка 1 хорошо видно, что задержка распространения сигнала зависит от величины перепада и от направления перехода входного напряжения. Время задержки значительно меньше при перепаде на входе от высокого уровня к низкому.

Основные параметры компараторов National Semiconductor приведены в таблице 1.

Таблица 1. Компараторы National Semiconductor

Наимено- вание	Кол- во кана- лов	Свойства	Iпотр. на ка- нал, мкА	Uпит., В	Uсмещ.(макс), мВ	Конфиг. выхода	CMVR*, B	Задерж ка сигна- ла, мкс	Корпус (а)
Скоростные компараторы (High-Speed Comparators)
LMH7322 (New)	2	700 пс задержка сигнала распрост- ранения	30 мА	2,7…12	8	RSPECL **	—	0,0007	LLP-24
LMH7220 (New)	1	2,5 нс, питание 2,7…12 В, LVDS выход	8,2 мА	2,7…12	9	LVDS	-0,2…10	0,0025	SC70-6, SOT23-6
LMV7219	1	7 нс, питание 2,7…5В, rail-to-rail выход	1,1 мА	2,7…5	6	Push- Pull	-0,2…3,8	0,007	SC70-5, SOT23-5
LMV7235 (New)	1	45 нс, ultra-low power, rail-to-rail выход	65	2,7…5	6	Откры- тый сток	-0,2…5,2	0,045	SC70-5, SOT23-5
LMV7239 (New)	1	45 нс, ultra-low power, rail-to-rail выход	65	2,7…5	6	Push- Pull	-0,2…5,2	0,045	SC70-5, SOT23-5
LM161	1	скорост- ной диф ференци- альный компар.	13 мА	11…32	1	Диф- ференц.	20…23	0,014	TO5-10
LM361	1	скорост- ной диф ференци- альный компар.	13 мА	11…32	1	Диф- ференц.	20…23	0,014	MDIP-14, SOIC-14, TO5-10
LM119	2	скорост- ной сдвоен- ный компара- тор	4 мА	5…36	4	Откры- тый колл.	8…33	0,08	CERDIP-14, CERPAK-10,  LCC-20, TO5-10
LM219	2	скорост- ной сдвоен- ный компара- тор	4 мА	5…36	4	Откры- тый колл.	8…33	0,08	CERDIP-14, CERPAK-10, LCC-20, TO5-10
LM319	2	скорост- ной сдвоен- ный компара- тор	4 мА	5…36	1,8	Откры- тый колл.	7…34	0,08	MDIP-14, SOIC-14, TO5-10
Компараторы с низким потреблением (Low-power Comparators)
LPV7215 (New)	1	микро- мощный, rai-to-rail вход/ выход	0,61	1,8…5	3	Push- Pull	0…5,0	6,6	SOT-23, SC70-5
LMC7215	1	потребле- ние < 1 мкА, rail-to-rail вход	0,7	2…8	6	Push- Pull	-0,2…5,2	12	SOIC-8, SOT23-5
LMC7225	1	потребле- ние < 1 мкА, rail-to-rail вход	0,7	2…8	6	Откры- тый сток	-0,3…5,3	12	SOT23-5
LMC6762	2	микро- мощный, rai-to-rail вход	6	2,7…15	5; 15	Push- Pull	-0,3…5,3	4	SOIC-8
LMC6772	2	микро- мощный, rai-to-rail вход	6	2,7…15	5; 15	Откры- тый сток	-0,3…5,3	4	SOIC-8, MSOP-8, MDIP-8
LMC7211	1	микро- мощный, rai-to-rail вход	7	2,7…15	5; 15	Push- Pull	-0,3…5,3	4	SOIC-8, SOT23-5
LMC7221	1	микро- мощный, rai-to-rail вход	7	2,7…15	5; 15	Откры- тый сток	-0,1…2,8	4	SOIC-8, SOT23-5
LMV7271/ 72	1/2	питание от 1,8 В, rail-to-rail вход	10	1,8…5	4	Push- Pull	-0,1…2,8	0,88	micro SMD-5, SOT23-5, SC70-5
LMV7275	1	питание от 1,8 В, rail-to-rail вход	10	1,8…5	4	Откры- тый сток	-0,1…2,8	0,88	SC70-5, SOT23-5
LMV7291	1	питание от 1,8 В, rail-to-rail вход	10	1,8…5	4	Push- Pull	0…3,5	0,88	SC70-5
LP339	4	микро- мощный, 4 в одном корпусе	15	2…36	5	Откры- тый колл.	-0,1…4,2	8	SOIC-14, MDIP-14
LMV393	2	микро- мощный, общего примене- ния	43	2,7…5	7	Откры- тый колл.	-0,1…4,2	0,6	SOIC-8, MSOP-8
LMV339	4	низко- вольтный, общего примене- ния	50	2,7…5	7	Откры- тый колл.	-0,1…4,2	0,6	SOIC-14, TSSOP-14
LMV331	1	низко- вольтный, общего примене- ния	60	2,7…5	7	Откры- тый колл.	2…34,5	0,6	SC70-5, SOT23-5
LM2903	2	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	7	Откры- тый колл.	2…34,5	0,4	MDIP-8, micro SMD-8, SOIC-8
LM293	2	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	2; 5	Откры- тый колл.	2…34,5	0,4	TO5-8
LM393	2	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	5	Откры- тый колл.	2…34,5	0,4	MDIP-8, micro SMD-8, SOIC-8, TO5-8
LM193	2	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	2; 5	Откры- тый колл.	2…34,5	0,4	CERDIP-8, TO5-8
LM139	4	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	2; 5	Откры- тый колл.	2…34	0,5	CERDIP-14, CERPAK, CERPAK-14, LCC-20
LM239	4	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	2; 5	Откры- тый колл.	2…34	0,5	CERDIP-14
LM2901	4	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	7	Откры- тый колл.	2…34	0,5	MDIP-14, SOIC-14
LM3302	4	низкое напряже- ние смещения	200	2…28	20	Откры- тый колл.	2…26	0,5	MDIP-14
LM339	4	низкое напряже- ние смещения	200	2…36	2; 5	Откры- тый колл.	2…34	0,5	CERDIP-14, MDIP-14, SOIC-14
LMV761	1	прецизи- онный, низко- вольтный	225	2,7…5	1	Push- Pull	-0,3…3,8	0,12	SOIC-8, SOT23-6
LMV762	2	прецизи- онный, низко- вольтный	275	2,7…5	1	Push- Pull	-0,3…3,8	0,12	SOIC-8, MSOP-8
LM397	1	компара- тор общего примене- ния	250	5…30	7	Откры- тый колл.	5…28,5	0,25	SOT23-5
LM392	1	низкое потреб- ление	500	3…32	5	Push- Pull	3…30	1,5	MDIP-8, SOIC-8
LM6511	1	время установ- ления 180 нс	2,7 мА	2,7…36	5	Откры- тый колл.	3,2…34,75	0,18	SOIC-8
LM111	1	компара- тор общего примене- ния	5,1 мА	5…36	3	Откры- тый колл.	0,5…34	0,2	CERDIP-8/14, CERPAK, CERPAK-10, LCC-20
LM211	1	компара- тор общего примене- ния	5,1 мА	5…36	3	Откры- тый колл.	0,5…34	0,2	TO5-8
LM311	1	компара- тор общего примене- ния	5,1 мА	5…36	7,5	Откры- тый колл.	0,5…35	0,2	MDIP-8

^*CMVR — Common-Mode Voltage Range (диапазон допустимого синфазного напряжения на входах)
^**RSPECL — положительная эмиттерно-связанная логика с малым размахом сигнала

Скоростные компараторы National Semiconductor

Среди последних новинок особого внимания достоин скоростной сдвоенный компаратор LMH7322. Он имеет самое низкое потребление энергии (типовое значение 21 мА). Задержка распространения сигнала составляет менее одной наносекунды (700 пс) при работе на логические микросхемы RSPECL (положительная эмиттерно-связанная логика с малой амплитудой сигнала). Этот компаратор является усовершенствованием компаратора LMH7220 с низковольтным дифференциальным выходом LVDS. В конце 2007 года компания National Semiconductor планирует начать поставку образцов счетверенного компаратора с параметрами, близкими к LMH7322. Раздельное питание входных и выходных цепей LMH7322 позволяет легко согласовать входные и выходные сигналы разных частей устройства, не используя специализированные микросхемы для сдвига уровней. Кроме того, LMH7322 допускает отрицательное напряжение на входе до -6 В при однополярном напряжении питания до 12 В.

Время нарастания и спада сигнала LMH7322 составляет 160 пс.

Рис. 2. Допустимые диапазоны входных напряжений LMH7322 и компараторов этого класса от других производителей

На рисунке 2 показаны допустимые входные диапазоны напряжений для LMH7322 и компараторов этого класса от других производителей.

Рис. 3. LMH7322. Схема преобразования аналогового сигнала в сигнал с уровнями LVDS и стандартное включение этого компаратора

На рисунке 3 приведены рекомендуемые производителем схемы включения скоростного компаратора LMH7322 для преобразования аналогового сигнала в сигнал с уровнями LVDS и стандартное включение этой микросхемы.

К длительности задержки распространения компаратора LMH7322 необходимо относиться очень внимательно, так как этот параметр зависит от окружающей температуры и напряжения питания, и в худших случаях может доходить до 1050 пс. Эти факторы разработчик должен обязательно учитывать, если проектируемая аппаратура предназначена для работы в широком диапазоне температур и напряжений питания. Упомянутые зависимости приведены на рисунке 4. Интересно отметить, что при низкой рабочей температуре задержка распространения минимальна и приближается к значению 650 пс.

Рис. 4. Зависимости длительности задержки компаратора LMH7322 от напряжения питания и температуры

Типовое применение и основные параметры компаратора LMH7220 (предшественника LMH7322) приведены на рисунке 5. Выход LVDS этого компаратора обеспечивает уровень сигнала 325 мВ для передачи по симметричной линии с волновым сопротивлением 100 Ом. Этим обеспечивается малая чувствительность к шумам и электромагнитным помехам. Выходной сигнал с уровнями LVDS минимизирует потребление энергии по сравнению с выходом эмиттерно-связанной логики (ECL). Благодаря характеристикам выходного каскада потребление энергии остается очень малым даже при увеличении скорости передачи данных.

Рис. 5. Типовое применение скоростного компаратора LMH7320 с выходом LVDS и низким потреблением

В этой статье уже отмечалось, что с ростом быстродействия увеличивается и потребляемая мощность. Однако, в линейке скоростных компараторов National Semiconductor есть LMV7235 и LMV7239 с током потребления всего 65 мкА (ultra-low power, по определению производителя) при задержке распространения сигнала 45 нс (см. таблицу 1). Эти компараторы отличаются только типом выходного каскада. LMV7235 имеет выход с открытым стоком, а у LMV7239 выход построен по схеме Push-Pull. Чтобы не быть голословным, проиллюстрируем зависимость тока потребления LMV7235 и LMV7239 рисунком 6, взятым из документации производителя. В худшем случае при напряжении 1,5 В ток потребления не превышает 30 мкА.

Рис. 6. Зависимость тока потребления от напряжения питания и температуры для быстродействующих компараторов LMV7235 и LMV7239 с низким потреблением и задержкой распространения 45 нс

National Semiconductor рекомендует использовать компараторы LMV7239 для схем кварцевых генераторов и приемников импульсов инфракрасного излучения, основываясь на их высоком быстродействии и низком потреблении. Примеры реализации этих схем приведены на рисунке 7.

Рис. 7. Кварцевый генератор и приемник импульсов инфракрасного излучения, выполненные на основе LMV7239

В документации производителя есть еще несколько интересных решений на описанных выше микросхемах. Заинтересованный читатель без труда найдет их на сайте National Semiconductor: www.national.com.

Компараторы National Semiconductor с низким потреблением

Широкое распространение техники с автономным питанием стимулирует производителей к выпуску электронных компонентов с низким потреблением энергии. В перечне выпускаемых микросхем компании National Semiconductor есть компараторы с минимальным напряжением питания (всего 1,8 В). Они имеют Rail-to-Rail вход и выход, а потребляемый ток находится в пределах 600 — 800 нА во всем диапазоне напряжений питания. Речь, конечно, идет о новых компараторах LPV7215. Производитель указывает задержку распространения для этой микросхемы 6,6 мкс. Но ранее в статье уже было отмечено, что, измеряя этот параметр, необходимо учитывать величину перепада напряжения на входах, температурный режим и напряжение питания. Для полной точности нужно еще учитывать и направление перепада напряжения на входе компаратора (с высокого уровня на низкий и наоборот). В своей документации National Semiconductor приводит все эти зависимости. Некоторые из них для компараторов LPV7215 показаны на рисунке 8.

Рис. 8. Зависимости тока потребления от напряжения питания и температуры, задержки переключения от перепада напряжения на входе для микромощного компаратора LPV7215

Популярные компараторы LM311 (LM211, LM111), которые выпускаются уже в течение многих лет, производитель относит к компараторам с низким потреблением, хотя при изучении таблицы 1 это представляется спорным. Но, учитывая огромную популярность этих микросхем, National Semiconductor до сих пор продолжает их выпускать. Больший интерес для разработчика могут представлять сдвоенные компараторы LM393 (LM293, LM193). Они имеют расширенный диапазон напряжений питания от 2 до 36 В, низкое напряжение смещения, низкий ток потребления при более высокой точности по сравнению с LM311. Но задержка распространения у LM393 больше и составляет около 0,4 мкс.

Отдельного внимания заслуживает прецизионные низковольтные компараторы LMV761 (одиночный) и LMV762 (сдвоенный) с диапазоном напряжений питания от 2,7 до 5 В. Они характеризуются высокой точностью при относительно высоком быстродействии. Основные параметры этих микросхем приведены на рисунке 9.

Рис. 9. Основные параметры и зависимости напряжения смещения LMV761 и LMV762 от напряжения смещения и температуры

Вся информация для статьи взята с сайта производителя: http://www.national.com/.  

По вопросам получения технической информации,
заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ.
e-mail: [email protected]

Универсальный контроллер питания для мобильных приложений

LP3910 от National Semiconductor — это гибкое решение для создания универсального модуля питания (PMU — Power Management Unit), которое содержит в себе интегрированный повышающе-
понижающий преобразователь и несколько различных регуляторов напряжения. Помимо этого, LP3910 имеет два отдельных входа для питания устройства и зарядки батарей от шины USB или сетевого адаптера.

Интегрированный контроллер заряда поддерживает автоматическое переключение источников энергии. Наличие интерфейса I²C позволяет разработчикам изменять электрические характеристики и режимы системы питания, такие как значения выходных напряжений и варианты переключения источников питания под конкретное приложение.

В портативных устройствах, где используется питание 3,3 В, повышающе-
понижающий преобразователь позволит продлить время работы от батарей. Li-Ion аккумулятор, как самый популярный выбор для питания мобильных приложений, как правило, имеет диапазон рабочих напряжений от 2,9 до 4,2 В. Когда аккумулятор заряжен, конвертер понижает напряжение до необходимого значения. Когда аккумулятор разряжен до значения менее 3,3 В, преобразователь повышает напряжение. Технически это позволяет увеличить время работы устройства от батареи на 10%, по сравнению с обычным понижающим преобразователем.

Программируемый контроллер питания LP3910, доступный в 48-выводном корпусе LLP размером 6х6 мм, содержит 4-канальный 8-битный АЦП для контроля аккумулятора и двух внешних источников питания. Для приложений, не использующих Flash-память или жесткий диск, National Semiconductor выпустила модификацию LP3913 с такими же функциями, что и у LP3910, но без повышающе-
понижающего преобразователя, который заменен только на понижающий, с максимальным рабочим током до 500 мА.

•••

Наши информационные каналы

Каталог продукции — Полупроводниковые приборы, микросхемы, радиолампы — Микросхемы — Операционные и СВЧ усилители, Компараторы

Каталог продукции Обновлен: 20.08.2021 в 13:30 Aвтоматика, Робототехника, Микрокомпьютеры Акустические компоненты Блоки питания, батарейки, аккумуляторы Датчики Двигатели, вентиляторы Измерительные приборы и модули Инструмент, оборудование, оснастка Аксессуары для пайки Антистатические принадлежности Бокорезы, ножницы, резаки Дрели, фрезеры, бормашины Жала для паяльников и станций Инструмент для зачистки изоляции Инструмент для обжима Лупы, микроскопы Нагреватели инфракрасные Ножи, скальпели Отвёртки Отсосы для припоя Паяльники газовые и горелки Паяльники электрические Паяльные станции и ванны, сварочные автоматы Пинцеты, зажимы Плоскогубцы, круглогубцы Подставки для паяльников и штативы Принадлежности для паяльников и станций Прочий инструмент и оснастка Сверла, фрезы, боры Термоклеевые пистолеты Тиски, станины Штангенциркули, линейки Источники света, индикаторы Кабель, провод, шнуры Коммутация, реле Конструктивные элементы, корпуса, крепеж Материалы и расходники Пассивные элементы Полупроводниковые приборы, микросхемы, радиолампы Разъёмы, клеммы, соединители, наконечники Текстолит, платы Товары бытового назначения Трансформаторы, сердечники, магниты

Информация обновлена 20.08.2021 в 13:30 Вид: Сортировка: По наличиюпо алфавитупо цене Кол-во на странице: 244860120

Примеры программирования микроконтроллеров, создание схем на микроконтроллерах, микроконтроллеры для начинающих

Новостная лента Microchip расширяет экосистему Arduino-совместимой отладочной платформы chipKIT Компания Microchip сообщила о расширении экосистемы отладочной платформы chipKIT. В состав Arduino-совместимой платформы chipKIT вошла высокоинтегрированная отладочная плата с Wi-Fi модулем и плата расширения для управления электродвигателями, разработанные компанией Digilent. Подробнее >>> Источник: http://www.rlocman.ru Просмотров: 28590 Дата добавления: 02.10.2014 MicroView — супер миниатюрная Arduino-совместимая отладочная плата с OLED дисплеем На портале Kickstarter представлен проект супер миниатюрной отладочной платформы Arduino, выполненной в форм-факторе 16-выводного корпуса DIP и имеющей встроенный OLED дисплей с разрешением 64×48 точек. Несмотря на то, что отладочная плата является полностью завершенным решением, она может устанавливаться на макетную плату или непосредственно впаиваться в печатную плату для расширения функционала и управления внешней периферией. Подробнее >>> Источник: http://www.rlocman.ru Просмотров: 27934 Дата добавления: 17.04.2014 Размеры самого миниатюрного в мире ARM-микроконтроллера Freescale сократила еще на 15% Freescale Semiconductor совершила новый технологический прорыв, добавив к семейству Kinetis самый миниатюрный и энергоэффективный в мире 32-разрядный микроконтроллер Kinetis KL03 с архитектурой ARM. Основанный на микроконтроллере предыдущего поколения Kinetis KL02, новый прибор получил дополнительную периферию, стал намного проще в использовании, и при этом сократился в размерах до 1.6 × 2.0 мм. Подробнее >>> Источник: http://www.rlocman.ru Просмотров: 1871 Дата добавления: 17.04.2014 Как вырастить микросхему с помощью белка Без кремния немыслимо производство полупроводников, где он буквально нарасхват. При этом, естественно, большое значение имеют чистота вещества и строение кристаллов кремниевых соединений. Исследователи из Университета Лидса (Великобритания) предлагают способ выращивания таких кристаллов с помощью молекулярной биологии. По их мнению, это позволит создавать электронные микросхемы более высокого качества. Подробнее >>> Источник: http://www.newscientist.com/ Просмотров: 3019 Дата добавления: 06.03.2014 Открытие нового раздела на сайте MCULAB.RU На нашем сайте открыт новый раздел. Раздел посвящён моделированию различных схем по сопряжению микроконтроллеров и датчиков. Освещается схемотехника подключения к МК внешних устройств. В данной области до сих пор отсутствует систематизация, поэтому сделана попытка создать банк типовых решений, который в дальнейшем может дополняться, уточняться, расширяться. Подробнее >>> Источник: / Просмотров: 129718 Дата добавления: 04.02.2014 На сайте представлены примеры программирования, которые будут полезны как для опытного разработчика схем на микроконтроллерах, так и для новичка. Особо рассматривается программирование микроконтроллеров для начинающих пользователей. Программные примеры программирования разбиты на различные разделы. Основную массу составляют примеры программирования микроконтроллеров avr и микроконтроллеров microchip. Пользователю предлагается познакомиться с различными примерами программирования и различными средами программирования: MicroLab, AVRStudio, MikroC, FloweCode. Представлены схемы на микроконтроллерах ведущих производителей: PIC и AVR. Рассматривается огромное количество схем для начинающих разработчиков. Если Вы начинающий радиолюбитель, то для Вас мы приготовили раздел микроконтроллеры для начинающих. Современные микроконтроллеры относятся к классу микропроцессорных устройств. В основе принципа действия таких элементов лежит исполнение последовательного потока команд, называемого программой. Микроконтроллер получает программные команды в виде отдельных машинных кодов. Известно, что для создания и отладки программ, машинные коды подходят плохо, так как трудно воспринимаются человеком. Этот факт привел к появлению различных языков программирования и огромного количества различных компиляторов. В основе языков программирования микроконтроллеров лежат классические языки для компьютеров. Единственным отличием становится ориентированность на работу со встроенными периферийными устройствами. Архитектура микроконтроллеров требует, например, наличия битово-ориентированных команд. Последние выполняют работу с отдельными линиями портов ввода/вывода или флагами регистров. Подобные команды отсутствуют в большинстве крупных архитектур. Например, ядро ARM, активно применяемое в микроконтроллерах, не содержит битовых команд, вследствие чего разработчикам пришлось создавать специальные методы битового доступа. Популярное в разделе «MikroC» Популярное в разделе «FloweCode» Популярное в разделе «MicroLab» Популярное в разделе «AVR Studio» Популярное в разделе «Теоретические основы эл-ки» Популярное в разделе «Основы МП техники» Популярное в разделе «Аналоговый и цифровой сигнал» Популярное в разделе «Цифровая схемотехника» Примеры программирования микроконтроллеров будут представлены на хорошо всем известном языке Си. А перед тем как постигать азы программирования микроконтроллеров и схемотехнику устройств на микроконтроллерах, авторам предлагается ещё раз вспомнить основы микропроцессорной техники, основы электроники, полупроводниковую электронику, аналоговую и цифровую схемотехнику, а так же азы аналогового и цифрового представления сигнала. Для тех, кому хочется получить новые знания в области современного программирования, можно будет познакомиться с графическим языком программирования LabView. Выбор языка программирования зависит от множества факторов. В первую очередь, типо решаемых задач и необходимым качеством кода. Если Вы ведёте разработку малых по объёму и несложных программ, то можно использовать практически любой язык. Для компактного кода подойдет Ассемблер, а если ставятся серьезные задачи, то альтернативы С/С++ практически нет. Также необходимо учитывать доступность компилятора. В итоге самым универсальным решением можно назвать связку Ассемблера и C/C++. Для простого освоения языков, можно воспользоваться примерами программ для микроконтроллера. Использование примеров программирования упростит и ускорит процесс освоения программирования микроконтроллеров. Схемы на микроконтроллерах позволят начинающим разработчикам освоить тонкости проектирования, моделирования и программирования микроконтроллеров.

МИКРОСХЕМЫ КОМПАРАТОРОВ — Студопедия

А — источник опорного напряжения с плавной регулировкой выходного напряжения на микросхеме К544УД1; б — микрофонный усили­тель на микросхеме К153УД1А; в — усилитель мощности (50 Вт) на микросхеме К140УД7

Таблица 2.7

Операционный усилитель	K’, тыс.	KОС.Сф, дБ	Uсм, МВ	ДUсм/дT, мкВ/°С	Iвх, НА	ДIвх, нА	Rвх кОм	fт. МГц	Uип в	Iпот, мА
140УД1А	0,9								6,3	4,2
140УД1Б									12,6
140УД2									12,6
14СУД5А	0,8; 2				800; 1000		150; 100		6; 12	5; 10
140УД5Б	1,4;3		4,5		3600;				6; 12	5; 10
140УД6А										2,8
140УД6В				—						2,8
140УД7								0,8		2,8
140УД8А					0,2	0,15	—
140УД8Б			—		0,2	0,15	—
140УД9									12,6
140УД10				—			1000.
140УД11				. —			—		—
140УД12				—	7,5		—	0,3	3-М6.5	0,03
140УД13	0,01	ПО	0,05	—	0,5	0,2		0,01
140УД14						0,2		0,5	5-4-18	0,6
153УД1
153УД2
153УДЗ							—			3,6
153УД4								0,7		0,7
153УД5А			1,5					0,1		3,5
153УД5Б			1,5							3,5
153УД6								0,7
284УД1А						—				2,5
284УД1Б						—				2,5
284УД1В						—				2,5
284УД2						—		—		2,5
544УД1А					0,15	0,05				3,5
544УД1Б				—		0,5				3,5
544УД1В				—		0,5				3,5
544УД2А				—	0,1	0,1	—	—
544УД2Б				—	0,5	0,5	—	—
544УД2В				—			—	—
553УД1А		—	7,5	—			—	—
553УД1Б		—	7,5	—			—	—
553УД1В		—		—			—	—
553УД2		—	7,5	—			—	—
710УД1
740УД1А			7,5					—		0,7
740УД1Б			2,5	—	—	—		—		4,5
740УД2					—	—		—		4,5
740УДЗ	0,4						—		6,3	4,5
740УД4
740УД5			7,5							2,8

Рис. 2.31. Варианты примене­ния микросхем ОУ:

Входной каскад выполнен по дифференциальной схеме на тран­зисторах Т₁и Т₂, в общую эмиттерную цепь которых включен то-костабилизирующий двухполюсник с большим внутренним сопро­тивлением на транзисторе Т₃ с термокомпенсирующим диодом (транзистор Т₆в диодном включении) в цепи базы. Основное на­значение входного каскада операционного усилителя — большое усиление дифференциального сигнала при максимально возможном подавлении синфазной помехи.

Выходной сигнал первого дифференциального каскада микро­схемы снимается с дифференциального выхода (резисторы ri и R₂) и подается на второй дифференциальный каскад на транзисто­рах Т₄и Т₅. Так как требования по подавлению синфазной помехи в этом каскаде ниже, чем в первом, вместо токостабилизирующего элемента в эмиттерной цепи использован резистор. Различие диф­ференциальных каскадов заключается также в отсутствии рези-стивной нагрузки в цепи коллектора транзистора 74, в которой нет необходимости при переходе от симметричного входа к несим­метричному выходу. Так как выходное напряжение каждого дифференциального каскада содержит не только полезный сигнал, но и постоянную составляющую напряжения коллектор — база транзистора, на коллекторе транзистора Т₅относительно «земли» имеется постоянное напряжение. Его необходимо нейтрализовать, сохранив передачу полезного сигнала, причем использование разделительного конденсатора недопустимо, поскольку ОУ является усилителем постоянного тока. Для решения этой задачи перед выходным каскадом помещен каскад смещения уровня на тран­зисторах Т₇и T_s. Смещение уровня происходит на резисторе R₉ вследствие протекания через него коллекторного тока транзистора Т₈, который использован в качестве генератора стабильного тока. Так как резистор Rg и сопротивление коллекторного перехода транзистора Т_&образуют делитель с большим сопротивлением ниж­него (транзисторного) плеча, сигнал почти без затухания посту­пает на базу транзистора Т₉выходного каскада. Компенсацию температурного дрейфа тока кол­лектора транзистора Т$ обеспе­чивает транзистор tq.

Выходной каскад ОУ на транзисторе Г₉ выполнен по схе­ме эмиттерного повторителя. Он предназначен для усиления по мощности. Повышению усилении способствует положительная об­ратная связь за счет передачи части выходного напряжении с делителя R₁₀ — R₁₂на эмиттер транзистора T₈. Часть сигнала синфазной помехи, которая про­сачивается на выход усилителя, по цепи обратной связи воздей­ствует на базу транзисгорз T₃, ослабляя действие помехи. Вклю­ченный между базами транзисто­ров Т-; и Тэ диод Д₁предназна­чен для дополнительного отбора тока при коротком замыкании на выходе усилителя.

Устойчивость работы усили­теля достигается подключением корректирующей цепи между выводами 1 и 12. На НЧ в качестве корректирующей цепи целесообразно подключить к выводу 3 кон­денсатор емкостью 0,01 мкФ.

Рис. 2.32. Микросхемы ОУ КНОУД1 (а) и КНОУД7 (б),

Микросхему К140УД1 выпускают в двух модификациях, раз­личие между которыми показано в табл. 2.7.

Микросхема К140УД7 (рис. 2.32,6) по числу каскадов, внося­щих основной вклад в обеспечение общего коэффициента усиления, относится к двухкаскадным ОУ. Входной каскад усилителя вы­полнен по сложной схеме на транзисторах Т&, Гц, Тд, Г)₂ с допол­няющими проводимостями. Плечи каскада построены по схеме ОК. — ОБ. На транзисторах T₂ и T₂₀ выполнен стабилизатор раз­ности токов, что позволяет поддерживать постоянство токов вход­ного каскада. Смещение на базы этих транзисторов подано с тран­зисторов в диодном включении.

Выходное напряжение первого каскада усиливается вторым каскадом на транзисторах Т13, Т15. Каскад нагружен на параллель­но включенные внутреннее сопротивление генератора стабильного тока (на двухколлекторном транзисторе T₄) и сопротивление двух-эмиттеркого транзистора Т₁₆.

Выходной каскад ОУ выполнен на транзисторах Т$ и 7₂₂. Он работает в режиме АВ. Транзисторы Т₆и Гю обеспечивают сме­щение рабочей точки транзисторов выходного каскада. Транзисторы Т₇и T₁₇ предназначены для защиты выходного каскада от пере­грузки. Они открываются при недопустимом увеличении падения напряжения на резисторах R₃и R₄. Транзисторы Г₂₃ и Т₁₆(по цепи второго эмиттера) предназначены для линеаризации амплитудной характеристики ОУ.

Конденсатор С₁полностью корректирует АЧХ ОУ. Для повы­шения скорости нарастания выходного напряжения можно умень­шить степень коррекции, подключив к выводу 8 конденсатор емко­стью 150 пФ. Для балансировки ОУ рекомендуется включить пере­менный резистор между эмиттерами транзисторов T_iuи 7₁₉ (выводы 1 и 5).

В практике радиолюбителей часто возникает необходимость в сравнении величин аналоговых сигналов с выдачей результата сравнения в виде двухуровневого логического сигнала. Решить эту задачу можно с помощью специальных микросхем — компараторов. В общем случае это специализированные ОУ с дифференциальным входным каскадом, работающим в линейном режиме, и одиночным или парафазным выходным каскадом, работающим в режиме огра­ничения.

Обычно на один из входов компаратора подают исследуемый сигнал, на другой — опорное напряжение. Если их разность меньше напряжения срабатывания, на выходе формируется сигнал логиче­ской 1, в противном случае — сигнал логического 0.

Компараторы применяют в высокоскоростных аналого-цифро­вых преобразователях, усилителях считывания запоминающих устройств, автогенераторах, пиковых детекторах, дискриминаторах и других устройствах.

Интегральные компараторы напряжения | Авторская платформа Pandia.ru

РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ-КОНСТРУКТОРАМ

Б. УСПЕНСКИЙ

 

Компараторы осуществляют переключение выходного напряжения, когда изменяющийся входной сигнал ста­новится выше или ниже определенного уровня. Компа­раторы принадлежат к классу формирователей, предназначенных для перехода от аналоговых сигналов к цифровым. Поэтому оконечные каскады компараторов обычно конструируются таким образом, чтобы выходное напряжение соответствовало бы принятым логическим уровням распространенных цифровых микросхем.

Рис. 1. Компаратор сигналов, выполненный на ОУ: а — включение ОУ; б — выходной сигнал

Если включить операционный усилитель (ОУ) без обратной связи так, как это показано на рис. 1 для распространенной микросхемы К553УД1А, и подать на один вход сигнал UBX, а на другой — постоянный уровень опорного напряжения Uon, то выходное напряжение ивых скачком изменяется от максимального до мини­мального (или наоборот), когда сигнал проходит задан­ный на другой вход уровень сравнения. В приведенной схеме выходное напряжение соответствует уровням ло­гической 1 и логического 0 цифровых ТТЛ-микросхем, для чего использованы вспомогательный источник напря­жения + 3 В и ограничитель на кремниевых диодах VD1, VD2. Если поменять местами UBX и Uon, изменится поря­док переключения выходного напряжения. Благодаря вы­сокому коэффициенту усиления ОУ схема переключается при очень малой разности напряжений входного сигнала и постоянного уровня, т. е. сравнение двух напряжений происходит с высокой точностью.

Более простой компаратор с такими же выходными сигналами можно построить на ОУ К553УД2 по схеме рис. 2. Здесь амплитуда выходного напряжения ограничивается с по­мощью стабилитрона VD1, подклю­чаемого ко второму каскаду уси­ления.

Рис. 2 Компаратор на ОУ К553УД2

Регенеративный компаратор — это устройство с положительной обратной связью, обладающее гисте-резисной характеристикой выход-вход. Если выход компаратора на рис. 1,а соединить с неинвертирующим входом через резистор 10 МОм (107), то при наличии резистора R2=10 кОм (104) получим напряжение гистерезиса (мВ)

Вводить гистерезис в компаратор целесообразно в том случае, когда сигнал поступает на фоне помех. После переключения возврат в исходное состояние про­изойдет лишь тогда, когда сигнал уменьшится на вели­чину Ur, т. е. будет запас на помехоустойчивость. Реге­неративный компаратор является аналогом триггера Шмитта, а также служит основой для построения муль-тивибраторных устройств.

При переключении до уровня +4 В время нараста­ния выходного сигнала у компаратора, построенного на типовом ОУ с полосой единичного усиления около 1 МГц, составляет примерно 0,5…! мкс при превышении сигналом опорного напряжения на 10 мВ, а время за­держки достигает 3…5 мкс. Такое быстродействие недо­статочно для цифровых устройств. Поэтому был разра­ботан ряд интегральных микросхем — дифференциаль­ные компараторы сигналов.

Интегральные компараторы напряжения представ­ляют собой специализированные ОУ с двумя входами и цифровым выходом, иногда с двумя выходами проти­воположного знака на стандартных уровнях 1 и 0 циф­ровых микросхем. Сокращая амплитудный диапазон вы­ходного сигнала и принимая меры для предотвращения глубокого насыщения каскадов, удается повысить быст­родействие компаратора. Отсутствие частотной коррекции препятствует использованию компараторов в линей­ном режиме.

Приводим перечень выпускаемых отечественной про­мышленностью интегральных микросхем — компарато­ров напряжения с кратким указанием их отличительных особенностей (время задержки, потребляемая мощ­ность и др.).

Таблица 1

с g	Функция, выполняемая мик­росхемами, особенности	Условное обозначедие	Зарубежный аналог	Тип корпуса
1	Сдвоенный компаратор, 1ЗД= 110 не	52ICA1	мА7П	301.12-1
К554СА1	мA711C	201.14-6
2	Компаратор, t3fl = 120 не	521СА2	мА710	301.8-2
К554СА2	мА710С	201.14-6
3	Компаратор, 1ЗД = 300 не	521САЗ	LM111	301.8-2
К554САЗ	LM311	201.14-1
4	Быстродействующий стробируемый компаратор, 1ЗД = 26 не	521СА4	SE527K	301.12-1
КР521СА4	NE527K	201.14-1
5	Компаратор со стробиро-ванием и запоминанием предыдущего состояния, выход на ЭСЛ, 1ЗД = 6,5 не	597СА1	Аm685	402.16-6
КМ597СА1	»	201.16-5
КР597СА1	»	238.16-2
6	Компаратор со стробиро- ванием и запоминанием предыдущего состояния, выход на ТТЛ, 1ЗД = 12 не	597СА2	Аm686	402.16-6
КР597СА2	»	201.16-5
КР597СА2	»	238.16-2
7	Два маломощных компа- ратора, 1ЗД = 300 не, Рпотр = 100 мВт	597САЗ	LM119	402.16-33
КМ597САЗ	ICB8001C	201.16-5
КР597САЗ	LM319	238.16-2
8	Компаратор средней точ­ности, 13д = 60 не, Рпотр = 80 мВт	521СА5	Без аналога	401.14-4

Из приведенных в табл. 1 интегральных компарато­ров наиболее интересны с точки зрения универсальности применения компаратор К554САЗА (Б) и сдвоенный компаратор К554СА1.

Рис. 3. Упрощенная внутренняя схема компаратора К554САЗ

Упрощенное изображение схемы компаратора К554САЗ дано на рис. 3. Из четырех усилительных ка­скадов первый на p-n-р транзисторах VT1 и VT2 рабо­тает как буферный, причем электропрочность транзи­сторов обеспечивает возможность подачи на входы напряжений от — Еп до +ЕП без опасности вывода ком­паратора из строя. Два последующих дифференциаль­ных каскада на транзисторах VT3 — VT6 усиливают сигнал. На оконечный транзистор VT11 сигнал пере­дается усилительным транзистором VT9, a VT10 с дат­чиком тока R10 предотвращают перегрузку транзистора VT11. Нормальный ток нагрузки компаратора — до 50 мА. Сама нагрузка может быть подключена либо в цепь коллектора между выводом 9 и источником поло­жительного напряжения при замыкании вывода 2 на общий провод питания или на — Еп, либо в цепи эмит­тера между выводом 2 и источником отрицательного на­пряжения, а если его нет — общим проводом питания. При этом вывод 9 следует соединить с плюсом питаю­щего напряжения. В первом случае каскад на транзи­сторе VT11 является усилительным с общим эмиттером, во втором — эмиттерным повторителем. Максимальная разность напряжений не должна превышать: между вы­водами 11 и 6 — 36 В, 9 и 6 — 50 В, 2 и 6 — 30 В, 3 и 4 — ±30 В. Вывод 2 может присоединяться к любому напряжению, находящемуся между потенциалами + ЕП и — ЕП, или замыкаться с выводом 6 при работе микро­схемы от одного источника питания. Таким образом, компаратор К554САЗА (Б) может работать как от на­пряжений ± 15 В, используемых обычно для ОУ, так и от единственного источника +5 или +9 В, от которого питаются цифровые ТТЛ – или КМОП-микросхемы. Важ­ной особенностью является также сохранение работоспособности при сравнении входных напряжений, не дохо­дящих до — Еп или до нуля при однополярном питании всего лишь на 0,3…0,5 В. В связи с этим применение компаратора может быть разнообразным, и его можно непосредственно расположить на плате любого аналого­вого или цифрового блока. Такой гибкости применения сопутствует также и то обстоятельство, что компаратор К554САЗ является высокоточным, обладающим коэффи­циентом усиления не ме­нее 150000 при напряже­нии питания ±15 В, сме­щением нулевого уровня не более 7,5 мВ при со­противлении генератора 50 кОм. Входной ток компаратора — до 250 нА, при этом разность вход­ных токов для двух его входов — не более 50 нА (для группы А — 100 и 10 нА).

Рис. 4. Схема включения микро­схемы К554САЗА, Б

Основная схема включения этого компаратора (рис. 4) содержит орган регулировки смещения нулевого уровня входного напряжения (R1), а также дает воз­можность осуществить правильное считывание выходно­го сигнала только во время отсутствия положительного строб-импульса, что способствует повышению помехо­устойчивости устройств с компараторами. При наличии логической 1 на входе «Строб» выходной уровень компа­ратора становится высоким независимо от полярности разностного сигнала на входе, так как транзистор VT1 шунтирует одно из плеч дифференциального каскада. Когда стробирование не требуется, транзистор VT1 и связанные с ним элементы исключаются. Если же и ре­гулировка нуля не требуется, то выводы 7, 8 оставляют неподключенными. Однако следует иметь в виду, что у рассматриваемого компаратора напряжения, как и у всех высокочастотных ОУ без цепей коррекции, имеется склонность к самовозбуждению, в данном случае — из-за паразитной обратной связи между выводом 9 и сосед­ними выводами 7, 8 коррекции нулевого уровня. При трассировке схемы необходимо сделать все возможное для того, чтобы эти цепи на плате были разнесены как можно дальше. Если выводы 7, 8 не используются, то лучше соединить их вместе, чтобы минимизировать эф­фект обратной связи. С резисторами Rl, R2 на рис. 4 тот же результат может быть получен при включении между выводами 7, 8 конденсатора емкостью 0,1 мкФ. При подаче на компаратор К554САЗА (Б) сигналов от источников с малым внутренним сопротивлением це­лесообразно включить последовательно со входами ком­паратора резисторы для ограничения пикового тока на случай действия входных сигналов на компаратор с отключенным питанием, а также и при наличии питания, но с повышенными входными сигналами положительного или отрицательного напряжения источника питания. Конденсаторы с емкостью более 0,1 мкФ, подключенные к входным клеммам компаратора, также можно рассмат­ривать как источники с малым внутренним импедансом, поэтому и от них входы следует отделить с помощью резисторов, так как заряженный конденсатор в случае резкого выключения питания сохраняет на входе боль­шее напряжение, чем у источников питания.

Рис. 5. Характеристики переключения микросхемы К554САЗА, Б с коллекторной нагрузкой на выходе:

а — схема включения; б — нарастание выходного сигнала; в — спад выходного сигнала

На рис. 5 представлены характеристики нарастания и спада выходного сигнала при уровнях превышения входным сигналом опорного напряжения на 2 — 5 — 20 мВ для схемы включения нагрузки в цепь коллектора вы­ходного транзистора микросхемы К554САЗА, Б. На рис. 6 аналогичные характеристики даны для случая, когда нагрузка включена в цепь эмиттера. При этом выходной транзистор не усиливает напряжения, и общий коэффициент усиления компаратора уменьшен, что при­водит к затягиванию фронтов импульсов на выходе. Характеристики на рис. 5, 6 даны для нормальной окру­жающей температуры.

Рис. 6. Характеристики переключения микросхемы K554GA3A, Б с эмиттерной нагрузкой на выходе:

а — схема включения; б — нарастание выходного сигнала; в — г спад выход­ного сигнала

Характеристику переключения компаратора К554САЗА (Б) можно улучшить, применяя схему соеди­нения выводов по рис. 7. Скорость изменения выходного напряжения достигает значения 18 В/мкс вместо 7,0 В/мкс для типовой схемы включения, однако полу­чается это ценой увеличения силы входного тока.

Рис. 7. Схема соединения выводов микросхемы К554САЗА, Б для увеличения скорости переклю­чения

Особенности внутреннего строения сдвоенного компа­ратора К554СА1 поясняет рис. 8. Выходы двух дифференциальных усилителей объединены в один общий, выполненный по схеме ИЛИ. Стробироваиие компарато­ров раздельное. Стабилитроны с номинальным напря­жением 6,2 В необходимы для сдвига уровней напряже­ния на входных и выходных шинах. В отличив ©т ком­паратора К554СА1 компараторы, входящие в состав микросхемы КР597САЗ, каждый имеет отдельный кол­лекторный выход. Оба выхода можно объединить по схеме ИЛИ с общей нагрузкой. Однак© выводов строби-рования последний компаратор не имеет.

Рис. 8. Упрощенная схема ком­паратора К554СА1

Приведем примеры типичного использования компа­раторов.

Рис. 9. Двухпороговый дискри­минатор

Компараторы часто применяют в устройствах, где необходимо чувствовать момент, когда входной сигнал выходит из некоторой заданной области. Если эта область задана двумя уровнями напряжений, то удобно применить сдвоенный компаратор по схеме рис. 9. Пока­занный двухпороговый дискриминатор является упро­щенной разновидностью амплитудного анализатора им­пульсов. На оба компаратора поступает один и тот же сигнал ивх. Компаратор DA1.1, включенный инверсно, сравнивает входной сигнал с опорным напряжением UA таким образом, что на его выходе будет логическая 1, когда UBX<UA. Компаратор DA1.2 сравнивает тот же входной сигнал с большим опорным напряжением, а именно — с (UA+KUZ), где K = R2/(R1 + R2). Компара­тор DA1.2 выдает логическую 1 при входном сигнале большем, чем (UA + KUz). Следовательно, в интервале UA<UBX<(UA+KUZ) оба компаратора дают «нулевой» сигнал. Во всех остальных случаях логическая 1 на общем выходе 10 свидетельствует о том, что входной сигнал вышел за пределы допусковой зоны. Путем мед­ленного изменения Uon при постоянном значении KUZ можно проводить анализ амплитуды входных импульсов. Надо лишь учитывать, что для микросхемы К554СА1 синфазная составляющая входного сигнала не должна превышать ±5 В. Добавив на вход делитель напряже­ния, можно обнаруживать более высокие уровни вход­ного сигнала. Общее для двух компараторов стробиро-вание позволяет выделить интервал времени, когда сле­дует производить амплитудный анализ.

Рис. 10. Амплитудный дискриминатор

Дискриминатор по схеме рис. 9 не позволяет выявить, в какой зоне исследуемых входных напряжений находится случайный сигнал, попавший в заданную двумя порогами область («окно»). Такую возможность предоставляет более сложный дискриминатор по схеме рис. 10, имеющий несколько цифровых выходов.

Компаратор DA1 сравнивает входное напряжение с опорным Uon; при изменении своего состояния он пере­ключает двухполярный источник тока, собранный на ОУ DA3. Его выходной ток 1Х, создавая на резисторе R2 падение напряжения того или иного знака, определяет текущее смещение нулевого уровня компаратора DA2. С номиналами питания ±5 В оно равно + (5*R2/R1) В при UBx>Uon или — (5*R2/R1) В при UBX<UOII; для принятых номиналов сопротивлений смещение состав­ляет ±0,5 В. Таким образом, уровни переключения мик­росхемы DA2 будут равны: Ui=Uon+0,5 В и U2=Uon — 0,5 В. Эти уровни определяют границы «окна», внутри которого напряжение U0п расположено посередине. Ло­гическую обработку выходных сигналов компараторов осуществляет цифровая микросхема DD1. В результате информация о мгновенной амплитуде входного сигнала представлена следующим образом:

U2 <UBX<U1 — логическая 1 на выходе DD1.4, свечение VD3;

U2 <UBX<U0n — логический 0 на выходе DD1.3, свечение VD1;

Uoп<UBX<Ui — логический 0 на выходе DD1.2, свечение VD2;

Uвх>Uоп — логическая 1 на выходе DA1;

Uвх<Uоп — логический 0 на выходе DA1.

Уровни логической 1 и логического 0 соответствуют +5 В и — 5 В.

Рис. 1.1. Под­ключение эле­мента индикации

Рис. 12. Ком­паратор с мощным выходом

Рис. 13. Фото диодный компаратор

Правильное состояние DA2 может быть установлено вслед за переключением микросхемы DA1 лишь после срабатывания элемента DA3. Чтобы уменьшить задержку времени, в качестве DA3 выбран быстродействующий операционный усилитель К574УД1А, а также осуществ­лена коррекция по его входу с помощью конденсатора С1. Статическую точность работы определяют допуски резисторов, смещения нулевых уровней входного напря­жения компараторов и ОУ (их можно подстраивать), а также шунтирование резистором R5 выходного сопро­тивления компаратора DA1 (в состоянии логической 1 оно равно R6). Длл уменьшения погрешности переклю­чения источник входного сигнала должен быть низко-омным, способным выдерживать втекающий и вытекаю­щий ток 1Х без заметного изменения напряжения UM.

Рис. 14. Пик-детектор поло­жительных сигналов

Рис. 15. Пик-детектор отри­цательных сигналов

Рис. 11 показывает, как подключить к компаратору светодиод VD1 для индикации состояния выхода или маломощную (до 50 мА) лампу накаливания. Мощный выход компаратора — ток нагрузки до 1 А — обеспечит устройство по схеме рис. 12, в котором диод VD1 необхо­дим для демпфирования индуктивной нагрузки, подклю­чаемой между Н-Еп и эмиттером транзистора VT1.

Схема точного фотодиодного компаратора представ­лена на рис. 13. С помощью делителя R1R2 устанавли­вают величину обратного смещения фотодиода, а выбо­ром R3 корректируют чувствительность к световому по­току.

Выделение и запоминание экстремальных значений сигналов осуществляют с помощью разнообразных пик-детекторов, которые можно создать на базе комларато-ров. На рис. 14 приведена схема пик-детектора для по­ложительных напряжений, запоминаемых на конденса­торе С1, а на рис. 15 — для отрицательных. Высокая нагрузочная способность выходного транзистора микро­схемы компаратора DA1 создает условия для быстрой подзарядки конденсатора С1 при превышении сигналом предыдущего экстремального значения, а дополнитель­ный буферный усилитель DA2 отделяет схему запоми­нания напряжения от нагрузки.

Рис. 16. Автоколебательный мультивибратор

Рис. 17. Кварцованный автогенератор

Большую группу устройств с компараторами состав­ляют различные генераторы. На рис. 16, 17 приведены две схемы: автоколебательного мультивибратора на частоту 100 кГц для устройств на ТТЛ-элементах (допу­стимая нагрузка — два таких элемента) и кварцованного генератора прямоугольных импульсов на такую же ча­стоту.

Рис. 18. Удвоитель частоты:

а — принципиальная схема; б — про­цессы в удвоителе

Операция умножения частоты сигнала часто бывает необходима. Для импульсных сигналов используют, как правило, устройства на цифровых или цифро-аналого­вых элементах. Умножение высокочастотных синусои­дальных сигналов удобно выполнять с помощью нели­нейных резонансных и других параметрических уст­ройств. Обработку сигналов произвольной формы в диа­пазоне частот до 100 кГц осуществляют компараторами.

Рие. 19. Делитель частоты импульсов

Рассмотрим схему удвоителя частоты на рис. 18, ко­торый выдает импульсную последовательность со скваж­ностью Q=2. Устройство построено на двух микросхемах. DAI — два компаратора в одном корпусе КР597САЗ, DA2 — два ОУ в одном корпусе К157УД2. Знакопеременный входной сигнал с постоянной или медленноменяющейся в пределах 2…8 скважностью пре­вращается компаратором DA1.1 в последовательность однополярных импульсов с той же входной частотой — сигнал (1) на рис. 18,6, где выбран условно меандр. Интегрирующее звено на усилителе DA2.1 осуществляет задержку сигнала на 1/4 периода; его выходное пило­образное напряжение (2) поступает на усилитель-огра­ничитель DA2. 2.Коэффициент усиления его — около 100, размах выходного напряжения определяет симметрич­ный диодный ограничитель VD1, VD2. Большую часть времени DA2.2 пребывает в состоянии ограничения, по­ка токи от пилообразного напряжения через R5 и сигна­ла (3) с выхода DA2.2 остаются приблизительно рав­ными. По мере приближения пилообразного напряжения к среднему нулевому значению ток в точке подключения инвертирующего входа усилителя DA2.2 стремится к нулю, а затем меняет свое направление на противопо­ложное, что соответствует изменению полярности сигна­ла (3). Усилитель DA2.2 увеличивает примерно в 100 раз скорость нарастания пилообразного напряжения в точке переключения; он предназначен для улучшения динамических показателей работы компаратора DA1.2, который служит нуль-органом. В результате намного быстрее происходит изменение выходных уровней компа­ратора DA1.2, напряжения на входах которого в этот момент почти равны, а состояние неопределенно и чув­ствительно к помехам. Как следствие, существенно уменьшается дрожание фронтов сигнала (4) на выходе ОД 1.2, а также и выходного сигнала (5), который обра­зуется двоичным сумматором на элементе DD1 типа «исключающее ИЛИ».

С помощью резистора R1 осуществляют подстройку скважности выходного сигнала удвоителя до значения Q=2. Параметры элементов Cl, C2 выбирают в зависи­мости от частотного диапазона работы удвоителя. На рис. 18, а номиналы элементов указаны для входных сигналов с частотой 0,5…2,5 кГц. При выборе конденса­тора С1 необходимо экспериментально проверить, не вы­ходит ли сигнал (2) за пределы линейности амплитуды (ориентировочно ±3 В) на низшей частотной границе. Работа удвоителя проверялась до входной частоты 50 кГц.

Представленный удвоитель частоты можно упростить. Если входной сигнал — импульсный с оговоренной выше скважностью, то компаратор DA1.1 исключают. Если небольшое дрожание фронтов выходных импульсов (ори­ентировочно 2…3 мкс при длительности периода 1…2 мс) не имеет значения, усилитель DA2.2 также исключают, изменив на противоположное -подсоединение входов DA1.2. Устройство может работать от одного источника питания +5 В, если применить, например, компараторы К554САЗ и ОУ К140УД14 с таким же питанием. Знако­переменный выходной сигнал удвоителя обеспечивает микросхема DD1 К561ЛП2 или К176ЛП2, выводы пи­тания которой надо подключить к источникам +5 и — 5 В, как и питающие выводы ОУ и компаратора К554САЗ.

Делители частоты импульсных сигналов обычно стро­ят с помощью счетчиков, в простейшем случае — двоичных на триггерах. Чтобы получить большой коэффициент деления, применяют многоразрядные счетчики с боль­шим количеством триггеров. В случае отсутствия их ра­диолюбитель имеет возможность собрать простое устрой­ство лишь с одним синхронным JK-триггером и компа­раторами, которое используют в качестве высокостабиль­ного делителя частоты с коэффициентом деления пмам = 100 и более (рис. 19).

На вход синхронизации триггера поступает последо­вательность импульсов. Пусть в момент времени to f риггep находится в состоянии Q=l, Q — 0. Тогда диод VD1 закрыт, а конденсатор С1 заряжается через элементы R1 и VD2. Когда напряжение на верхней обкладке кон­денсатора достигнет 4-Uon и превысит егб, выходное на­пряжение компаратора DA1 увеличится до уровня ло­гической 1, подготавливая по JK-входам триггер к смене состояния. Это произойдет в момент ti с поступлением очередного входного импульса. Считаем, что, начиная е момента to, таких импульсов поступило несколько, на­пример пь После опрокидывания триггера закроется диод VD2, и конденсатор С.1 начнет перезаряжаться через открывшийся диод VD1, выход триггера, источник питания +Еп и резистор R2. Вслед за этим на выходе микросхемы DA1 опять установится уровень логическо­го 0, следовательно, поступающие на вход С триггера импульсы не изменят состояния его выходов. Такая ситуация продлится до того момента, пока напряжение на нижней обкладке конденсатора С Г не достигнет потенциала +U0o, что приведет к появлению на выходе микросхемы DA2 уровня логической 1. Вслед за этим в момент t2 входной импульс опрокинет триггер. Далее процессы периодически повторяются. Таким образом, за один период смены состояний триггера, длящийся от to до t2, произойдет отсчет импульсов в количестве n = =2ni. Мы предполагаем, что R1 = R2=R. Противофаз­ные выходные сигналы снимаются с выводов 1,2 триг­гера.

Рис. 20. Генератор ступенчато­го напряжения, делитель часто­ты следования импульсов

Для обеспечения устойчивой работы делителя частоты параметры его выбирают так, чтобы момент срабаты­вания компаратора оказался на одинаковом удалении по оси времени от (n1-l)-гo и от n1-го импульсов. Тогда допустимая нестабильность интервала 1К переключения компараторов может составлять половину периода Тс вхвдных импульсов, точнее — не более 0,5 Тс. Это запи­сывается следующим образом:

где 6tK — относительная нестабильность интервалов пе­реключения компараторов. Длительность интервала tH определяется из выражения

Отношение U0n/En легко стабилизировать с помощью резистивного делителя напряжения между +БП и общим проводом питания; со средней точки делителя снимают напряжение – t-Uon. Входные токи компарато­ров должны быть существенно меньше выбранного тока делителя, а также тока, заряжающего конденсатор С1.

Нормальная работа делителя предполагает выполне­ние равенства

tн = tK+0,5T0 = n1Tc,

где 1и=0,5 tq — длительность импульса на выходе триг­гера, равная полуперяоду выходного напряжения.

Максимальный устойчивый коэффициент деления ча­стоты

nмакс = 2n1 макс = 1 + 1/бtK = 1/бtK.

Если требования к величине пмакс не являются высо­кими, компаратор DA2 можно исключить. При этом не­инвертирующий вход DA1 соединяют с обкладками кон­денсатора С1 через диоды, подключая их анодами к конденсатору.

Схема еще одного устройства с компаратором при­ведена на рис. 20 — это генератор ступенчатого напря­жения, являющийся также делителем частоты. Интегра­тор входных импульсов стабильной амплитуды UBX со­бран на ОУ с полевыми транзисторами (DA1). Дискрет­ное приращение заряда на конденсаторе С2 происходит всякий раз, когда через конденсатор С1 и VD2 проходят положительные фронты входных импульсов (1). Не­обходимым условием нормальной работы является со­отношение СКС2, а также малая утечка или натекание заряда на конденсатор С2 под влиянием входного тока ОУ. В результате на выходе интегратора DA1 генерируется ступенчатое напряжение (2), причем амплитуда ступени меньше, чем UM. По мере увеличения числа ступеней выходное напряжение интегратора DA1 при­ближается по величине к опорному напряжению Uon, которое удерживает компаратор DA2 в состоянии высо­кого потенциала на выходе, равного напряжению на стабилитроне VD3. При этом ключ VT1 закрыт. Когда ступенчатое напряжение превысит Uon, компаратор из­менит свое состояние, в результате откроется ключ VT1 и разрядится конденсатор С2. Длительность открытого состояния транзистора VT1 определяет постоянная вре­мени цепочки R1C3, вместе с которой компаратор DA2 образует ждущий мультивибратор. Надежная работа обеспечивается при соотношении

R1 СЗ > Uоп * C2/Ic.Haч,

гдеЛснач — минимальное значение начального тока стока транзистора VT1 (для КПШЗМ — 3-10~3 А).

Импульс ждущего мультивибратора должен быть существенно короче периода Т входных импульсов, а периодичность импульсов (3) на выходе компаратора DA2 зависит от установленного коэффициента деления частоты, который можно оценить по формуле

где Uд — падение напряжения в прямом направлении на диодах VD1, VD2; период Т — в секундах.

Рис. 21. Дискриминатор дли­тельности импульсов

Чтобы деление частоты было стабильным, не следует выбирать n более 10. На низких частотах работа устрой­ства ухудшается из-за влияния входного тока микросхемы DA1, что в формуле для определения n отражает слагаемое 3,5 Т, установленное, эмпирически.

Рис. 22. Ключевой усилитель мощности

Небольшое изменение рассмотренного делителя ча­стоты преобразует такое устройство в дискриминатор длительности импульсов, показанный на рис. 21. Здесь входные положительные импульсы поступают на затвор ключевого транзистора VT1, причем во время действия пьедестала импульсов транзистор VT1 открыт, а кон­денсатор С1 разряжен. Если сопротивление открытого канала транзистора VT1 много меньше сопротивления резистора R1, напряжение на выходе усилителя DA1 близко к нулю, благодаря чему отрицательное напряже­ние UQn удерживает компаратор DA2 в состоянии высо­кого потенциала на .выходе. На время импульса V ключ VT1 закрывается, а конденсатор С1 начинает заря­жаться через резистор RJ от источника напряжения UM. В зависимости от величины tH выходное напряжение микросхемы DA1 превзойдет уровень напряжения U0n при соблюдении условия

tИ>R1 С1 Uоп/Uвх.

В этом случае компаратор DA2 изменит состояние своего выхода, выдавая отрицательный импульс. Таким образом, дискриминатор не реагирует на приходящие узкие импульсы, если за время паузы конденсатор С1 успеваег полностью разрядиться через ключ VT1. Изме­нением напряжения UBx устанавливают порог срабаты­вания устройства,

Рис. 23. Аналого-цифровой преобразователь напряжения:

а — блок-схема; б — ироцессы в преобразователе

Компараторы применяют в различных ключевых уст­ройствах. Здесь приведем одну схему ключевого усили­теля мощности, выдающего в нагрузку знакопеременный прямоугольный выходной сигнал (рис. 22). Отличитель­ной особенностью является то, что интегрирующее дей­ствие цепочки R1C1, а также небольшой гистерезис, введенный с выхода на входы обоих компараторов по цепи положительной обратной связи через делитель R3R4, способствуют устойчивому переключению выход­ных транзисторов в условиях импульсных помех при управлении от входного сигнала, отличающегося по форме от прямоугольного. Цепь отрицательной обратной связи через резистор R2 стабилизирует уровни переклю­чения и, как следствие, вольт-секундную площадь полу­волн выходного напряжения в условиях несимметричных питающих напряжений. Чтобы исключить переход клю­чевых транзисторов VT1 и VT2 в линейный режим в отсутствии управляющего входного сигнала, компарато­ры DAI, DA2 разбалансированы по выводам 8. Выход­ной ток усилителя — до 1 А, его можно увеличить с помощью составных выходных транзисторов.

Интегральные компараторы напряжения широко при­меняются в преобразователях аналог-код и код-аналог. Не имея возможности подробно обсуждать здесь этот вопрос, приведем описание блок-схемы преобразователя аналогового напряжения в цифровые имлульсы, коли­чество которых в течение тактового интервала про­порционально напряжению. Схема представлена на рис. 23. .

Компаратор DA1 сравнивает входной сигнал ивх с линейным пилообразным сигналом, представленным в виде напряжения Ub Вначале при UBX>U1 выход ком­паратора будет на уровне логической 1. Через отрезок времени Т1 от начала преобразования оба сигнала на входах компаратора сравняются, и затем уровень на вы­ходе компаратора DA1 упадет до логического 0. Про­должительность единичного состояния зависит, следова­тельно, от напряжения UBX. Компаратор служит для преобразования напряжения UBX в пропорциональный интервал времени Т1.

С того момента, когда пилообразный сигнал Ui на­чинает нарастать, на один из входов вентиля DD1 посту­пает сигнал ua с выхода генератора тактов. Совпадение сигналов ua и UB отпирает вентиль DD1 и разрешает прохождение последовательности ивых счетных импуль­сов. Число пропущенных через DD1 импульсов прямо пропорционально амплитуде напряжения UBX. Далее эти импульсы подсчитываются двоично-десятичным счетчи­ком и через буферный регистр и дешифратор двоичного кода в позиционный подаются на индикатор. Типичный диапазон преобразования — три декады с погрешностью не хуже 1 во­время выборки сигнала UBI зависит от периода так­тового напряжения UA. Период должен быть достаточно длительным, чтобы пилообразное напряжение. Ui могло возрасти от нуля до самого большого предполагаемого напряжения UBX. Быстро изменяющиеся входные сигна­лы требуют большой скорости опроса. Когда время вы­борки становится очень коротким, аналого-цифровой преобразователь может не успеть зарегистрировать до­статочное количество импульсов, с тем чтобы правильно определить входное напряжение.

Сигнал ub с выхода компаратора DA1 часто исполь­зуется в цифровых системах, поскольку его длительность прямо пропорциональна UBX. Если необходим такой .пре­образователь аналогового напряжения в ширину импуль­са, то вентиль DD1 и генератор счетных импульсов мож­но исключить.

Помимо различных устройств с логическими венти-. лями, компараторы используют в усилителях сигналов цифровой магнитной записи, оптронных изоляторах циф­ровых устройств и других формирователях, где необхо­димо представление выходных сигналов в виде дискрет­ных уровней напряжения.

Литература

1. Шило В. А. Линейные интегральные схемы в радио­электронной аппаратуре. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Сов. радио, 1979.

2. Аналоговые интегральные схемы. Под ред. Дж. Кон­нели/Пер. с англ. — М. : Мир, 1977.

3. Титце У., Шенк К – Полупроводниковая схемотехника / Пер. с нем. — М. : Мир, 1983.

4. Якубовский С. В., Барканов Н. А., Кудряшов Б. П. / Под ред. Якубовского С. В. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. — М.: Сов. радио, 1979,

ББК 32.884.19 В80

Составитель Б. Г. Успенский

Рецензенты: кандидат технических паук С. А. Бирюков, кандидат технических наук В. Т. Полякoв, А. Д. Шуб

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 97/ В80 Сост. Б. Г. Успенский. — М. : ДОСААФ, 1987. — 78 с., ил.

30 к.

Приведены описания конструкций, принципиальные схемы в мето­дика расчета некоторых их узлов. Учтены интересы начинающих и ква­лифицированных радиолюбителей.

Для широкого круга радиолюбителей.

2402020000 — 034 ББК 32.884.19

В—————-15-87

072(02) — 87 6Ф2.9

© Издательство ДОСААФ СССР, 1987.

Научно-популярное издание

Составитель БОРИС ГЛЕБОВИЧ УСПЕНСКИЙ

В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ

Выпуск 97

Заведующий редакцией А. В. Куценко

Редактор М. Е. Орехова

Художник В. А. Клочков

Художественный редактор Т. А. Хитрова

Технический редактор Л. А. Ворон

Корректор Н. В. ёлкина

ИБ № 2085

Сдано в набор 30.07.86. Подписано в печать 8.12.86. Г-94134. Формат 84Х1081/32. Бумага книжно-журнальная. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ, л. 4,2. Усл. кр.-отт. 4,51. Уч.-изд. л. 3,96. Тираж 1 200000 экз. Заказ 6 — 2566.

Цена 30 к. Изд. № 2/г — 405 Ордена «Знак Почета» Издательство ДОСААФ СССР. 129110, Москва, Олимпийский просп., 22. Головное предприятие республиканского производственного объединения «По» лиграфкнига», 252057, Киев, ул. Довженко, 3.

OCR Pirat

Интегральные схемы (ИС) | Линейные — Компараторы

Diodes Incorporated. AP331AWGDICT-ND

AP331AWGDIDKR-ND

0 CMOS 900L50 общего назначения , ECL, MOS, с открытым коллектором, TTL

TA75S393FLFDKR-ND

900T50 общего назначения 900T50 Открытый коллектор, TTL 900 900-26

900-26

ND

497-4267-6-ND

900-46 CMOS общего назначения Открытый коллектор TTL (TR)

Cut Tape (CT)

Digi-Reel®

-2000 STMicroelectronics -ND

497-2275-1-ND

497-2275-6-ND

00088 Maxim 9000 интегрированный Встроенный

1

ST05

Интегрированный 9000 Maxim Integrated

Инструменты Cutape) CT)

Digi-Reel®

ИС КОМПАРАТОР SGL DIFF SOT-25

$ 0,38000

16,925 — Немедленно

Diodes Incorporated

—

Лента и катушка (TR) Отрезанная лента (CT) Digi-Reel®

Active

2 В ~ 36 В, ± 1 В ~ 18 В

8 мВ при 5 В

0.4 мкА при 5 В

16 мА при 5 В

2,5 мА

—

—

—

0 ° C ~ 70 ° C

SC-74A, SOT-753

Поверхностный монтаж

SOT-25

IC COMPARATOR SINGLE SSOP5

$ 0,50000

38,155 — Немедленно

Toshiba Semiconductor and Storage

Toshiba Semiconductor и Storage

Toshiba Semiconductor 00 TAF 000

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

CMOS

1

1

2 В ~ 36 В, ± 1 В ~ 18 В

5 мВ при 5 В

0.05 мкА при 5 В

16 мА при 5 В

800 мкА

—

—

—

-40 ° C ~ 85 ° C

SC-74A, SOT-753

Поверхностный монтаж

SMV

$ 0,43000

57548 — Немедленное

OnSemi

OnSemi

1

NCS2200AMUT1GOSTR-ND NCS2200AMUT1GOSCT-ND NCS2200AMUT1GOSDKR-ND

NCS2200

Tape & Катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

Общего назначения

1

Дополнительный, Rail-to-Rail

0.85 В ~ 6 В

—

—

—

17 мкА

—

—

20 мВ

—

6-UFDFN

Поверхностный монтаж

6-UDFN (1,2×1)

IC COMP DUAL VOLT LP 8SOIC

$ 0,43000

12,831 — Немедленно

STMicroelectronics

STMicroelectronics

1

—

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

Общего назначения

2

CMOS , DTL, ECL, MOS, с открытым коллектором, TTL

2 В ~ 36 В, ± 1 В ~ 18 В

2 мВ при 30 В

0.1 мкА при 5 В

18 мА при 5 В

2,5 мА

—

—

—

0 ° C ~ 70 ° C

8-SOIC (0,154 дюйма, ширина 3,90 мм)

Крепление на поверхность

8 -SOIC

IC COMP QUAD SGL SUPPLY 14SOIC

$ 0,46000

2328 — Немедленно

onsemi

onsemi

onsemi

1 LM2901DR2GOSDKR-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

4,

3 В ~ 36 В, ± 1.5 В ~ 18 В

7 мВ при 5 В

0,25 мкА при 5 В

16 мА при 5 В

2,5 мА

—

—

—

-40 ° C ~ 105 ° C

14-SOIC (0,154 дюйма) , Ширина 3,90 мм)

Поверхностный монтаж

14-SOIC

$ 0,59000

3,913 — Непосредственно

Rohm Semiconductor

Rohm Semiconductor

Rohm Semiconductor

Rohm Semiconductor

Rohm Semiconductor

Rohm Semiconductor GE2TR-ND LM393F-GE2CT-ND LM393F-GE2DKR-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) 9007 Digi-Reel® General Назначение

2

Открытый коллектор

3В ~ 32В, ± 1.5 В ~ 16 В

4,5 мВ

0,25 мкА при 1,4 В

5 нА при 1,4 В

1 мА

—

—

—

-40 ° C ~ 85 ° C

8-SOIC (0,173 » , Ширина 4,40 мм)

Поверхностный монтаж

8-SOP

IC COMP PSH-PLL 1.6V SGL SOT23-5

$ 0,38000

29,349 — Немедленная технология 9000ip

Microchip Technology

1

MCP6541UT-E / OTTR-ND MCP6541UT-E / OTCT-ND MCP6541UT-E / OTDKR-ND

— 9000 TRape

— 9000 TRape

и 9000 TRape Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

общего назначения

1

CMOS, Push-Pull, Rail-to-Rail, TTL

1.6 В ~ 5,5 В

7 мВ при 5,5 В

1 пА при 5,5 В

30 мА

1 мкА

70 дБ CMRR, 80 дБ PSRR

8 мкс

6,5 мВ

-40 ° C ~ 125 ° C

SC- 74A, SOT-753

Поверхностный монтаж

SOT-23-5

IC COMP OPENDRN 1.6V SNGL SC70-5

$ 0,38000

1,904 — Немедленно Micro

Microchip Technology

1

MCP6546T-I / LTTR-ND MCP6546T-I / LTCT-ND MCP6546T-I / LTDKR-ND

—

Лента TRape Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

общего назначения

1

CMOS, открытый сток, Rail-to-Rail, TTL

1.6 В ~ 5,5 В

7 мВ при 5,5 В

1 пА при 5,5 В

30 мА

1 мкА

70 дБ CMRR, 80 дБ PSRR

8 мкс

6,5 мВ

-40 ° C ~ 85 ° C

5- TSSOP, SC-70-5, SOT-353

Поверхностный монтаж

SC-70-5

IC COMPARATOR SGL LP SOT-23-5

$ 0,70000

51 429 — Немедленно

STMicroelectronics

STMicroelectronics

1

497-11276-2-ND 497-11276-1-ND 497-11276-6-ND

9-

Active

Общего назначения

1

TTL, DTL, ECL, MOS, CMOS

2V ~ 36V, ± 1V ~ 18V

5 мВ при 30 В

0.25 мкА при 5 В

16 мА при 5 В

1,25 мА

—

—

—

-40 ° C ~ 125 ° C

SC-74A, SOT-753

Поверхностный монтаж

SOT-23- 5

IC COMP LO PWR SGL V SOT 23-5L

$ 0,71000

51,207 — Немедленно

STMicroelectronics

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

Общего назначения

1

CMOS, DTL, ECL, с открытым коллектором, TTL

2 В ~ 36 В, ± 1 В ~ 18 В

5 мВ при 5 В

0.25 мкА при 5 В

16 мА при 5 В

1,25 мА

—

—

—

-40 ° C ~ 125 ° C

SC-74A, SOT-753

Поверхностный монтаж

SOT-23- 5

IC КОМПАРАТОР НАПРЯЖЕНИЕ SGL SOT23-5

$ 0,85000

58,250 — Немедленно

Texas Instruments

Texas Instruments

M 1 LM397MF / NOPBCT-ND LM397MF / NOPBDKR-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

общего назначения

CMOS, открытый коллектор, TTL

5 В ~ 30 В, ± 2.5 В ~ 15 В

7 мВ при 30 В

0,25 мкА при 5 В

13 мА при 5 В

2 мА

—

940 мкс

—

-40 ° C ~ 85 ° C

SC-74A, SOT-753

Поверхностный монтаж

SOT-23-5

IC COMP MICROPWR QUAD V 14 TSSOP

$ 0,87000

23,170 — Непосредственно

STMicroeronics

STMicroeronics

497-2266-2-ND 497-2266-1-ND 497-2266-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi -Reel®

Active

общего назначения

4

CMOS, открытый сток

2.7 В ~ 16 В, ± 1,35 В ~ 8 В

5 мВ при 10 В

1 пА при 5 В

20 мА

25 мкА

75 дБ CMRR

—

—

-40 ° C ~ 125 ° C

14-TSSOP (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

Поверхностный монтаж

14-TSSOP

IC COMPARATOR SNGL SOT23-6

$ 0,77000

3,12000

1

MAX9030AUT + TTR-ND MAX9030AUT + TCT-ND MAX9030AUT + TDKR-ND

—

CTape & Reel (TR) Cutape & Reel (TR) Digi-Reel®

Активный

Универсальный

1

CMOS, Rail-to-Rail, TTL

2.5 В ~ 5,5 В

1 мВ при 5 В

0,008 мкА при 5 В

—

55 мкА

100 дБ CMRR, 100 дБ PSRR

228 нс

4 мВ

-40 ° C ~ 125 ° C

SOT 6

Поверхностный монтаж

SOT-6

КОМПАРАТОР ИС TINY LV SOT23-5

$ 0,88000

4665 — Немедленно

Texas Instruments

Texas Instruments 9000

LMV331M5 / NOPBTR-ND LMV331M5 / NOPBCT-ND LMV331M5 / NOPBDKR-ND

—

CTape & Reel 9000 9000 (TR) 9000 Cutape & Reel (TR)

Активный

Общего назначения

1

CMOS, открытый коллектор, TTL

2.7 В ~ 5,5 В

7 мВ при 5 В

0,25 мкА при 5 В

84 мА при 5 В

120 мкА

—

600 нс

—

-40 ° C ~ 85 ° C

SC-74A, SOT- 753

Поверхностный монтаж

SOT-23-5

IC COMP SNGL W / REF SC70-5

$ 0,59000

9327 — Немедленное

9205 Microchip Technology

1

576-2927-2-ND 576-2927-1-ND 576-2927-6-ND

Teeny ™

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

с опорным напряжением

1

Push-Pull

1.5 В ~ 5,5 В

—

—

20 мА

3 мкА

—

12 мкс

20 мВ

-40 ° C ~ 85 ° C

5-TSSOP, SC-70-5, SOT-353

Поверхностный монтаж

SC-70-5

IC COMP SNGL W / REF SC70-5

$ 0,59000

7,798 — Немедленно

Microchip Technology

Microchip Technology

576-2928-2-ND 576-2928-1-ND 576-2928-6-ND

Teeny ™

Tape & Reel (TR) Cut Tape ( CT) Digi-Reel®

Активный

с опорным напряжением

1

Открытый сток

1.5 В ~ 5,5 В

—

—

20 мА

3 мкА

—

12 мкс

20 мВ

-40 ° C ~ 85 ° C

5-TSSOP, SC-70-5, SOT-353

Поверхностный монтаж

SC-70-5

IC COMPARATOR QUAD LO PWR 14SOIC

$ 0.99000

0 — Немедленно

Texas Instruments

Texas Instruments

LM339MX / NOPBTR-ND LM339MX / NOPBCT-ND LM339MX / NOPBDKR-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut

Активный

Общего назначения

4

CMOS, DTL, ECL, MOS, открытый коллектор, TTL

2 В ~ 36 В, ± 1 В ~ 18 В

5 мВ при 30 В

0.25 мкА при 5 В

16 мА при 5 В

2,5 мА

—

—

—

0 ° C ~ 70 ° C

14-SOIC (0,154 дюйма, ширина 3,90 мм)

Крепление на поверхность

14 -SOIC

IC COMPARATOR HS DUAL 14-SOIC

$ 1.01000

2,245 — Немедленно

STMicroelectronics

0007 007 STMicroelectronics 497-1544-1-ND 497-1544-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Актив

Общего назначения

2

Открытый коллектор, открытый эмиттер, TTL

5 В ~ 30 В, ± 2.5 В ~ 15 В

4 мВ при ± 15 В

0,5 мкА при ± 15 В

—

11,5 мА

—

—

—

-40 ° C ~ 105 ° C

14-SOIC (0,154 » , Ширина 3,90 мм)

Поверхностный монтаж

14-SO

IC COMP QUAD CMOS MCRPWR 14TSSOP

$ 1.02000

13,594 — Immediate

497-4064-2-ND 497-4064-1-ND 497-4064-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

Общего назначения

4

CMOS, Push-Pull

2.7 В ~ 16 В, ± 1,35 В ~ 8 В

5 мВ при 10 В

1 пА при 5 В

20 мА

25 мкА

80 дБ CMRR

—

—

-40 ° C ~ 125 ° C

14-TSSOP (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

Поверхностный монтаж

14-TSSOP

НАПРЯЖЕНИЕ ИС КОМПАРАТОРА SGL SOT23-5

$ 0,98000

13,567 —

1

MAX9031AUK + TTR-ND MAX9031AUK + TCT-ND MAX9031AUK + TDKR-ND

—

Лента и катушка 9000 CT7 (TR) Digi-Reel®

Активный

Общего назначения

1

CMOS, Rail-to-Rail, TTL

2.5 В ~ 5,5 В

1 мВ при 5 В

0,008 мкА при 5 В

—

55 мкА

100 дБ CMRR, 100 дБ PSRR

228 нс

4 мВ

-40 ° C ~ 125 ° C

SC- SOT-753

Поверхностный монтаж

SOT-23-5

IC COMPARATOR SNGL SC70-5

$ 0,98000

14854 — Немедленно

20 Maxim интегрированный 1

MAX9031AXK + TTR-ND MAX9031AXK + TCT-ND MAX9031AXK + TDKR-ND

—

Лента и катушка (Dig) Cut Tape (Dig) ®

Активный

Общего назначения

1

CMOS, Rail-to-Rail, TTL

2.5 В ~ 5,5 В

1 мВ при 5 В

0,008 мкА при 5 В

—

55 мкА

100 дБ CMRR, 100 дБ PSRR

228 нс

4 мВ

-40 ° C ~ 125 ° C

5 -40 ° C ~ 125 ° C

5 -40 ° C ~ 125 ° C

5- SC-70-5, SOT-353

Поверхностный монтаж

SC-70-5

IC COMPARATOR QUAD VOLT 14-SOIC

$ 1,14000

87,665

Texas Instruments

1

LM2901MX / NOPBTR-ND LM2901MX / NOPBCT-ND LM2901MX / NOPBDKR-ND

(

Active

общего назначения

4

CMOS, DTL, ECL, MOS, открытый коллектор, TTL

2V ~ 36V, ± 1V ~ 18V

7mV @ 30V

0.25 мкА при 5 В

16 мА при 5 В

2,5 мА

—

—

—

-40 ° C ~ 85 ° C

14-SOIC (0,154 дюйма, ширина 3,90 мм)

Крепление на поверхность

14-SOIC

IC COMP SINGLE LP SOT23-5

$ 1,03000

32,193 — Немедленно

Maxim Integrated

Maxim Integrated

90 1 ND MAX9064EUK + TCT-ND MAX9064EUK + TDKR-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активное опорное напряжение Digi-Reel®

1

Push-Pull

1 В ~ 5.5 В

—

60 пА при 3,3 В

—

1,1 мкА

53 дБ PSRR

15 мкс

± 12 мВ

-40 ° C ~ 85 ° C

SC-74A, SOT-753

Поверхность Крепление

SOT-23-5

IC DIFF COMPARATOR DUAL 8-TSSOP

$ 1,19000

12,771 — Немедленно

Texas Instruments

0 Texas Instruments

296-10309-2-ND 296-10309-1-ND 296-10309-6-ND

LinCMOS ™

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi -Reel®

Активный

Дифференциальный

2

CMOS, MOS, открытый сток, TTL

3 В ~ 16 В, ± 1.5 В ~ 8 В

5 мВ при 5 В

5 пА при 5 В

20 мА

400 мкА

—

—

—

0 ° C ~ 70 ° C

8-TSSOP (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

Поверхностный монтаж

8-TSSOP

IC MICROPWR COMP DUAL 8-TSSOP

$ 1,22000

1,481 — Непосредственно

0 Texas 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 Техас 9000 Инструменты

296-47277-2-ND 296-47277-1-ND 296-47277-6-ND

LinCMOS ™

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

Общего назначения

2

КМОП, двухтактный, TTL

3 В ~ 16 В

5 мВ при 10 В

5pA при 5 В

20 мА

50 мкА

CMOS

50 мкА

4.5 мкс

—

0 ° C ~ 70 ° C

8-TSSOP (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

Поверхностный монтаж

8-TSSOP

Компараторы | Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасный вход в систему, но другие не являются обязательными для функциональной деятельности. Наш сбор данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность, которую может предоставить наш сайт. Для получения дополнительной информации вы может просматривать сведения о файлах cookie.Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы analog.com или определенных предлагаемых функций. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту.Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Целевые / профилирующие файлы cookie:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили. Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Отклонить файлы cookie

Распиновка микросхемы компаратора LM393, техническое описание, эквиваленты и функции

LM393 — это ИС компаратора с двумя корпусами, что означает, что ИС имеет два компаратора в одном 8-выводном корпусе.

Конфигурация контактов

Номер контакта	Имя контакта	Описание
1	ВЫХОД1	Выход операционного усилителя 1
2	INPUT1-	Инвертирующий вход операционного усилителя 1
3	INPUT1 +	Неинвертирующий вход операционного усилителя 1
4	VEE, земля	Земля или отрицательное напряжение питания
5	INPUT2 +	Неинвертирующий вход операционного усилителя 2
6	INPUT2-	Инвертирующий вход операционного усилителя 2
7	ВЫХОД2	Выход операционного усилителя 2
8	VCC	Положительное напряжение питания

Дифференциальный компаратор LM393 — характеристики и характеристики

• Двойной компаратор в одной упаковке
• Широкий диапазон источников питания

1. Отдельное питание — от 2 В до 36 В
2. Двойное питание — от ± 1 В до ± 18 В

• Ток утечки всего 0.4 мА
• Входное напряжение смещения не более ± 5 мВ
• Рассеиваемая мощность: 660 мВт
• Может управлять большинством нагрузок TTL и MOS
• Выход может быть изолирован от заземления системы
• Низкое смещение напряжения и тока

LM393 Эквиваленты

LM358, TL082, LM311

Альтернативы ИС компаратора операционного усилителя

LM741, LM358, LM339, LM324

LM393 Компаратор Введение

LM393 IC можно рассматривать как эквивалентную версию компаратора самого популярного операционного усилителя LM358.В то время как любой операционный усилитель можно заставить работать в качестве компаратора напряжения, LM393 доказывает свои преимущества, обеспечивая выход с открытым коллектором, что делает его пригодным для управления нагрузками.

Выходной транзистор может управлять нагрузками до 50 В и 50 мА, что подходит для управления большинством нагрузок TTL, MOS и RTL. Транзистор также может изолировать нагрузку от заземления системы. Так что, если вы ищете компаратор напряжения для управления нагрузками с этими характеристиками, эта микросхема может быть для вас правильным выбором.

Как использовать LM393

Приложения LM393 очень похожи на микросхему компаратора LM311, только спецификации немного меняются. В остальном LM311 можно рассматривать как близкую замену LM393. Как и все компараторы напряжения, LM393 также имеет инвертирующий и неинвертирующий контакты. Если напряжение на неинвертирующей клемме (контакт 2) выше, чем на инвертирующей клемме (контакт 2), выход (контакт 7) также будет высоким, иначе выход будет низким.

Предположим, что LM393 питается от цепи напряжения питания +5 В, поскольку это наиболее часто используемая конструкция для цифровых схем. В этом типе VCC + (контакт 8) подключен к напряжению питания +5 В, а VCC (контакт 4) заземлен, чтобы удерживать его при потенциале 0 В. Ниже показан пример схемы, в которой инвертирующий терминал установлен на 2,5 В, а напряжение неинвертирующего терминала изменяется с помощью потенциометра. Вы можете заметить, что выходное напряжение остается высоким, когда на выводе 2 напряжение выше, чем на выводе 7, и наоборот.

Контакты 5 и 6 на операционном усилителе используются для установки напряжения баланса, если вы хотите вручную отрегулировать напряжение смещения постоянного тока. Обычно эти контакты не используются, так как смещение входа гораздо лучше контролируется. Когда они не используются, контакты 5 и 6 должны быть закорочены, как показано выше. Вы также можете заметить, что вывод коллектора (вывод 7) транзистора используется для вывода, а вывод эмиттера (вывод 1) заземлен. Этот тип конструкции называется «Выходная цепь коллектора», однако это не обязательно. всегда.

Приложения

• Цепи компаратора напряжения
• Может управлять реле, лампой, двигателем и т. Д.
• Детектор перехода через ноль
• Детектор пикового напряжения
• Защита от высокого напряжения / Предупреждение
• Цепи осциллятора

2D-модель

операционные усилители, схема компаратора | Renesas

Введение в электронные схемы: 3 из 3

На этом занятии мы рассмотрим операционные усилители (операционные усилители) и их использование в усилителях и компараторах.

Операционные усилители: универсальные ИС для множества приложений

Операционный усилитель работает на аналоговом входе. Его можно использовать для усиления или ослабления этого входного сигнала, а также для выполнения математических операций, таких как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование. Из-за широкого диапазона применения операционные усилители встречаются в большинстве электрических цепей.

Типичный операционный усилитель, показанный на рисунке 1, оснащен неинвертирующим входом (Vin (+)), инвертирующим входом (Vin (-)) и выходом (Vout).Хотя это не показано на схеме, операционный усилитель также имеет два входа питания (положительный и отрицательный), а также может включать в себя вход смещения и другие клеммы.

Рисунок 1: Схема операционного усилителя

Основная функция операционного усилителя — значительно усилить разницу между двумя входами и вывести результат. Если вход на V (+) больше, чем на V (-), операционный усилитель будет усиливать и выводить положительный сигнал; если V (-) больше, операционный усилитель выдает усиленный отрицательный сигнал.Две другие особенности типичного операционного усилителя: (а) входное сопротивление чрезвычайно велико и (б) выходное сопротивление чрезвычайно низкое.

Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя настолько велик, даже небольшие различия на входах быстро приведут выходное напряжение к максимальному или минимальному значению. По этой причине операционные усилители обычно подключаются к отрицательной обратной связи. Давайте посмотрим на пример.

Основы операционного усилителя (1): Схема инвертирующего усилителя

Схема, изображенная на рис.2 усиливает и инвертирует (меняет фазу) входной сигнал и выводит результат. В схеме используется отрицательная обратная связь: часть выходного сигнала инвертируется и возвращается на вход. В этом примере обратная связь возникает из-за того, что выход Vout подключен через резистор R2 к инвертирующему входу (-).

Давайте посмотрим, как работает эта схема. Если выход не подключен к напряжению питания, тогда напряжения, приложенные к инвертирующему (-) и неинвертирующему (+) входам, равны; два входа действуют так, как будто закорочены вместе; мы можем представить себе воображаемую короткую.Поскольку разница напряжений между этим воображаемым коротким замыканием и неинвертирующим входом составляет 0 В, точка A также будет иметь значение 0 В. Тогда по закону Ома мы имеем I ₁ = Vin / R ₁ .

Рисунок 2: Схема инвертирующего усилителя

Поскольку операционные усилители имеют чрезвычайно высокий входной импеданс, ток на инвертирующий вход практически отсутствует (-). Соответственно, I ₁ протекает через точку A и R ₂ ; это означает, что I ₁ и I ₂ практически равны.Тогда по закону Ома Vout = −I ₁ × R ₂ , где I ₁ отрицательно, потому что I ₂ течет из точки A, где напряжение равно 0. Рассмотрим это с другой стороны. : любая попытка поднять входное напряжение на инвертирующем входе (-) создает инвертированное и сильно усиленное выходное напряжение, которое течет в обратном направлении, проходит через R ₂ и подключается к инвертированной входной клемме (-), тем самым подавляя повышение напряжения на этом Терминал. Система стабилизируется при выходном напряжении, которое доводит напряжение на инвертирующем входе (-) до 0 В, что эквивалентно напряжению на неинвертирующем входе.

Далее, давайте посмотрим, как мы можем использовать взаимосвязь между входом и выходом, чтобы найти коэффициент усиления операционного усилителя. В частности, Vout / Vin = (−I ₁ × R ₂ ) / (I ₁ × R ₁ ) = −R ₂ / R ₁ . Коэффициент усиления отрицательный, потому что фаза выходного сигнала противоположна фазе входного сигнала.

Важно отметить, что в приведенном выше уравнении коэффициент усиления полностью определяется соотношением сопротивлений R ₂ и R ₁ .Соответственно, вы можете изменить усиление, просто изменив сопротивления. Таким образом, хотя сам операционный усилитель имеет высокое усиление, соответствующее использование отрицательной обратной связи может снизить фактическое усиление до желаемого уровня.

Основы операционного усилителя (2): Схема неинвертирующего усилителя

В предыдущем разделе мы видели, как операционный усилитель можно использовать для реализации инвертирующего усилителя. На рисунке 3 показано, как мы можем использовать его для создания неинвертирующего усилителя. Неинвертирующий усилитель отличается от инвертирующего усилителя двумя основными способами: (1) форма выходного сигнала находится в фазе с формой входного сигнала, и (2) входной сигнал поступает на неинвертирующий входной терминал (+).Но обратите внимание, что как неинвертирующие, так и инвертирующие схемы используют отрицательную обратную связь.

Так как же работает эта схема? У нас все еще есть воображаемое короткое замыкание, что означает, что неинвертирующий (+) и инвертирующий (-) входы находятся под напряжением Vin. Таким образом, точка A также находится в Vin. Закон Ома говорит нам, что напряжение на R ₁ равно Vin = R ₁ × I ₁ . А поскольку ток по существу не поступает ни на один из входов операционного усилителя, отсюда следует, что I ₁ = I ₂ .А поскольку Vout представляет собой сумму напряжений в R ₁ и R ₂ , мы знаем, что Vout = R ₂ × I ₂ + R ₁ × I ₁ . Мы можем изменить эти выражения, чтобы найти коэффициент усиления G следующим образом: G = Vout / Vin = (1 + R ₂ / R ₁ )

Рисунок 3: Схема неинвертирующего усилителя

Поскольку этот усилитель сохраняет фазу, его часто можно найти в приложениях, где важно учитывать фазу.

Также обратите внимание, что если R ₁ удален из схемы, а резистор R ₂ установлен на 0 Ом (или закорочен), схема становится повторителем напряжения с коэффициентом усиления 1. Этот тип схемы часто используется для буферизации. схемотехника и схемы преобразования импеданса.

Схема компаратора

Схема компаратора сравнивает два напряжения и выдает либо 1 (напряжение на положительной стороне; VDD на иллюстрации), либо 0 (напряжение на отрицательной стороне), чтобы указать, какое из них больше.Компараторы часто используются, например, для проверки того, достиг ли вход некоторого заранее определенного значения. В большинстве случаев компаратор реализуется с использованием специальной микросхемы компаратора, но в качестве альтернативы можно использовать операционные усилители. На схемах компараторов и схемах операционных усилителей используются одни и те же символы.

На рисунке 4 показана схема компаратора. Прежде всего обратите внимание, что схема не использует обратную связь. Схема усиливает разницу напряжений между Vin и VREF и выводит результат на Vout. Если Vin больше, чем VREF, то напряжение на Vout повысится до положительного уровня насыщения; то есть к напряжению на положительной стороне.Если Vin ниже, чем VREF, то Vout упадет до своего отрицательного уровня насыщения, равного напряжению на отрицательной стороне.

На практике эту схему можно улучшить, включив диапазон напряжения гистерезиса, чтобы снизить ее чувствительность к шуму. Например, схема, показанная на рис. 5, будет обеспечивать стабильную работу, даже когда сигнал Vin несколько зашумлен.

Рисунок 4: Схема компаратора

Рисунок 5: Схема компаратора с гистерезисом

Цепь осциллятора с использованием положительной обратной связи

Обратная связь — это возврат части выхода схемы обратно на вход схемы с целью некоторого регулирования схемы.При отрицательной обратной связи более высокая обратная связь снижает выходной сигнал схемы. При положительной обратной связи, как в примере здесь, более высокий выход увеличивает выход. Когда положительная обратная связь включена в схему с положительным усилением, схема становится генератором.

Существует множество типов схем генератора. На рисунке 6 показан пример нестабильного мультивибраторного генератора.

Рисунок 6: Схема нестабильного мультивибратора

Эта цепь называется нестабильной, потому что она нестабильна при обоих максимальных напряжениях, напряжении V _L на положительной стороне и -V _L на отрицательной стороне, и будет колебаться между этими двумя уровнями.Давайте посмотрим, как работает эта схема. Во-первых, обратите внимание, что выход Vout проходит через R ₂ и обратно на неинвертирующий вывод операционного усилителя (+), образуя цепь положительной обратной связи. Отметим также, что Vout, R ₃ и C содержат схему интегратора RC; или, другими словами, некоторая часть напряжения на Vout будет постепенно заряжать конденсатор.

Вначале цепь обратной связи быстро приводит Vout к максимальному положительному выходу (равному V _L ).Но схема интегратора R3 (R ₃ и C) постепенно увеличивает напряжение на инвертирующей входной клемме (-), пока через определенное время это напряжение не станет выше, чем напряжение на неинвертирующей входной клемме (+). Когда это происходит, отрицательное напряжение поступает на дифференциальный вход, быстро понижая Vout до максимума на отрицательной стороне (-V _L ).

Теперь, когда Vout находится на отрицательной стороне, схема интегратора R ₃ начинает постепенно повышать отрицательное напряжение на инвертирующей клемме (-).И снова через определенное время это отрицательное напряжение становится больше, чем напряжение на неинвертирующем выводе (+), вызывая ввод положительного напряжения на дифференциальный вход, который быстро подталкивает Vout обратно к его положительному максимуму ( V _L ). Эта последовательность продолжает повторяться, заставляя Vout колебаться вверх и вниз между V _L и — V _L .

Это была третья и последняя сессия нашего обзора основных электронных схем. Мы надеемся, что этот обзор был полезен, даже несмотря на то, что мы признаем, что объем был весьма ограничен.В следующий раз мы начнем изучение цифровых схем. Надеемся на ваше дальнейшее участие.

Список модулей

1. Пассивные элементы
2. Диоды, транзисторы и полевые транзисторы
3. Операционные усилители, схема компаратора

Компаратор напряжения | Аналоговые интегральные схемы

Детали и материалы

• Операционный усилитель, рекомендуется модель 1458 или 353 (каталог Radio Shack № 276-038 и 900-6298, соответственно)
• Три батареи по 6 В
• Два потенциометра 10 кОм, линейный конус (каталог Radio Shack № 271-1715)
• Один светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-026 или аналог)
• Один резистор 330 Ом
• Один резистор 470 Ом

Для этого эксперимента требуется только один операционный усилитель.И модели 1458, и 353 — это операционные усилители « с двумя », с двумя полными схемами усилителя, размещенными в одном 8-контактном DIP-корпусе.

Я рекомендую вам приобрести и использовать операционные усилители « dual » вместо «одиночных» операционных усилителей, даже если для проекта требуется только один операционный усилитель, поскольку они более универсальны (один и тот же операционный усилитель может работать в проектах, требующих только одного операционного усилителя). усилитель, а также в проектах, требующих двух). Это имеет смысл в интересах покупки и хранения наименьшего количества компонентов для вашей домашней лаборатории.

Перекрестные ссылки

Уроки электрических цепей , том 3, глава 8: «Операционные усилители»

Наклоняющиеся цели

• Чтобы проиллюстрировать, как использовать операционный усилитель в качестве компаратора

Схема

Схема

Иллюстрация

Инструкции для схемы компаратора

Схема компаратора сравнивает два сигнала напряжения и определяет, какой из них больше.Результат этого сравнения указывается выходным напряжением: если выход операционного усилителя насыщен в положительном направлении, неинвертирующий вход (+) имеет большее или более положительное напряжение, чем инвертирующий вход (-), все напряжения измеряется относительно земли. Если напряжение операционного усилителя близко к отрицательному напряжению питания (в данном случае 0 вольт или потенциал земли), это означает, что на инвертирующий вход (-) приложено большее напряжение, чем на неинвертирующий вход (+).

Это поведение гораздо легче понять, поэкспериментировав со схемой компаратора, чем прочитав чье-то словесное описание.В этом эксперименте два потенциометра подают переменные напряжения, которые операционный усилитель сравнивает. Состояние выхода операционного усилителя визуально отображается светодиодом. Регулируя два потенциометра и наблюдая за светодиодом, можно легко понять функцию схемы компаратора.

Для лучшего понимания работы этой схемы вы можете подключить пару вольтметров к входным клеммам операционного усилителя (оба вольтметра связаны с землей), чтобы оба входных напряжения можно было численно сравнить друг с другом, эти показания измерителя по сравнению с Состояние светодиода:

Цепи компаратора

широко используются для сравнения физических измерений при условии, что эти физические переменные могут быть преобразованы в сигналы напряжения.Например, если небольшой генератор был прикреплен к колесу анемометра для создания напряжения, пропорционального скорости ветра, этот сигнал скорости ветра можно было бы сравнить с «заданным» напряжением и сравнить с помощью операционного усилителя для управления высокой скоростью ветра. сигнализация:

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Что такое компараторы? — Основы схемотехники

Компараторы — это устройства, которые сравнивают два напряжения или тока и выдают цифровой сигнал, указывающий, какой из них больше.Он имеет два аналоговых входа и один двоичный цифровой выход. Выходное значение компаратора указывает, какой из входов больше или меньше. Компаратор сравнивает два примененных к нему входных сигнала и производит сравнение в качестве выходных данных.

использует

Эти устройства часто используются для проверки того, достиг ли вход заданного значения. В большинстве случаев компаратор реализуется с использованием специальной микросхемы компаратора, но в качестве альтернативы можно использовать операционные усилители.

На схемах компараторов и схемах операционных усилителей используются одни и те же символы.Они состоят из специализированных дифференциальных усилителей с высоким коэффициентом усиления. Они обычно используются в устройствах для измерения и оцифровки аналоговых сигналов, таких как АЦП последовательного приближения и релаксационные генераторы. Компараторы используются для определения момента, когда произвольно изменяющийся входной сигнал достигает опорного уровня или определенного порогового уровня. Такие устройства могут быть разработаны с использованием различных компонентов, таких как диоды, транзисторы и операционные усилители. Их можно найти во многих электронных устройствах для управления логическими схемами.

Определение момента повышения температуры выше определенного порога важно для многих приложений.Компаратор может использоваться с термистором, чтобы определять, когда определенная температура поднимается выше порогового значения.

Присмотревшись к символу компараторов, вы узнаете его как символ операционного усилителя (операционного усилителя). Однако их нельзя считать одинаковыми. На аналоговом входе работает операционный усилитель. Он может усиливать или ослаблять этот вход и выполнять математические операции, такие как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование.

Из-за широкого диапазона применения операционные усилители встречаются в большинстве электрических цепей.Операционный усилитель предназначен для приема аналоговых сигналов и выдачи аналогового сигнала, тогда как компаратор выдает только выходной сигнал в виде цифрового сигнала. Хотя в качестве компараторов можно использовать обычный операционный усилитель, их нельзя использовать непосредственно в схемах компаратора напряжения. Операционные усилители и компараторы могут показаться взаимозаменяемыми из-за их символов и выводов, но это не одно и то же.

Инвертирующий компаратор

Инвертирующий компаратор — это компаратор на базе операционного усилителя, в котором опорное напряжение прикладывается к его неинвертирующему выводу, а входное напряжение прикладывается к его инвертирующему выводу.Этот компаратор называется инвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.

Инвертирующий компаратор работает очень просто. Он выдает одно из двух значений и на выходе на основе значений входного и опорного напряжения. Принципиальная схема инвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

Неинвертирующий компаратор

Неинвертирующий компаратор — это компаратор на базе операционного усилителя, в котором опорное напряжение подается на его инвертирующий вывод.Входное напряжение, с другой стороны, подается на его неинвертирующий вывод. Этот компаратор на базе операционного усилителя называется неинвертирующим компаратором, потому что входное напряжение, которое необходимо сравнить, подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Принципиальная схема неинвертирующего компаратора показана на следующем рисунке.

LM324 (IC)

ИС операционного усилителя LM324 может работать как компаратор. Эта ИС имеет четыре независимых операционных усилителя на одной микросхеме.Это маломощный четырехъядерный операционный усилитель с высокой стабильностью и полосой пропускания, предназначенный для работы от одного источника питания в широком диапазоне напряжений. Счетверенный усилитель может работать при напряжении питания от 3,0 В до 3,2 В с токами покоя, составляющими примерно одну пятую от тех, которые связаны с MC174. Диапазон синфазного входа включает отрицательное питание, что устраняет необходимость во внешних компонентах смещения во многих приложениях. Диапазон выходного напряжения также включает отрицательное напряжение источника питания.Схема компаратора LM324 состоит из напряжения датчика, опорного напряжения, Vcc, земли и выходных контактов.

Один источник питания может работать с LM324, но он также может использовать два источника питания. Используемые клеммы или контакты — это контакты 4 и 11. Источники питания обеспечивают работу всех четырех операционных усилителей.

Для первого операционного усилителя инвертирующий вход подается на вывод 2, а неинвертирующий — на вывод 3. Выход первого операционного усилителя получается на выводе 1.

Для второго операционного усилителя инвертирующий вход подается на вывод 6, а неинвертирующий — на вывод 5.Выход второго операционного усилителя получается на выводе 7.

Для третьего операционного усилителя инвертирующий вход подается на вывод 9, а неинвертирующий — на вывод 10. Выход третьего операционного усилителя получается на выводе 8.

Наконец, для четвертого операционного усилителя инвертирующий вход подается на вывод 13, а неинвертирующий — на вывод 12. Выход четвертого операционного усилителя получается на выводе 14.

Схема образца

с использованием компаратора (детектор

DARK )

Двойные компараторы с низким напряжением смещения

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / Title (LM393 — Двойные компараторы с низким смещением напряжения) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > транслировать application / pdf

onsemi

LM393 — Двойные компараторы с низким смещением напряжения

Серия LM393 — это двойное независимое прецизионное напряжение компараторы, способные работать с одиночным или раздельным питанием.

2021-07-12T16: 08: 18-07: 00BroadVision, Inc.2021-07-12T16: 11: 07-07: 002021-07-12T16: 11: 07-07: 00Acrobat Distiller 21.0 (Windows) uuid: 38780328-8bf6-4bd1-bb01-c08869f01dfcuuid: a4c9f5d5-c075-4c22-9f51-f726b1796631 конечный поток эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > транслировать HtW — E | ga ھ_ g6 (AT = * r6gMTJ: v | ?? tz_4jhm ܣ P ⺿ ~ Ӊ ߮ x?) Q! NƦzwMsAgk ~ \ lzVB / ew # & fwe & {N6Qf \,> 7a ޵ b0 կ Ky «\ Y: SpPRxRP! ZBJŶ r @ `^ Q! A) soA4˘> сuXϵ; bMӪXJ + 5.