Схема компаратора на транзисторах: Компаратор на одном транзисторе — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

2.1. Простейшие схемы . Самоучитель по радиоэлектронике

2.1.1. Полярность питающего напряжения

В отечественной литературе по электронике часто приводятся электрические схемы из зарубежных источников в оригинальном исполнении, без учета требований ЕСКД. И если с графическими и буквенными обозначениями электрорадиоэлементов начинающий радиолюбитель еще может разобраться, то определение полярности питающего напряжения вызывает определенную трудность. Этот вопрос особенно актуален, когда осуществляется питание от двуполярного источника и на схеме имеется обозначение как V_СС, так и V_SS. Неопытного любителя такая ситуация может завести в тупик. В такой ситуации надо четко запомнить: для питания схем с полупроводниковыми элементами n-p-n типа используется положительное напряжение +U_CC (в иностранных источниках V_СС), а для схем с элементами p-n-р типа — отрицательное напряжение —

U_CC (в иностранных источниках V_SS).

2.1.2. Делитель напряжения

Часто возникает необходимость рассчитать схему делителя напряжения, один из резисторов которой является переменным. Такая задача появляется, когда требуется получить опорное напряжение для операционного усилителя с относительно точной регулировкой в узком диапазоне. В этом случае полезно задать ток, потребляемый делителем. Данный параметр часто важен и сам по себе, особенно когда схема работает от батарейки и желательно обеспечить минимальную потребляемую мощность.

На рис. 2.1 представлен делитель с тремя резисторами, один из которых является потенциометром. Допустим, необходимо получить регулятор напряжения от 1,5 до 2,5 В.

Рис. 2.1. Делитель напряжения

Вначале зададим максимальный ток, который будет протекать по делителю, равным 500 мкА при напряжении питания 5 В. Отсюда сразу можно определить номинал потенциометра. Он равен 2 кОм (при условии падения напряжения на нем 1 В при токе 500 мкА). Используя тот же ход рассуждений, получаем номиналы остальных резисторов: 3 и 5 кОм. Разумеется, эти значения уточняются в зависимости от выбранной серии резисторов.

2.1.3. Дифференцирующая цепочка

Дифференцирующая цепочка широко применяется в самых разнообразных схемах. Она используется, в частности, для генерации коротких импульсов, синхронизованных с фронтом прямоугольного сигнала, которые служат, например, для запуска симистора. Положительные и отрицательные перепады напряжения, поступающие на дифференцирующую цепочку, преобразовываются в импульсы различной полярности, которые при необходимости легко разделить (рис. 2.2). Параметры резистора и конденсатора выбирают с учетом нужной длительности выходных импульсов

τ в соответствии с соотношением τ ~= RC.

Рис. 2.2. Дифференцирующая цепочка

2. 1.4. Интегрирующая цепочка

Интегрирующая цепочка весьма важна для практики электронных схем. Одна из ее функций заключается в преобразовании частоты импульсной последовательности в постоянное напряжение, уровень которого пропорционален частоте. Для получения такого соотношения длительность импульсов не должна зависеть от частоты следования. В простейшем случае интегрирующая цепочка содержит только два компонента: резистор и конденсатор (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Интегрирующая цепочка

Их номиналы выбираются в зависимости от минимальной частоты сигнала. Обычно задают такое произведение RC, чтобы оно было не меньше максимального периода следования импульсов. Например, цепочка 10 кОм/1 нФ вполне подойдет для частоты сигнала, превышающей 100 кГц. Если взять более низкое значение RC, на постоянное выходное напряжение будут накладываться заметные колебания пилообразной формы, искажающие преобразованный сигнал.

2.1.5. Подавитель дребезга контактов

Часто бывает так, что при нажатии на кнопку замыкание ее контактов происходит несколько раз из-за так называемого дребезга. В цифровых схемах это приводит к неправильной работе устройства. Устранить этот недостаток способна простая схема, использующая RS-триггер (рис. 2.4), например К555ТР2. Такой компонент может служить полезным дополнением к кнопочному выключателю, расположенному на лицевой панели.

Рис. 2.4. Подавитель дребезга контактов

2.1.6. Частотные фильтры

На рис. 2.5 приведено несколько классических схем пассивных и активных фильтров низких и высоких частот. Они используются в разнообразных устройствах, начиная с НЧ усилителей и заканчивая цифро-аналоговыми преобразователями. На каждой схеме указаны формулы для вычисления частоты среза фильтра F_С.

Рис. 2.5. Простые схемы ФНЧ (а, б, в) и ФВЧ (г, д, е)

Приведенные схемы справедливы для операционных усилителей, которые питаются однополярным отрицательным напряжением. При этом напряжения на входах и выходах отсчитываются относительно общей точки источника питания. Для схем с двуполярным питанием можно создать искусственную точку опорного уровня. В устройствах, работающих на частотах ниже 100 кГц, можно использовать операционный усилитель любого типа.

2.1.7. Удвоитель напряжения

Удвоитель напряжения (в общем случае умножитель напряжения) представляет собой определенное соединение диодов и конденсаторов. Этот принцип построения давно используется для получения очень высоких напряжений, например, в телевизорах или в устройствах для ионизации газа. Небольшая схема, представленная на рис.

2.6, применяется для получения постоянного напряжения, приблизительно вдвое превышающего напряжение на входе.

Рис. 2.6. Удвоитель напряжения

Для работы схемы необходим сигнал прямоугольной формы низкой частоты. В данной схеме используются только положительные импульсы, что отличает ее от классических удвоителей, работающих от сети или от синусоидального напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора.

2.1.8. Каскады с открытым коллектором

В литературе по электронике и технической документации часто встречается термин «открытый коллектор». Он связан с транзисторными каскадами и интегральными схемами. Примерами могут служить логические ИС семейства ТТЛ или другие схемы, предназначенные для обеспечения питания, стабилизации или усиления. В такой конфигурации транзистор n-p-n или p-n-р типа включен по схеме с общим эмиттером, а его коллектор остается свободным для использования разработчиком устройства (рис.

2.7а,б).

Выше уже описывалось одно из преимуществ этой концепции — возможность параллельного соединения нескольких идентичных схем. Выходы элементов с открытым коллектором соединяются, на этом основано построение логических устройств с тремя состояниями.

Рис. 2.7. Схемы с открытым коллектором

(для транзисторов типа n-p-n или p-n-р соответственно). Он фактически выполняет функцию нагрузочного резистора в цепи коллектора. При параллельном включении двух или более каскадов достаточно будет одного общего резистора (рис. 2.7в). Его номинал определяется в зависимости от токов, которые должны протекать по коллекторным цепям транзисторов.

2.1.9. Двухтактный каскад

Двухтактный каскад — это каскад на двух транзисторах, обычно используемый на выходе быстродействующих цифровых устройств. Кроме того, он входит в состав многих управляющих схем на МОП транзисторах. Двухтактный каскад включают также на выходе большинства генераторов синусоидального напряжения, работающих на низкоомную нагрузку (обычно 50 Ом). Его применение обеспечивает улучшение согласования генератора с нагрузкой. Базовая схема проста (рис. 2.8а): у двух комплементарных транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором, соединены эмиттеры и базы. Транзистор

n-p-n типа присоединен к положительному полюсу источника питания, а транзистор p-n-р типа — к отрицательному. Транзисторы открываются поочередно, и напряжение на выходе практически повторяет по форме входной сигнал.

Двухтактный каскад обладает одним недостатком: он не может полностью воспроизвести сигнал, который в отрицательный полупериод опускается до нуля. В таком случае перепад напряжения на выходе оказывается меньше, чем на входе, из-за конечного остаточного напряжения на открытом транзисторе. Этот недостаток не играет никакой роли, когда каскад используется для управления схемой на МОП транзисторах, но важен для выходных каскадов. С целью устранения описанной проблемы необходимо обеспечить симметричное питание двухтактного каскада, то есть применить дополнительный источник отрицательного напряжения (рис. 2.8б).

Рис. 2.8. Двухтактный каскад

2.1.10. Компаратор на транзисторе

Для сравнения двух напряжений не обязательно обращаться к операционному усилителю. С подобной задачей вполне может справиться простая и дешевая схема компаратора на транзисторе, которая представлена на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Компаратор на транзисторе

Транзистор p-n-р типа сравнивает опорное напряжение на эмиттере с частью контролируемого напряжения, поданной на базу через резистивный делитель R1R2. Когда напряжение на базе падает ниже опорного, транзистор открывается и выход компаратора (коллектор транзистора) переходит в состояние с высоким потенциалом. Такая схема может использоваться, например, для контроля напряжения батареи питания.

2.1.11. Гистерезис в электронике

Термин «гистерезис» происходит от греческого слова «запаздывание» и означает появление задержки в развитии одного физического явления по отношению к другому. Гистерезис играет большую роль в технике и, в частности, в электронике. Он проявляется каждый раз, когда выполняется операция сравнения двух величин с некоторой точностью.

Суть данного явления можно пояснить на примере работы термостата независимо от наличия или отсутствия электронного регулятора. Рассмотрим термостат, настроенный на поддержание температуры 20 °C с помощью электрического нагревателя. Если бы управляющая нагревателем биметаллическая пластина, деформирующаяся при изменении температуры, не обладала гистерезисом, нагреватель включался бы и выключался очень часто, что приведет к быстрому износу контактов. В действительности регулятор включается при 19 °C, а выключается примерно при 21 °C. При этом механическая инерционность биметаллической пластины и тепловая инерционность нагревателя порождают явление гистерезиса, переключение режимов происходит с небольшой частотой, а температура в термостате колеблется в некотором интервале вблизи заданного значения (рис. 2.10а).

Рис. 2.10. Схема реализации гистерезиса

В электронике все процессы развиваются гораздо быстрее, и нередко приходится искусственно создавать задержку для снижения частоты переключения. В качестве примера на рис. 2.10б приведена схема компаратора на базе операционного усилителя.

Устройство сравнивает регулируемое напряжение Uвх с опорным Uoп, которое задается с помощью батарейки. Результат сравнения выводится на светодиодный индикатор. Чтобы усилить проявление гистерезиса и снизить частоту мигания индикатора, используют резистор, через который часть выходного сигнала передается на вход операционного усилителя. При этом снижается коэффициент усиления каскада и задерживается включение и выключение индикатора.

Читать онлайн «Самоучитель по радиоэлектронике» — Николаенко Михаил Николаевич — RuLit

Рис. 2.7. Схемы с открытым коллектором

Другой классический пример применения таких элементов — это согласование по уровню двух схем, работающих при разных напряжениях питания. В любом случае на выходе каскада с открытым коллектором должен быть включен резистор, соединенный с источником напряжения +U_CC или — U_CC (для транзисторов типа n-p-n или p-n-р соответственно). Он фактически выполняет функцию нагрузочного резистора в цепи коллектора. При параллельном включении двух или более каскадов достаточно будет одного общего резистора (рис. 2.7в). Его номинал определяется в зависимости от токов, которые должны протекать по коллекторным цепям транзисторов.

2.1.9. Двухтактный каскад

Рис. 2.8. Двухтактный каскад

2.1.10. Компаратор на транзисторе

Рис. 2.9. Компаратор на транзисторе

2.1.11. Гистерезис в электронике

Рис. 2.10. Схема реализации гистерезиса

2.2. Операционные усилители

2.2.1. Присоединение неиспользуемых входов

Иногда один из операционных усилителей (ОУ) микросхемы, в корпусе которой размещаются два или четыре ОУ, не применяется. Подчас это делается преднамеренно, как, например, при использовании микросхемы LM324 ((счетверенный ОУ), которая дешевле, чем сдвоенный аналог LM358. В этом случае возникают проблемы паразитных колебаний и избыточного потребления тока. Для их разрешения неиспользуемые входы следует соединить по схеме повторителя напряжения, то есть вход + (плюс) с общей точкой, а вход — (минус) с выходом (рис 2. 11).

Рис. 2.11. Присоединение неиспользуемых входов ОУ

2.2.2. Уровень выходного сигнала

Операционный усилитель может с одинаковым успехом использоваться как в аналоговых приложениях (в усилителях и генераторах), так и в цифровых. В его характеристиках среди прочих указывают максимальный уровень выходного сигнала по отношению к напряжению питания. Известная микросхема LM324, например, имеет типичный уровень сигнала 1,5 В. Таким образом, при питании 5 В напряжение на ее выходе никогда не превысит 3,5 В. Это может мешать запуску логической схемы, порог переключения которой не адаптирован к такому уровню, или обеспечению питания нагрузки, требующей более высокого напряжения. В этом случае включение реле на 5 В становится ненадежным. Светодиод никогда полностью не погаснет, а будет гореть с меньшей интенсивностью. В подобных случаях на выходе операционного усилителя рекомендуется поставить буферный каскад на транзисторе.

2.2.3. Объединение выходов операционных усилителей

Иногда при использовании ОУ в качестве компараторов напряжения возникает необходимость объединения их выходов. Разумеется, такую операцию нельзя проводить с моделями, для которых подобный вид соединения не предусмотрен (например, LM324). Микросхема LM389 имеет на выходе каскад на n-p-n транзисторе с открытым коллектором и допускает такое соединение. Типичное применение такой схемы — отслеживание аналоговой величины (например, напряжения батареи) и выдача сигнала в случае ее выхода за пределы заданного диапазона (рис. 2.12). Оба усилителя включены по схеме компаратора, один для верхнего порога, другой — для нижнего.

Порог дифференциального компаратора транзистора }=V_{\text{B }Q_2}\$, я бы выполнил следующие шаги:

Оценка \$I_Z=\frac{V_\text{CC}-V_Z}{R_7}\ок. 125 \:\mu\текст{А}\$. В техническом описании 1N4739A указано, что оно должно быть \$I_Z=28\:\text{мА}\$. Обратите внимание, что значение, рассчитанное для вашей схемы, очень далеко от рекомендуемой рабочей точки.
В техническом описании не указано статическое сопротивление стабилитрона. У стабилитронов они есть, от долей Ома до, возможно, нескольких Ом. Вместо этого в таблице данных показано кажущееся сопротивление стабилитрона , \$Z_Z\$, которое представляет собой локальный наклон сопротивления вблизи рекомендуемой рабочей точки и включает в себя как статические (выводы, соединительные провода, контактные точки соединения и объем легированного полупроводника), так и динамическое (в данном случае связанное с пробоем) сопротивление смешалось вместе. Чтобы было понятнее, давайте посмотрим на график, который я только что построил с помощью LTspice и модели ORCAD, которая у меня есть для 1N4739.стабилитрон:
На приведенном выше вы можете видеть курсоры, расположенные примерно в нужном месте для работы этого стабилитрона, а также вы можете видеть напряжение стабилитрона. Это в значительной степени подтверждает, что это действительно стабилитрон \$9.1\:\text{V}\$ при работе с рекомендуемым током стабилитрона.
Обратите внимание на наклон зеленой линии в этой рабочей точке. В таблице данных для этого стабилитрона указано \$Z_Z=5\:\Omega\$. И вы можете едва увидеть, как он немного изгибается прямо в этой рабочей точке (имейте в виду, что это логарифмический график). Существует «локальный наклон», который вы можете получить, поместив линейку и нарисовав касательная, которая только касается кривой в рабочей точке. Это сопротивление \$Z_Z\$, которое они указывают в таблице данных. 9{‘}-V_\text{BE}}{R_3}\$ или \$530\:\mu\text{A}\le I_{R_3}\le 540\:\mu\text{A}\$.
\$\text{ }\следовательно, I_Q=I_{R_3}\примерно 550\:\mu\text{A}\$, округлено.
В этой конфигурации, предполагая полное насыщение одного или другого BJT и игнорируя ранние эффекты и т. д., \$I _{\text{C }{Q_2}}\$ представляет собой либо весь ток на шаге № 2 или ничего из этого (это своего рода текущие колебания):
\$\text{ }\поэтому V_{\text{C}{Q_2}}=\left(V_Z^{‘}+R_4\cdot I _{\text{C}{Q_2}}\right)\cdot\ frac{R_5}{R_4+R_5}=\left. \begin{массив}{r|cc} 1.6\:\текст{В}\\ 6.1\:\text{V}\end{массив}\right.@I_{\text{C}{Q_2}}\left\{\begin{массив}{r} 0\:\текст{А}\\ 550\:\mu\text{A}\end{массив}\right.\$ 9{‘}\cdot\left(1+\frac{R_1}{R_2\:\mid\mid\: R_4}\right)-V_{\text{C}}{Q_2}}\cdot\frac{R_1}{ R_4}\подразумевает\текст{ }\влево\{\begin{массив}{l} V_\text{HI}\ок. 105\:\text{V}\\ V_\text{LO}\ок. 97\:\text{V}\end{массив}\right.\$

Выше было много предположений. Но это был бы мой подход «обратной стороны конверта», чтобы получить начальное приближение.

Нацеливание на широкий гистерезис

Учитывая вышеизложенное и немного алгебры, ширина гистерезиса будет примерно такой:

$$\Delta V = \:\mid V_\text{HI}-V_\text{LO} \, \mid \: = I_Q \cdot \frac{R_1}{R_4} \cdot \left(R_4 \ mid \mid R_5 \right) = I_Q\cdot R_1 \cdot \frac{R_5}{R_4+R_5}$$

Это дает несколько вещей для рассмотрения.

Итак, во-первых, я бы немного увеличил \$I_Q\$ (ненамного, потому что я не хочу слишком сильно возиться с величинами ваших резисторов), установив \$R_3=6,8\:\text {к}\Омега\$. Это немного улучшает ситуацию, так что \$I_Q\приблизительно 780\:\mu\text{A}\$. (Цифра где-то между \$750\:\mu\text{A}\$ и \$800\:\mu\text{A}\$.)

Тогда я бы определенно увеличил \$R_5\$, одновременно уменьшив \$R_4\$. Я пока не хочу слишком сильно увеличивать \$R_5\$. Так что я бы поставил около \$R_5=12\:\text{k}\Omega\$. Но я бы немного уменьшил \$R_4\$ примерно до \$R_4=22\:\text{k}\Omega\$.

Вместе это означает, что у меня около \$\Delta I_\text{IN}\примерно 780\:\mu\text{A}\cdot \frac{12\:\text{k}\Omega}{ 12\:\text{k}\Omega+22\:\text{k}\Omega}\ок. 275\:\mu\text{A}\$. Поскольку мне нужно \$\Delta V=200\:\text{V}\$, я бы обнаружил, что мне нужно \$R_1=\frac{\Delta V}{\Delta I_\text{IN}}\$, или что-то вроде \$R_1=680\:\text{k}\Omega\$ до \$R_1=750\:\text{k}\Omega\$ (вычисляется ближе к большему значению, поэтому я бы иди с этим)

Теперь, учитывая, что вы увеличили \$R_1\$ на коэффициент, я бы увеличил \$R_2\$ на аналогичный коэффициент или \$R_2=68\:\text{k}\Omega\$ . Это должно подойти вам довольно близко, учитывая, что все, что мы делаем, это расчеты «обратной стороны конверта».

Я примерно это имею в виду:

^{симулировать эту схему – схема создана с помощью CircuitLab}

Теперь вам может понадобиться немного подправить \$R_2\$, чтобы установить скобку там, где вы хотите . Возможно, вам также придется внести небольшие изменения в \$R_4\$. А может и нет. Это единственные два номинала резисторов, с которыми я бы возился на данный момент.

Надеюсь, это поможет.

Конечно, у вас должен быть блок питания \$15\:\text{V}\$. Но у тебя, похоже, уже есть. Так что это хорошо.

Приведенные выше проектные значения в LTspice

Наконец-то у меня появилась минутка, чтобы опробовать приведенный выше дизайн в LTspice, который уже поставляется с моделями для ваших BJT, но не поставляется с моделью для стабилитрона. Я получил модель стабилитрона от ORCAD и вставил ее в симуляцию.

Вот результаты:

На самом деле я просто в шоке от того, как близко это было. Это всего лишь симуляция, и выше было сделано много упрощающих предположений. Тем не менее, совсем не плохо!

В любом случае, я полагаю, что мой рациональный мыслительный процесс, основанный на том, что всплывает при просмотре алгебры, подошёл достаточно близко, по крайней мере, для симуляции. Конечно, реальность установится, и ваши устройства не будут соответствовать тем, что в симуляции.

Имейте в виду, что у меня есть , а не , выполненный анализ реалистичных вариаций деталей BJT, стабилитрона и т. д. Так что это всего лишь моя попытка помочь вам проанализировать схему. Не разрабатывать схему, которую можно калибровать и воспроизводить воспроизводимые результаты, от одной схемы к другой, от одной среды к другой. Ни каких мыслей о защите, изоляции, безопасности и т.д. и т.п.

Схемы компараторов с использованием IC 741, IC 311, IC 339

Основная функция схемы компаратора — сравнивать два уровня напряжения на своих входных контактах и выдавать выходной сигнал, показывающий, какое входное напряжение имеет более высокий потенциал, чем другое.

В этой статье мы подробно узнаем, как правильно проектировать схемы компараторов с использованием популярных ИС, таких как IC 741, IC 311 и IC LM339

Разница между компаратором и операционным усилителем , а IC LM311 можно считать хорошим примером специализированного одиночного компаратора.

Вы обнаружите, что оба этих устройства имеют одинаковый внутренний символ устройства в форме треугольника, который мы обычно распознаем и используем для рисования схем компаратора. Однако выходной отклик этих двух форм компараторов может иметь несколько существенных отличий.

Хотя операционный усилитель и компаратор могут быть сконфигурированы для сравнения дифференциальных сигналов на своих входных контактах, основные различия между двумя аналогами следующие: , в зависимости от уровней напряжения на входных контактах, но никогда не может быть разомкнут. Напротив, выход компаратора может быть либо разомкнутым, либо заземленным (отрицательным), либо плавающим.

Выход операционного усилителя может работать без каких-либо подтягивающих или подтягивающих резисторов, но для компаратора всегда требуется внешний подтягивающий или подтягивающий резистор, чтобы обеспечить нормальную работу выходного каскада.

Операционный усилитель можно использовать для создания схем усилителей с высоким коэффициентом усиления, компаратор для таких применений использовать нельзя.

Реакция на переключение выхода операционного усилителя обычно медленнее, чем у ИС компаратора.

Классическую схему компаратора можно увидеть на следующем рисунке:

Здесь выход отвечает «высоким» цифровым сигналом всякий раз, когда напряжение на неинвертирующем (+) входе выше, чем на инвертирующем (-) входе. Напротив, выходной сигнал превращается в низкий цифровой сигнал всякий раз, когда неинвертирующее входное напряжение ниже, чем инвертирующее входное напряжение.

Ссылаясь на приведенный выше рисунок, мы можем видеть стандартное соединение схемы компаратора, имеющей один вход (инвертирующий вход в этом примере), настроенный на опорное напряжение, а другой входной контакт, который является неинвертирующим входом, подключен к напряжение входного сигнала.

В течение времени, когда Vin удерживается на более низком напряжении, чем опорное напряжение +2 В, выход остается низким на уровне около -10 В. Если Vin увеличивается чуть выше +2 В, выход мгновенно меняет состояние и становится высоким на около +10 В. Такое изменение состояния на выходе с -10 В на +10 В свидетельствует о том, что значение Vin стало выше опорного +2 В.

Основным компонентом любого компаратора является схема операционного усилителя, при очень большом коэффициенте усиления по напряжению. Чтобы точно изучить работу компаратора, мы можем взять пример IC 741, как показано ниже:

Здесь мы видим, что инвертирующий входной контакт 2 (-) относится к земле или уровню 0 В. Синусоидальный сигнал подается на контакт 3, который является неинвертирующим входом операционного усилителя. Этот попеременно изменяющийся синусоидальный сигнал заставляет выход переключаться между высоким и низким состояниями выхода, как показано в правой части изображения.

Когда входное напряжение Vin даже на милливольт превышает опорное значение 0 В, разница усиливается внутренним операционным усилителем с высоким коэффициентом усиления микросхемы, в результате чего на выходе появляется высокий уровень положительного насыщения. Это состояние сохраняется до тех пор, пока сигнал Vin остается выше эталонного значения 0 В.

Теперь, как только уровень сигнала падает чуть ниже эталонного значения 0 В, выходной сигнал переходит на более низкий уровень насыщения. Опять же, это условие сохраняется до тех пор, пока входной сигнал Vin остается ниже опорного уровня 0 В.

Приведенное выше пояснение и форма волны, представленная на изображении, ясно показывают цифровой отклик выхода на линейно изменяющийся входной сигнал.

Для обычных приложений опорный уровень не обязательно должен быть равен 0 В, а может быть любым положительным уровнем в соответствии с требованиями. И, в случае необходимости, эталон также может быть подключен либо к положительной, либо к отрицательной линии питания, в то время как входной сигнал подается на другой входной контакт.

Использование IC 741 в качестве компаратора

В следующем примере мы узнаем, как эффективно использовать операционный усилитель в качестве компаратора. (-). Выход прикреплен со светодиодом.

Используя формулу сети делителя напряжения, мы можем рассчитать опорное значение напряжения на (-) входном контакте микросхемы.

Vref = 10 кОм / 10 кОм + 10 кОм x +12 В = +6 В

Поскольку эта ссылка связана с (-) выводом микросхемы, если напряжение Vin на (+) входе превышает это или станет более положительным, чем эталон, заставит выход Vo переключиться на его положительный уровень насыщения.

Светодиод загорится, указывая на то, что значение Vin стало более положительным, чем опорный уровень +6 В. -), выход станет низким, как только вход Vin опустится ниже опорного значения, и наоборот.

Это приведет к мгновенному отключению светодиода.

Таким образом, светодиод может включаться или выключаться для заданного входного сигнала путем соответствующего подключения входных контактов к эталонному уровню и входному сигналу.

Использование специализированных ИС компараторов

Обычно операционные усилители отлично работают в качестве схем компараторов, но использование специализированной ИС компаратора работает даже лучше, чем операционный усилитель для применения в качестве компаратора.

ИС компаратора специально разработаны для функции компаратора и демонстрируют улучшенную реакцию, такую как более быстрое переключение на выходе между положительным и отрицательным уровнями.

Эти ИС обладают более высокой устойчивостью к помехам, и во многих случаях их выходы могут напрямую использоваться для управления нагрузкой.

Давайте подробно узнаем о нескольких популярных микросхемах компараторов из следующего обсуждения.

Схема компаратора с использованием IC 311

На рисунке выше показана внутренняя компоновка и схема расположения контактов компаратора IC 311. IC также предназначена для работы от двух источников питания в диапазоне +15 В и -15 В. , что является стандартным совместимым уровнем для всех современных цифровых ИС.

Выходной каскад внутри микросхемы имеет биполярный транзистор с плавающими выводами коллектора и эмиттера. Это означает, что выход этого транзистора может быть сконфигурирован двумя различными способами:

Добавив подтягивающий резистор к выводу 7 коллектора и заземлив вывод 1 эмиттера, а затем используя коллектор в качестве выхода.
Путем соединения коллектора с положительной линией и использования эмиттера в качестве выхода.

Транзисторный выход также можно использовать для управления реле или небольшой нагрузкой, такой как лампа, напрямую без внешнего буферного каскада.

Микросхема также оснащена балансным и стробоскопическим входом, который можно синхронизировать с выходом.

Мы обсудим несколько полезных применений этой микросхемы в следующих разделах:

На приведенном выше рисунке показано, как микросхема 311 может быть сконфигурирована как компаратор детектора пересечения нуля для определения входного напряжения всякий раз, когда оно пересекает нулевую линию. .

Инвертирующий вход (-) 311 соединен с землей. В течение периода, когда входной сигнал находится на положительном уровне, выходной транзистор остается включенным, что создает низкий уровень (-10 в данном примере) на выходе (транзисторный коллектор).

Как только входной сигнал становится отрицательным или ниже 0 В, транзистор закрывается. Это создает положительный +10В на коллекторном выходе микросхемы. Это позволяет нам узнать, когда входной сигнал выше нулевого уровня и когда он упал ниже нулевого уровня.

На следующем рисунке ниже показано, как можно использовать компаратор IC 311 для создания стробирующей схемы.

В этом примере схемы компаратора выходной контакт 7 станет высоким, когда уровень напряжения на контакте 3 превысит контрольный уровень на контакте 2. Но это может произойти только тогда, когда на входе строба pin6 низкий уровень или 0 В.

Когда на базу транзистора подается высокий строб TTL, контакт 6 становится низким, что приводит к отключению выходного транзистора IC и, таким образом, позволяет контакту 7 перейти в высокий уровень.

Выход остается высоким до тех пор, пока на входе TTL удерживается высокий уровень, независимо от состояния входного сигнала на контакте 3.

Однако, если сигнал ТТЛ подается в виде стробирования, то выход реагирует на входной сигнал на контакте 3. Проще говоря, выход остается заблокированным на высоком уровне, если только контакт 6 не стробируется.

Как подключить реле к компаратору

На следующем рисунке ниже показано, как компаратор 311 можно использовать непосредственно для управления реле.

Здесь, когда уровень напряжения на входе pin2 падает ниже 0 В, на pin3 становится больше положительного, чем на pin2. Это приводит к выключению коллектора внутреннего транзистора, который включает реле. Контакты реле могут быть подключены с большей нагрузкой для выполнения желаемого действия переключения.

Пока напряжение на входе (+) на контакте 2 ниже 0 В, реле остается включенным. И наоборот, когда на контакте 2 имеется положительный сигнал, реле остается выключенным.

Схема компаратора с использованием IC 339

IC 339, также известная как LM339, представляет собой счетверенный компаратор IC. Это означает, что он включает в себя 4 отдельных компаратора напряжения, чьи входы и выходы соответствующим образом подключены к соответствующим внешним контактам корпуса ИС, как показано ниже.

Как и любой другой компаратор, каждый блок компаратора имеет пару входов и один выход. Когда микросхема питается от подачи напряжения на контакты питания Vcc и заземления, она питает все компараторы вместе. Таким образом, даже если используется один компаратор, все остальные 3 будут потреблять некоторую мощность.

Все компараторы имеют абсолютно одинаковые характеристики, поэтому мы можем проанализировать любой из них, чтобы узнать основные функции компаратора.

Когда положительный дифференциальный вход подается на входные клеммы, т. е. когда разница между поданными сигналами положительна, он выключает выходной транзистор. Это приводит к тому, что на выходе отображается разомкнутая цепь или плавающее размыкание.

Когда дифференциальный вход отрицательный, то есть когда разница между поданными сигналами на входные контакты отрицательна, он включает выходной транзистор компаратора, что приводит к тому, что выходной контакт компаратора становится отрицательным, или при V- потенциал.

Ссылаясь на рисунок выше, мы можем понять, что когда неинвертирующий (+) вход микросхемы используется в качестве эталонного контакта, напряжение ниже этого эталона на инвертирующем входном контакте (-) приведет к выходу компаратора, чтобы стать открытым. С другой стороны, если (-) используется в качестве эталонного контакта, уровень напряжения на входе (+) выше, чем эталонный, приведет к тому, что выход станет отрицательным или на V-

. Чтобы узнать, как работает IC 339 работает как компаратор, в следующем примере показана ИС как детектор пересечения нуля.

В тот момент, когда входной сигнал превышает 0 В, на выходе устанавливается высокий уровень V+. Выход выключается при напряжении V- только тогда, когда на входе напряжение ниже 0 В.

Как объяснялось ранее, опорный уровень не обязательно должен быть равен 0 В, его можно изменить на любой другой желаемый уровень. Кроме того, вы также можете использовать другой входной контакт (+) в качестве эталонного контакта, а входной контакт (-) — в качестве входного сигнала для приема изменяющегося входного сигнала.

Преимущество наличия плавающего выхода в ИС компаратора

Как обсуждалось в предыдущих пояснениях, выход компараторов переключается через биполярные транзисторы с открытым коллектором в качестве выхода. Это дает преимущество прямого подключения выходов двух компараторов от IC 339 точно так же, как вентиль ИЛИ.

Хороший пример схемы оконного компаратора можно увидеть ниже. Здесь два блока компараторов IC 339 сконфигурированы с одним общим входным сигналом, а выходы соединены по схеме логического элемента ИЛИ.

Выходной сигнал соответствующих компараторов становится низким всякий раз, когда входной сигнал пересекает либо нижний установленный порог, либо верхний установленный порог, что позволяет пользователю узнать, когда сигнал выходит за пределы установленного уровня окна.

Оконный компаратор можно использовать для полезных приложений, таких как схема защиты от высокого напряжения, схема солнечного слежения и т. д.

Заключение

Из приведенных выше объяснений мы узнали, что: и один отзывчивый выход.