Komparator - czy to właśnie? Mikroukład i zasada działania

Komparator - urządzenie zaprojektowane do porównywania dowolnych wartości (z porównania - "porównaj"). Wzmacniacz operacyjny o dużym współczynniku multiplikacji. Ma wloty: bezpośrednie i odwrotne. W razie potrzeby sygnał odniesienia można podłączyć do dowolnego z nich.

Jak działa komparator?

Jedno z wejść jest stałym sygnałem, który nazywa się odniesieniem. Jest używany jako próbka do porównania. Drugi ton jest odbierany. Wyjście to tranzystor, który zmienia swój stan w zależności od warunków:


  • Napięcie wejścia bezpośredniego jest wyższe niż odwrotne - tranzystor jest otwarty.
  • Napięcie odwrotnego wlotu powyżej linii jest zamknięte.
  • Odpowiednio, napięcie wyjściowe zmienia się wraz ze skokiem od minimum do maksimum lub odwrotnie.
    Napięcie stopnia wyjściowego odpowiada poziomom wejściowym większości obwodów cyfrowych. Jest to konieczne w przypadkach, w których komparator jest regulatorem pulsu sterującym działaniem elementów logicznych.

    Zastosowanie komparatora

    Wykorzystywanego w obwodach pomiarowych do sygnałów elektrycznych i przetworników analogowo-cyfrowych. W łańcuchach logicznych elementy "lub" i "nie" także są komparatorami. Odpowiednio, użycie tego składnika nie jest ograniczone do konkretnych przykładów, ponieważ jest używane wszędzie. Warto zauważyć, że komparator może być wykonany z dowolnego wzmacniacza operacyjnego, ale nie odwrotnie. Wzmocnienie komparatora jest wystarczającewysoki Odpowiednio, jego wejścia są bardzo wrażliwe na różnicę napięcia między nimi. Różnica w kilku miliwoltach znacząco zmienia napięcie wyjściowe.



    W związku z tym komparator pozwala zaobserwować minimalne wahania poziomów napięć wejściowych. To czyni go nieodzownym elementem układów porównawczych i przyrządów pomiarowych o wysokiej precyzji:
  • wskaźniki poziomu sygnału wejściowego;
  • wykrywacze metali;
  • mikro- i miliwoltomierze;
  • detektory promieniowania elektromagnetycznego;
  • czujniki laboratoryjne;
  • komparatory masy;
  • analizatory gazów.
  • Zasada komparatora analogowego

    Komparator analogowy porównuje sygnały ciągłe - zmierzone wejście i odniesienie wejściowe. Sposób działania urządzenia pokazano na poniższym wykresie. Przy powolnej zmianie sygnału wejściowego następuje wielokrotne przełączanie komparatora przez krótki czas. Takie zjawisko określane jest mianem "elektronicznego dryblingu". Jego obecność znacznie zmniejsza skuteczność porównania. Ponieważ często powtarzające się zmiany stanu wyjściowego, wprowadź tranzystor do stanu nasycenia.
    W celu ograniczenia efektu "elektronicznego miotacza", PIC jest wprowadzany do systemu - pozytywna informacja zwrotna. Zapewnia histerezę - niewielką różnicę między poziomem włączania i wyłączania. Niektóre komparatory mają wbudowane C, co zmniejsza liczbę dodatkowych elementów konstrukcyjnych. Na przykład przy nieznacznej utracie czułości poszukują stabilnej pracy komparatora.

    Cechy komparatora cyfrowego

    Digitalkomparator to jednobitowy przetwornik analogowo-cyfrowy. Napięcie wyjściowe reprezentuje logiczne "0" lub "1". Do wejścia można wprowadzić sygnał analogowy lub cyfrowy. Urządzenie służy jako układ kształtowania impulsów do łączenia obwodów czujników i urządzeń wyświetlających. Może być używany do analizy widma sygnału dźwiękowego lub świetlnego. Komparator jest również logicznym "lub" i "nie" elementem wykorzystywanym w komputerach.

    Teoretycznie, z niewielką zmianą poziomu sygnału wejściowego, może wystąpić stan niepewności wyjścia. W praktyce nie występuje równość napięcia pomiarowego i odniesienia. Ponieważ komparator ma ograniczony zysk lub pozytywne sprzężenie zwrotne. Typowym przykładem jest spust Schmitt (TS). Nie pasuje do poziomów włączenia i wykluczenia określanych przez pilota PIC. Pozwala to na zaniedbanie dyskretnej przeszkody podczas pracy z komparatorem.

    Komparator-czip

    Przemysł produkuje komparatory w postaci układów scalonych. Ich zastosowanie pozwala tworzyć kompaktowe urządzenia z minimalną liczbą elementów zawiasowych. Zaletą małych części w niewielkiej długości przewodów łączących. W warunkach podwyższonego promieniowania elektromagnetycznego są one antenami odbiorczymi dla wszystkich rodzajów zakłóceń elektrycznych.

    Komparator wzmacniacza operacyjnego

    Komparatory wykazują znaczne podobieństwo do wzmacniaczy operacyjnych:
  • wzmocnienie;
  • impedancja wejściowa;
  • wartość prądów wejściowych;
  • stan nasycenia.
  • Czułość, pod innymi względami, jest specyficznym parametrem. Określa dokładność porównania. Charakteryzuje się minimalną różnicą sygnałów, w których występuje działanie komparatora. Jego wartość w układach scalonych ma setki mikrowoltów. Jest to nieco gorsze niż komparatory wzmacniaczy operacyjnych. Czas przełączania charakteryzuje wydajność komparatorów. Określa go minimalny czas zmiany sygnału wyjściowego: od momentu porównania do momentu działania. Zależy od różnicy sygnałów wejściowych. Wartości czasu przełączania wynoszą dziesiątki i setki nanosekund.

    Jak zrobić komparator własnymi rękami?

    Kto wie, jak czytać podstawowe diagramy i lutować, łatwo złożyć najprostsze komparatory do użytku w życiu codziennym. Zakres jest bardzo szeroki. Na nich można budować wiele konstrukcji przy minimalnych nakładach. Najprostszym komparatorem jest wzmacniacz operacyjny bez pozytywnego sprzężenia zwrotnego. Seria LM339 OU jest używana jako podstawa dla komparatora. Czerwone i zielone wskaźniki są wprowadzane w celu sterowania i wizualizacji działania obwodu. Po podłączeniu zasilania do pilota jedna z diod LED powinna się zaświecić, a która z nich - nie ma znaczenia. Jest to określane przez wiele czynników: kierowanie na sieć do obwodu, szczególnie parametry wsadowe i OA. Nawet jeśli weźmiesz kilka identycznych żetonów, wyjdą różne wyniki.
    Jeśli sygnał wejściowy jest zbliżony do "0" - zielona dioda zaświeci się, a jeśli jest zbliżona do napięcia zasilania, to czerwonaLED Następnie możesz spróbować zmienić stan logiczny komparatora, stosując jedno z wejść do napięcia równego, na przykład, połowie napięcia zasilania OA. Sygnał wyjściowy nie zależy od wartości bezwzględnej napięcia na wejściach wejściowych i odwróconych. Ale tylko na różnicę napięcia. Te eksperymenty pokazują pracę komparatora bez PIC. Taki komparator może być stosowany tam, gdzie nie ma potrzeby wykonywania specjalnych pomiarów dokładności. Urządzeniami takimi są domowe termostaty, ładowarki do akumulatorów samochodowych, urządzenia do odsiarczania (odzyskiwania) akumulatorów samochodowych, fotoodtwarzacze.

    Przykład praktycznego zastosowania komparatora

    Zasadniczo przedstawiono czujnik światła.
    Napięcie odniesienia podawane jest przez rezystory RV1 i R2. W takim przypadku RV1 służy jako konstruktor kontroli czułości. Wyświetlacz jest realizowany na diodzie LED D1. Czujnik jest elementem LDR1, który zmienia opór oscylacji w zależności od oświetlenia. W rzeczywistości komparator jest reprezentowany przez wzmacniacz operacyjny LM324. To proste urządzenie pokazuje, jak działa komparator w praktyce.

    Komparatory masy: koncepcja

    Komparator masy jest urządzeniem zaprojektowanym do określania różnicy między masowymi wartościami masy w kontrolowaniu standardów masy i masy, a także dla dokładnego ważenia. Najdokładniejsze komparatory masy są w stanie zważyć dowolną próbkę i porównać ją z inną podobną do niej. Zdarza się to na poziomie atomów. Potrzeba takich urządzeń powstaje z powodu niedoskonałości próbek referencyjnych miar ciężaru i objętości cieczy.

    Przykłady i wykorzystanie urządzeńWaga

    Rosyjskim standardem masy jest platynowy cylinder. Został skopiowany z francuskiej próbki 125 lat temu. W ciągu ostatnich lat standard utracił w postaci tlenków około 40 mikrogramów od pierwotnej wagi. W związku z tym jego wykorzystanie do potrzeb przemysłu, z bardzo precyzyjnym pomiarem masy jest obecnie trudne.
    Opracowano nowy standard masy. Naukowcy wyznaczyli kulę krzemową z parą atomów. Teraz jest to najdokładniejsza wersja standardowego kilograma. Jego cechy są akceptowane przez społeczność międzynarodową do użytku. Utworzona próbka wymaga wielu kopii. Ponieważ współczesne trendy w nauce, zwłaszcza w farmakologii, bioinżynierii, elektronice komputerowej, rozwój nanotechnologii wymaga precyzyjnych pomiarów. Dla takich gałęzi nauki i technologii setnych krytycznych mikrogramów. Ten problem powinien zostać rozwiązany przez komparator masy atomowej - urządzenie jest w stanie określić różnicę w kilku cząstkach. Komparator atomowy wykorzystuje do pomiarów pomiar sygnału referencyjnego uzyskanego z precyzyjnego oscylatora kwarcowego. Mierzone napięcie pobierane jest z kwantowego dyskryminatora, który określa stabilność linii najmniejszych cząstek. Jego zmiany są spowodowane rozbieżnością liczby próbek atomów. Dlatego jest teraz najdokładniejszym urządzeniem pomiarowym. Istnieją również mniej precyzyjne komparatory masy. Ich koszt jest znacznie niższy niż koszt atomowy, ale dla nich wszyscy pracują w przemyśle, handlu, standaryzacji.

    Powiązane publikacje