Thể loại: Bài viết nổi bật » Điện tử thực hành
Số lượt xem: 95831
Bình luận về bài viết: 3
Bộ so sánh tương tự
Tiêu đề bộ so sánh đến từ so sánh Latin - so sánh. Các thiết bị trong đó đo lường được thực hiện bằng cách so sánh với một công việc tiêu chuẩn theo nguyên tắc này. Ví dụ, cân bằng cánh tay hoặc chiết áp điện.
Nguyên lý hoạt động phân biệt giữa các bộ so sánh điện, khí nén, quang học và thậm chí cơ học. Thứ hai được sử dụng để kiểm tra các biện pháp chiều dài cuối. Lần đầu tiên, một bộ so sánh để xác minh các biện pháp kết thúc đã được Lenoir áp dụng ở Paris vào năm 1792, vì có một bài viết trong bách khoa toàn thư của Brockhaus và Efron.
Bộ so sánh cơ học này đã được sử dụng để kiểm tra tiêu chuẩn 1m trong quá trình hình thành hệ thống số liệu của Pháp. Độ chính xác đo của bộ so sánh như vậy sử dụng hệ thống đòn bẩy di động đạt 0,0005mm. Lúc đó nó rất chính xác. Nhưng trong bài viết này, chúng tôi sẽ không xem xét chi tiết về cơ học và các bộ so sánh khác, vì nhiệm vụ của chúng tôi là so sánh điện áp.
So sánh tích hợp. Nguyên tắc hành động và giống
Hiện nay, bộ so sánh chủ yếu được sử dụng trong thiết kế tích hợp. Ít người sẽ nghĩ đến việc lắp ráp một bộ so sánh từ các bóng bán dẫn rời rạc. Hơn nữa, bộ so sánh được sử dụng như một phần của một số mạch.
Ví dụ hẹn giờ tích hợp NE555 chứa nhiều như hai bộ so sánh ở đầu vào, trên thực tế, đạt được tất cả sự quyến rũ trong công việc của mình. Ngoài ra, nhiều vi điều khiển hiện đại cũng có bộ so sánh tích hợp. Nhưng, bất kể thực hiện, các nguyên tắc của các so sánh là hoàn toàn giống nhau.
Bộ so sánh hiện đại trong sơ đồ rất giống với opamp. Trong thực tế, đây là bộ khuếch đại hoạt động tương tự, chỉ không có phản hồi và với mức tăng rất cao. Bộ so sánh cũng có hai đầu vào, trực tiếp và nghịch đảo (được đánh dấu bằng một vòng tròn hoặc dấu trừ).
Chức năng chính của bộ so sánh là so sánh hai điện áp, một trong số đó là mẫu hoặc tham chiếu, và cái còn lại thực sự được đo. Tín hiệu đầu ra của bộ so sánh chỉ có thể nhận hai giá trị: số 0 logic và đơn vị logic, nhưng không thể thay đổi tuyến tính, giống như bộ khuếch đại hoạt động.
Ở đầu ra của bộ so sánh, theo quy luật, có một đầu ra bóng bán dẫn với bộ sưu tập mở và bộ phát. Do đó, nó có thể được kết nối theo mạch với OE hoặc bộ theo dõi phát, tùy thuộc vào yêu cầu của một mạch cụ thể, như trong Hình 1.
Hình 1a cho thấy sự bao gồm của một bóng bán dẫn đầu ra trong một mạch với một bộ phát chung. Trong trường hợp này, TTL và CMOS - logic có điện áp cung cấp + 5V có thể được kết nối với đầu ra của tầng. Nếu CMOS - logic được cấp nguồn bởi điện áp 15V, thì đầu ra trên cùng của điện trở 1KΩ theo sơ đồ nên được kết nối với bus công suất + 15V.
Khi bóng bán dẫn đầu ra được kết nối theo mạch theo dõi bộ phát, như trong Hình 1b, điện áp ở đầu ra của bộ so sánh sẽ thay đổi trong khoảng + 15V ... -15V. Tuy nhiên, với sự bao gồm này, tốc độ của bộ so sánh giảm đáng kể, và ngoài ra, các đầu vào được hoán đổi "ở những nơi - các đầu vào bị đảo ngược.
Hình 1
Làm thế nào để kiểm tra bộ so sánh, còn sống hay không còn sống?
Nếu một đèn LED được hàn liên tục với điện trở R trong mạch như trong Hình 1a bằng cách kết nối cực dương với nguồn điện + 5V, và điện áp được sử dụng cho các đầu vào bằng điện trở, thì việc thay đổi các điện áp này bằng cách sử dụng ít nhất các điện trở biến đổi có thể làm cho đèn LED nhấp nháy. Trong trình tự nào để áp dụng điện áp tham chiếu và đầu vào có thể được tìm thấy thêm. Hãy để một kế hoạch kiểm tra như vậy là một nhiệm vụ thực tế nhỏ.
Logic của bộ so sánh
Sơ đồ chức năng của bộ so sánh được hiển thị trong Hình 2.
Hình 2. Sơ đồ chức năng của bộ so sánh
Với rất nhiều tín hiệu đầu vào và đầu vào, hai tùy chọn là có thể. Trong trường hợp đầu tiên, được hiển thị ở phía bên trái của hình, điện áp tham chiếu được đặt vào đầu vào đảo ngược và điện áp đầu vào cho điện áp không đảo. Nếu điện áp đầu vào vượt quá điện áp tham chiếu, mức cao sẽ xuất hiện ở đầu ra của bộ so sánh (log. 1). Nếu không, chúng ta sẽ có một số 0 hợp lý.
Trong phiên bản thứ hai, được hiển thị ở phía bên phải của hình, điện áp tham chiếu được đặt vào đầu vào trực tiếp và điện áp đầu vào cho điện áp nghịch đảo. Trong trường hợp này, nếu điện áp đầu vào lớn hơn điện áp tham chiếu ở đầu ra của bộ so sánh, logic bằng 0, nếu không, thống nhất. Trong hình 2, tất cả các kết luận này được hiển thị dưới dạng các công thức toán học.
Nhưng ở đây, một độc giả chăm chú có thể có một câu hỏi công bằng: Hãy nhìn vào Hình 1, có bao nhiêu cửa hàng! Vậy họ đang nói về ai, loại số 0 nào ở đây, và đơn vị ở đây là gì? Trong trường hợp này, chúng ta đang nói về cơ sở của bóng bán dẫn đầu ra, người ta tin rằng đây là đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động, mà tín hiệu đầu vào được cung cấp. Và bóng bán dẫn đầu ra, như được chỉ ra trong các ý kiến cho Hình 1, có thể được bật theo bất kỳ cách nào.
Một số đặc điểm của bộ so sánh tương tự
Khi sử dụng các bộ so sánh, các đặc tính của chúng phải được tính đến, có thể được chia thành tĩnh và động. Các tham số tĩnh của bộ so sánh là những tham số được xác định ở trạng thái ổn định.
Trước hết, đây là độ nhạy ngưỡng của bộ so sánh. Nó được định nghĩa là sự khác biệt tối thiểu của các tín hiệu đầu vào mà tại đó tín hiệu logic xuất hiện ở đầu ra.
Ngoài đầu vào và đầu ra, nhiều bộ so sánh có đầu ra để cung cấp điện áp phân cực Ucm. Sử dụng điện áp này, sự dịch chuyển cần thiết của đặc tính truyền so với vị trí lý tưởng được thực hiện.
Một trong những thông số chính của bộ so sánh là độ trễ. Cách dễ nhất để giải thích hiện tượng này là sử dụng ví dụ với rơle thông thường. Hãy để điện áp hoạt động của cuộn dây, ví dụ, 12 V, sau đó với rơle sẽ hoạt động. Nếu sau đó, giảm dần điện áp cung cấp của cuộn dây, thì rơle sẽ giải phóng, ví dụ, ở điện áp 7V. Sự khác biệt này nhiều như 5V cho rơle này là độ trễ. Nhưng rơle sẽ không bật lại, nếu điện áp vẫn ở mức 7V, điều đó sẽ không xảy ra. Để làm điều này, tăng điện áp một lần nữa lên 12V. Và rồi ...
Điều tương tự được quan sát với các so sánh. Giả sử rằng điện áp đầu vào tăng trơn tru so với điện áp tham chiếu (tín hiệu được áp dụng, như thể hiện trong phần bên trái của Hình 2). Ngay khi điện áp đầu vào trở nên cao hơn điện áp tham chiếu (không thấp hơn giá trị độ nhạy ngưỡng), một đơn vị logic sẽ xuất hiện ở đầu ra của bộ so sánh.
Nếu điện áp đầu vào bây giờ bắt đầu giảm một cách trơn tru, thì quá trình chuyển đổi từ đơn vị logic sang số 0 logic sẽ xảy ra khi điện áp đầu vào thấp hơn một chút so với điện áp tham chiếu. Sự khác biệt về điện áp đầu vào tại các khu vực này trên mức tham chiếu và trên mức tham chiếu bên dưới được gọi là độ trễ của bộ so sánh. Độ trễ của bộ so sánh là do sự hiện diện của phản hồi tích cực trong nó, được thiết kế để triệt tiêu "độ nảy" của tín hiệu đầu ra khi chuyển đổi bộ so sánh.
Bộ so sánh thế nào
Sơ đồ mạch ở cấp độ bóng bán dẫn khá phức tạp, lớn, không rõ ràng lắm, nhưng thực tế không cần thiết. Đây là những tính năng thiết kế của mạch tích hợp, có vẻ như các bóng bán dẫn dính khắp nơi, ngay cả khi không cần thiết. Do đó, tốt hơn là xem xét một sơ đồ chức năng đơn giản hóa của bộ so sánh, được hiển thị trong Hình 3.
Hình 3. Sơ đồ chức năng đơn giản hóa của bộ so sánh
Sơ đồ hiển thị tầng vi sai đầu vào (DC), logic đầu ra và mạch dịch chuyển mức.
DC đầu vào thực hiện khuếch đại chính tín hiệu khác biệt, và với sự trợ giúp của thiết bị phân cực, nó cho phép thực hiện trạng thái ưa thích ở đầu ra, cho phép bạn chọn loại logic (TTL, ESL, CMOS) mà bạn phải làm việc.Cài đặt này được thực hiện bằng cách sử dụng một điện trở cắt được kết nối với các thiết bị đầu cuối "cân bằng".
So sánh gating và bộ nhớ
Một số bộ so sánh hiện đại có đầu vào gating: việc so sánh tín hiệu đầu vào chỉ xảy ra tại thời điểm cung cấp xung tương ứng. Điều này cho phép bạn so sánh các tín hiệu đầu vào tại thời điểm đó khi được yêu cầu. Vâng, đúng, bất cứ điều gì bạn thích! Một sơ đồ khối đơn giản hóa của một bộ so sánh với gating được hiển thị trong Hình 4.
Hình 4. Sơ đồ khối đơn giản hóa của một bộ so sánh
Các bộ so sánh hiển thị trong hình này có đầu ra paraphase, giống như bộ kích hoạt, đầu ra trên là trực tiếp và thấp hơn, được đánh dấu bằng một vòng tròn, là nghịch đảo tự nhiên. Ngoài ra, cổng C cũng được hiển thị ở đây.
Trong hình 4a, các tín hiệu đầu vào được đo ở mức cao ở đầu vào C. Khi đo ở mức thấp, chỉ định đồ họa ở đầu vào C phải có một vòng tròn nhỏ (dấu hiệu đảo ngược).
Trong hình 4b, đầu vào cổng C có dấu gạch ngang /, cho biết rằng việc giao phối xảy ra ở cạnh tăng của xung. Trong trường hợp gating trên mặt trước rơi xuống, dấu gạch ngang có hướng này.
Do đó, tín hiệu gating không có gì ngoài độ phân giải của phép so sánh. Kết quả so sánh chỉ có thể xuất hiện ở đầu ra trong quá trình hoạt động của xung cổng. Nhưng một số mô hình so sánh có bộ nhớ (chỉ cần một kích hoạt là đủ cho điều này) và ghi nhớ kết quả so sánh cho đến khi xung gating tiếp theo xuất hiện.
Thời lượng của xung nhấp nháy (cạnh của nó) phải đủ để tín hiệu đầu vào đi qua DC trước khi ô nhớ có thời gian kích hoạt. Việc sử dụng gating làm tăng khả năng chống nhiễu của bộ so sánh, vì nhiễu có thể thay đổi trạng thái của bộ so sánh chỉ trong một xung gating thời gian ngắn. Thông thường, bộ so sánh được gọi là ADC một bit.
Phân loại so sánh
Bằng cách kết hợp các tham số, bộ so sánh có thể được chia thành ba nhóm lớn. Đây là những so sánh mục đích chung, tốc độ cao và độ chính xác. Trong thực hành nghiệp dư, trước đây thường được sử dụng.
Không có bất kỳ thông số siêu nhiên nào về tốc độ và độ lợi, sự hiện diện của gating và bộ nhớ, bộ so sánh của ứng dụng rộng có các đặc tính và tính năng hấp dẫn riêng. Chúng có mức tiêu thụ điện năng thấp, khả năng làm việc ở điện áp thấp và thực tế là có thể đặt tối đa bốn bộ so sánh trong một trường hợp. Một "gia đình" như vậy cho phép trong một số trường hợp tạo ra các thiết bị rất hữu ích. Một trong những thiết bị này được hiển thị trong Hình 5.
Đây là bộ chuyển đổi đơn giản nhất của tín hiệu tương tự thành mã đơn vị kỹ thuật số. Một mã như vậy có thể được chuyển đổi thành nhị phân bằng cách sử dụng chuyển đổi kỹ thuật số.
Hình 5. Sơ đồ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang mã đơn vị kỹ thuật số
Mạch chứa bốn bộ so sánh K1 ... K4. Điện áp tham chiếu được áp dụng cho các đầu vào đảo qua chia điện trở. Nếu điện trở của các điện trở là như nhau, thì điện áp tại các đầu vào đảo ngược của các bộ so sánh sẽ là n * Uop / 4, trong đó n là số sê-ri của bộ so sánh. Điện áp đầu vào được áp dụng cho các đầu vào không đảo ngược được kết nối với nhau. Kết quả của việc so sánh điện áp đầu vào với điện áp tham chiếu ở đầu ra của bộ so sánh, chúng ta có được một mã kỹ thuật số đơn nhất của điện áp đầu vào.
Chi tiết hơn, chúng tôi sẽ xem xét các tham số của bộ so sánh mục đích chung bằng cách sử dụng ví dụ về bộ so sánh LM311 phổ biến và khá hợp lý.
Bộ so sánh sê-ri LM311
Điện áp cung cấp và điều kiện làm việc
Như được ghi trong Bảng dữ liệu, các bộ so sánh này có dòng đầu vào nhỏ hơn hàng nghìn lần so với bộ so sánh của dòng LM106 hoặc LM170. Ngoài ra, các bộ so sánh sê-ri LM311 có dải điện áp cung cấp rộng hơn: từ lưỡng cực ± 15V, như trong các bộ khuếch đại hoạt động, đến đơn cực + 5 ... 15V.Dải công suất rộng này cho phép sử dụng các bộ so sánh sê-ri LM311 kết hợp với bộ khuếch đại hoạt động, cũng như với một loạt các mạch logic khác nhau: TTL, CMOS, DTL và các mạch khác.
Ngoài ra, bộ so sánh LM311 có thể điều khiển trực tiếp đèn và cuộn dây rơle với điện áp hoạt động lên đến 50V và dòng điện không quá 50mA. Ngoài LM311, còn có các bộ so sánh LM111 và LM211. Các vi mạch này khác nhau về điều kiện hoạt động, chủ yếu là ở nhiệt độ. Phạm vi hoạt động của LM311 là 0 ° C ... + 70 ° C (phạm vi thương mại) LM211 -25 ° C ... + 85 ° C (công nghiệp), LM311 -55 ° C ... + 125 ° C (chấp nhận quân sự).
Các chất tương tự trong nước đầy đủ của bộ so sánh LM311 là 521CA3, 554CA3 và một số loại khác. Khi thay thế, bạn không cần thay đổi mạch và thậm chí không phải làm lại bảng mạch. Bạn chỉ nên chú ý đến thực tế là các bộ so sánh, giống như các vi mạch khác, có sẵn trong các trường hợp khác nhau, vì vậy khi bạn mua chúng, bạn nên chú ý tối đa đến điều này, đặc biệt nếu việc mua này sẽ được sử dụng để sửa chữa thiết bị đã hoàn thành.
Hình 7 cho thấy sơ đồ chân (sơ đồ chân) của bộ so sánh LM311, được thực hiện trong nhiều trường hợp khác nhau.
Hình 6. Bộ so sánh LM311
Hình 7. Pinout (pinout) của bộ so sánh LM311, được thực hiện trong nhiều trường hợp khác nhau.
Trên thực tế, nhiều hơn nữa có thể được viết về so sánh. Với sự giúp đỡ của họ, bạn có thể làm chuyển tiếp hình ảnh, rơle nhiệt, chỉ báo điện trường, rơle điện dung và nhiều thiết bị hữu ích khác.
Một số mạch thú vị và hữu ích có thể được tìm thấy trong "biểu dữ liệu" của bộ so sánh LM311, trong đó chúng được đưa ra làm mạch chuyển mạch điển hình. Chính ở dạng này, các bộ so sánh được sử dụng khá thường xuyên. Đây chỉ là mô tả về các chương trình điển hình được đưa ra trong "điển hình", tiếng Anh. Nhưng ngay cả khi không biết ngoại ngữ, bạn có thể tìm ra nó, ít nhất là với sự trợ giúp của một dịch giả trực tuyến Google.
Bài viết tiếp theo: Một số mạch so sánh đơn giản
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com:
