Võrdlusahelad, kasutades IC 741, IC 311, IC 339

Võrdlusahela põhiülesanne võrrelda sisendtappide kahte pingetaset ja toota väljund, et näidata, millise sisendpinge potentsiaal on suurem kui teisel.

Selles artiklis õpime üksikasjalikult, kuidas võrdlusahelaid õigesti kujundada, kasutades populaarseid IC-sid nagu IC 741, IC 311 ja IC LM339

Erinevus võrdleja ja op võimendi vahel

IC 741 on ideaalne näide ühest op-võimendist ja IC LM311 võib pidada spetsiaalse üksiku komparaatori heaks näiteks.

Mõlemal üksusel on seesmine identne kolmnurkse kujuga seadme sümbol, mille me tavaliselt ära tunneme ja mida kasutame võrdlusahelate joonistamiseks. Kuid nende kahe võrdlusvormi väljundreaktsioonil võib olla mõned suured erinevused.

Ehkki op-võimendi ja komparaatori saab mõlemad konfigureerida diferentsiaalsignaalide võrdlemiseks nende sisendtappidel, on peamised erinevused kahe analoogi vahel järgmised:

• Toitega olekus on op-võimendi väljund kas positiivne või negatiivne, sõltuvalt sisendpinge pingetasemest, kuid ei saa kunagi olla avatud. Seevastu võrdlusväljund võib olla kas avatud või maandatud (negatiivne) või ujuv.
• Opvõimendi väljund võib töötada ilma tõmbe- või allatõmbetakistiteta, kuid võrdluseks on alati vaja välist tõmbe- või allatakistust, et väljundstaadium normaalselt töötada.
• Op-võimendit saab kasutada suure võimendusega võimendite ahelate ehitamiseks, võrdlust ei saa selliste rakenduste jaoks kasutada.
• Opvõimendi väljundi ümberlülitamise reaktsioon on tavaliselt võrdlus IC-ga võrreldes aeglasem.

Klassikalist võrdlusahela kujundust võib näha järgmiselt jooniselt:

Siin vastab väljund „kõrge” digitaalsignaaliga, kui pinge mitteinverteeriva (+) sisendi juures on suurem kui inverteeriv (-) sisend. Vastupidiselt muutub väljund madalaks digitaalsignaaliks alati, kui mittepöörav sisendpinge on madalam kui inverteeriv sisendpinge.

Viidates ülaltoodud joonisele, näeme võrdlusahelaga standardühendust, millel on üks sisend (selles näites inverteeriv sisend) konfigureeritud võrdluspingega, ja teine ​​sisendtapp, mis on sisendsignaali pingega ühendatud mitteinverteeruv sisend .

Ajal, mil Vin hoitakse madalamal pingel kui referentspinge +2 V, jääb väljund madalaks -10 V juures. Kui Vin suurendatakse veidi üle +2 V, muutub väljund koheselt olekuks ja muutub kõrgeks umbes + 10 V. See oleku muutus väljundis -10 V kuni +10 V näitab, et Vin on muutunud kõrgemaks kui võrdlus +2 V.

Iga komparaatori põhikomponent on op-võimeahel, mis on seatud väga suurele pingetõusule. Võrdleja töö täpseks uurimiseks võime võtta näite IC 741-st, nagu allpool näidatud:

Siin näeme, et inverteeriva sisendi pin2 (-) on viidatud maapinnale või 0 V tasemele. Sinusoidne signaal rakendatakse pin3-le, mis on op-võimendi mitteinverteeruv sisend. See vaheldumisi varieeruv sinusoidaalne signaal põhjustab väljundi ülemineku kõrge ja madala väljundi vahel, nagu on näidatud pildi paremal küljel.

Kui sisend Vin liigub 0 V võrdlusnäitaja kohal isegi millivoldi võrra, võimendab erinevust IC sisemine suure võimendusega opvõimendi, mis põhjustab väljundi positiivse küllastustaseme korral kõrgeks. See seisund püsib nii kaua, kuni Vin-signaal jääb 0 V võrdlusastmest kõrgemale.

Niipea, kui signaalitase langeb varju alla 0 V võrdlusaluse, suunatakse väljund madalamale küllastustasemele. Jällegi säilib see tingimus seni, kuni Vin sisendsignaal jääb alla 0 V võrdlustaseme.

Ülaltoodud selgitus ja pildil esitatud lainekuju näitavad selgelt väljundi digitaalset vastust lineaarselt muutuva sisendsignaali korral.

Tavaliste rakenduste puhul ei pea võrdlustase olema 0 V, pigem võib see olla mis tahes positiivne tase vastavalt nõudele. Vajaduse korral saab võrdluspunkti ühendada ka positiivse või negatiivse toiteliiniga, samal ajal kui sisendsignaal rakendatakse teise sisendtapi külge.

IC 741 kasutamine võrdlusena

Järgmises näites õpime, kuidas seda tõhusalt teha võrdlusena kasutage op-võimendit

Joonisel näeme opvõimendi vooluahelat, mis töötab positiivse võrdlushulgaga, mis on seatud selle tagurpidi sisendtapis (-). Väljund kinnitatakse LED-iga.

Kasutades pingejaguri võrgu valemit, saame arvutada IC pinge (-) sisendtapi referentspinge väärtuse.

Vref = 10 k / 10 k + 10 k x +12 V = +6 V

Kuna see viide on seotud IC (-) tihvtiga, sunnib pinge Vin (+) sisendis sellest referentsist kõrgemale või muutub positiivsemaks kui referents, sundib väljund Vo oma positiivsele küllastustasemele lülituma.

See süttib LED-i põlema, mis näitab, et Vin on muutunud positiivsemaks kui võrdlustase +6 V.

Vastupidi, kui mittepööratav sisend (+) on konfigureeritud võrdlusnõelaks ja Vin rakendatakse inverteeriva sisendi (-) tihvtile, läheb väljund madalaks niipea, kui Vin sisend läheb alla kontrollväärtuse, ja vastupidi.

See põhjustab LED-i kohese väljalülitamise.

Seetõttu saab LED-i panna antud sisendsignaali jaoks sisse või välja lülitama, juhtmete sisendnõela sobivalt juhtmestiku ja sisendsignaaliga ühendades.

Spetsiaalsete komparaatori IC-üksuste kasutamine

Tavaliselt töötavad op-võimendid võrdlusahelatena suurepäraselt, kuid spetsiaalse võrdlus-IC-i kasutamine töötab võrdlusrakenduse jaoks isegi paremini kui op-võimendi.

Võrdlusmikroskoobid on spetsiaalselt ideaalselt loodud võrdlusfunktsioonide jaoks ja näitavad paremat reageeringut, näiteks kiiremat lülitamist väljundis positiivse ja negatiivse taseme vahel.

Nendel mikroprotsessoritel on suurem müratakistus ja paljudel juhtudel saab väljundeid otseselt kasutada koorma juhtimiseks.

Tutvume järgneva arutelu põhjal üksikasjalikult paari populaarse võrdlus IC-ga.

Võrdlusahel IC 311 abil

Ülaltoodud joonisel on kujutatud komparaatori IC 311 sisemist paigutust ja kinnitusdetaile. IC on mõeldud töötama ka kahepoolsest toiteallikast, vahemikus +15 V ja -15 V, mis on kõigi jaoks ühilduv standardtase kaasaegsed digitaalsed IC-d.

IC-i väljundstaadiumis on bipolaarne transistor, millel on ujuvad kollektori ja emitteri klemmid. See tähendab, et selle transistori väljundit saab konfigureerida kahel erineval viisil:

1. Lisades kollektori tihvtiga 7 tõmbetakisti ja maandades emitteri tihvti1 ning kasutades seejärel väljundina kollektorit.
2. Ühendades kollektori positiivse joonega ja kasutades väljundiks emitterit.

Transistori väljundit saab kasutada ka relee või väikese koormuse, näiteks lambi juhtimiseks, ilma välise puhverastmeta.

IC-l on ka tasakaal ja strobosisend, mida saab väljundiga siduda.

Arutame järgmistes jaotistes mõningaid selle IC kasulikke rakendusi:

Ülaltoodud joonis näitab, kuidas IC 311 saab konfigureerida nagu a nulliga ristuv detektor võrdlusandur sisendpinge tajumiseks, kui see ületab nulljoone.

311 tagurpidi sisend (-) on näha maapinnaga ühendatud. Perioodil on sisendsignaal positiivsel tasemel, jääb väljundtransistor sisselülitatuks, mis tekitab väljundis (transistori kollektor) madala (-10 selles näites).

Niipea kui sisendsignaal läheb negatiivseks või alla 0 V, lülitatakse transistor välja. See tekitab positiivse + 10 V IC kollektori väljundis. See võimaldab meil teada, millal sisendsignaal on nulltasemest kõrgemal ja millal see on langenud alla nulltaseme.

Järgmine allolev joonis näitab, kuidas IC 311 komparaatorit saab kasutada välgutatava vooluahela valmistamiseks.

Selles võrdlusahela näites pöördub väljundnõel 7 kõrgeks, kui pin3 pinge tase tõuseb üle pin2 võrdluse. Kuid see võib juhtuda ainult siis, kui pin6 strobe sisendi tihvt on madal või 0 V juures.

Kui transistori alusele rakendatakse kõrget TTL-strobot, muutub tihvt 6 madalaks, põhjustades IC-väljundtransistori välja lülitumise ja võimaldades seeläbi pin7-l kõrgele minna.

Väljund on jätkuvalt kõrge seni, kuni TTL-sisendit hoitakse kõrgel, olenemata pin3 sisendsignaali olekust.

Kuid kui TTL-signaal rakendatakse strobed kujul, siis väljund reageerib sisendsignaalile pin3-l. Lihtsustatult öeldes jääb väljund kõrgele lukustatuks, välja arvatud juhul, kui pin6 on välgutatud.

Relee ühendamine komparaatoriga

Järgmine allolev joonis näitab, kuidas saab võrdlust 311 otse kasutada juhtida relee .

Siin, kui sisendtapi 2 pingetase langeb alla 0 V, saab pin3 positiivsema kui pin2. See põhjustab sisemise transistori kollektori väljalülitamise, mis lülitab relee sisse. The relee kontaktid soovitud lülitustoimingu teostamiseks saab seda juhtmega ühendada suurema koormusega.

Niikaua kui pin (2) sisend (+) jääb alla 0 V, jääb relee sisselülitatuks. Ja vastupidi, kui pin2-l on positiivne signaal, jääb relee välja lülitatuks.

Võrdlusahel, kasutades IC 339

IC 339, mis on rahva seas kirjutatud ka kui LM339, on neljavõrdlusega IC. See tähendab, et see sisaldab 4 eraldi pingevõrdlejat, mille sisendid ja väljundid on IC-paketi vastavate väliste tihvtide kaudu asjakohaselt lõpetatud, nagu allpool näidatud.

Nagu igal teisel võrdlusel, on ka igal võrdlusplokil paar sisendit ja üks väljund. Kui mikrolüliti toiteallikaks on Vcc ja maanduse tihvtide pinge rakendamine, toidab see kõiki võrdlusseadmeid koos. Nii et isegi ühe võrdlusmasina kasutamisel kulutaksid kõik ülejäänud 3 energiat.

Kõigil võrdlustel on täpselt ühesugused omadused, seetõttu võime võrdlusfunktsiooni selgitamiseks mõnda neist analüüsida.

Kui sisendklemmidele rakendatakse positiivset diferentsiaalsisendit, see tähendab, et kui rakendatud signaalide vahe on positiivne, lülitab see väljundtransistori VÄLJAS. See põhjustab väljundis avatud voolu või ujuva avatud voolu.

Kui diferentsiaalisisend on negatiivne, st kui sisendtappidel rakendatud signaalide erinevus on negatiivne, lülitub see sisse komparaatori väljundtransistori, mis põhjustab komparaatori väljundnõela negatiivseks või V-potentsiaaliks.

Viidates ülaltoodud joonisele, saame aru, et kui võrdlusnõelana kasutatakse IC mitteinverteerivat (+) sisendit, põhjustab inverteeriva sisendtapi (-) sellest võrdlusest madalam pinge võrdluseks, et saada avatuks. Teisest küljest, kui võrdlusnõelana kasutatakse (-), põhjustab pinge tase (+) sisendist kõrgem kui referentsnumber, väljundi negatiivseks või V

Selleks, et teada saada, kuidas IC 339 töötab nagu komparaator, näitab järgmine näide IC-d kui nullpunkti detektorit.

Hetkel, kui sisendsignaal tõuseb üle 0 V, pööratakse väljund V + tasemel kõrgeks. Väljund lülitatakse välja V-st ainult siis, kui sisend on allpool 0 V.

Nagu eelnevalt selgitatud, ei pea võrdlustase olema 0 V, seda saab muuta mis tahes muule soovitud tasemele. Lisaks võite erineva sisendsignaali vastuvõtmiseks kasutada ka teist sisendnõela (+) võrdlusnõelana ja (-) sisendsignaali sisendsignaalina.

Ujuva väljundi eelis komparaatori IC-des

Nagu eelmistes selgitustes arutati, lülitatakse võrdlusandmete väljund BJT kaudu, mille väljundiks on avatud kollektor. See annab eelise ühendada IC 339-st kahe võrdleja väljund otse nagu VÕI värav .

Kena näidet akende võrdlusahelast näete allpool. Siin on kaks IC 339 võrdlusplokki konfigureeritud ühe ühise sisendsignaaliga ja väljundid ühendatakse nagu OR-värav.

Vastavate komparaatorite väljund langeb madalaks, kui sisendsignaal ületab kas alumise või ülemise seatud künnise, võimaldades kasutajal teada saada, kui signaal on väljaspool seatud akna taset.

Akende võrdlust saab kasutada selliste kasulike rakenduste jaoks nagu kõrge madalpingekaitse vooluringi ja päikesejälgija vooluring

Järeldus

Ülaltoodud selgitustest saime teada, et:

Võrdlejad on põhimõtteliselt üksused, millel on kaks täiendavat sisendit ja üks reageeriv väljund. Väljund muutub kõrgeks või madalaks, kui ühe sisendi pingetase läheb suuremaks või madalamaks kui teine ​​sisend, sõltuvalt sellest, millist sisendit kasutatakse võrdlusena või fikseeritud pingetasemel.

Ehkki op-võimendit saab kasutada ka nagu komparaatorit, on spetsiaalsed komparaatori IC-d paremini välja töötatud nagu komparaatorid.

Spetsiaalsed võrdlusmikraadid nagu LM311, LM339 on spetsiaalselt loodud võrdlusrakenduseks, kiirema reageerimise ja paindliku suure voolutugevusega.

Kui teil on sellega seotud küsimusi, küsige neid palun alloleva kommentaarikasti kaudu.