Je to komparátor? Mikroobvody a provozní princip

Komparátor je zařízení určené k porovnání některých hodnot (z latinského porovnání - "porovnat"). Je to operační zesilovač s velkým násobitelem. Má vstupy: přímý a obrácený. V případě potřeby může být referenční signál připojen k některému z nich.

Jak funguje komparátor?

Na jeden ze vstupů se používá konstantní signál, který se nazývá referenční signál. Používá se jako reference pro srovnání. Druhý obdrží zkušební signál. Výstup je tranzistor, mění jeho stav v závislosti na podmínkách:

• Napětí přímého vstupu je vyšší než napětí inverzní - tranzistor je otevřený.
• Napětí inverzního vstupu je vyšší než přímé - je zavřeno.

Výstupní napětí se tedy náhle mění od minima na maximum nebo naopak.

Napětí výstupních stupňů odpovídá vstupním úrovním většiny digitálních mikroobvodů. Toto je nutné pro případy, kdy je komparátorem tvarovač impulsu, který řídí činnost logických prvků.

Aplikace srovnávače

Používají se v obvodech pro měření elektrických signálů a v analogově-digitálních měničích. V logických řetězcích fungují prvky "nebo" a "ne", které jsou také komparátory. Proto použití tohoto komponentu není omezeno na konkrétní příklady, neboť se používá univerzálně.

Je třeba poznamenat, že porovnávací zařízení může být vyrobeno z libovolného operačního zesilovače, nikoliv však naopak. Zisk komparátoru je poměrně vysoký. Jeho vstupy jsou proto velmi citlivé na rozdíl napětí mezi nimi. Nesrovnalost několika milivoltů významně mění výstupní napětí.

Komparátor tedy umožňuje sledovat minimální kolísání úrovní vstupních napětí. To z něj dělá nepostradatelný prvek srovnávacích schémat a měřících přístrojů s vysokou přesností:

• indikátory úrovně příchozího signálu;
• detektory kovů;
• mikro- a milivoltmetry;
• detektory elektromagnetického záření;
• laboratorní senzory;
• hmotnostní komparátory;
• analyzátory plynu.

Princip analogového komparátoru

Analogový komparátor porovnává průběžné signály - vstupní naměřené a vstupní reference. Způsob fungování zařízení je zobrazen v následujícím grafu.

Při pomalé změně vstupního signálu se komparátor opakovaně přepíná krátkou dobu. Tento jev se nazývá "elektronický chatr". Jeho přítomnost významně snižuje účinnost srovnání. Vzhledem k častým změnám ve stavu výstupu je terminálový tranzistor vstřikován do stavu nasycení.

Aby se snížil účinek "elektronického chvění", do okruhu je zavedena PIC-pozitivní zpětná vazba. Poskytuje hysterezi - malý rozdíl mezi úrovní zapnutého a vypnutého napětí. Některé komparátory mají vestavěný PIC, který snižuje počet dalších prvků konstrukce konstrukce. Například s mírnou ztrátou citlivosti je dosaženo stabilní práce komparátoru.

Vlastnosti digitálního komparátoru

Digitální komparátor je jednobitový převodník analogově-digitální. Výstupní napětí je buď logické "0" nebo "1". Na vstup lze zadat analogový a digitální signál. Zařízení se používá jako impulzní tvarovač pro rozhraní obvodů snímačů a zobrazovacích zařízení. Lze použít k analýze spektra zvukového nebo světelného signálu. Komparátor je také logickými prvky "nebo" a "ne" používanými v počítačové technologii.

Teoreticky, při nevýznamně malých výkyvech úrovně vstupního signálu může nastat stav nejistoty výstupu. V praxi nedochází k rovnosti naměřených a referenčních napětí. Protože má komparátor omezený zisk nebo pozitivní zpětnou vazbu.

Typickým příkladem je spouštěč Schmitt (TS). Nezodpovídá úrovně zapnutí a vypnutí podle určení PIC. To umožňuje zanedbávat diskrétní rušení při provozu komparátoru.

Srovnávací mikroobvod

Průmysl vyrábí komparátory v podobě integrované obvody. Jejich použití umožňuje vytvářet kompaktní zařízení s minimálními kloubovými prvky. Také výhoda malých dílů v nevýznamné délce spojovacích vodičů. V podmínkách zvýšeného elektromagnetického záření obdrží antény pro všechny druhy elektrických poruch.

Komparátor na operačním zesilovači

Komparátory mají hodně společného s operačními zesilovači:

• faktor zisku;
• vstupní odpor;
• hodnota vstupních proudů;
• saturační stav.

Citlivost, jiné rozlišení, je specifickým parametrem. Určuje přesnost porovnání. Je charakterizován minimálním rozdílem v signálech, ve kterých komparátor pracuje. Jeho hodnota v integrovaných obvodech je stovky mikrovoltů. To je poněkud horší než komparátory na operačních zesilovačích.

Doba spínání charakterizuje rychlost komparátorů. Je určen minimálním časem změny výstupního signálu: od okamžiku porovnání s okamžikem provozu. Závisí na rozdílu signálů na vstupu. Spínací časy jsou desítky a stovky nanosekund.

Jak vytvořit srovnávací prvek s vlastními rukama?

Kdo ví, jak číst schematické diagramy a pájky, snadno sestavuje nejjednodušší komparátory pro použití v každodenním životě. Oblast použití je velmi rozsáhlá. Na nich můžete postavit spoustu struktur s minimálními náklady. Nejjednodušší komparátor je operační zesilovač bez pozitivní zpětné vazby.

OC OC řady LM339 se používá jako základ pro komparátor. Pro ovládání a vizualizaci chodu obvodu jsou uvedeny červené a zelené indikátory. Když připojíte napájení k op-zesilovači, měla by se rozsvítit jedna ze světelných diod LED a která z nich je nedůležitá. To je způsobeno řadou faktorů: překročení sítě k okruhu, funkce dávky a parametry operačního systému. Dokonce i když budete mít několik stejných čipů, získáte různé výsledky.

Je-li vstupní signál blízké hodnotě "0" - bude zelená a pokud je blízko napájecího napětí, pak červená LED. Pak se můžete pokusit změnit logický stav komparátoru dodáním jednoho ze vstupů napětí rovného například polovině napájecího napětí op-amp. Výstupní signál nezávisí na absolutní hodnotě napětí na předních a zpětných vstupech. Ale jen na rozdíl ve stresu.

Tyto experimenty ukazují fungování komparátoru bez PIC. Takový komparátor lze použít tam, kde není vyžadována žádná zvláštní přesnost měření. Taková zařízení jsou termostaty pro domácnost, nabíječky pro autobaterie, odsiovací přístroje (regenerace) autokumulátorů, fotorelény.

Příklad praktického použití komparátoru

Na schématu zapojení je zobrazen snímač světla.

Referenční napětí je nastaveno odpory RV1 a R2. V tomto případě slouží RV1 jako regulátor citlivosti struktury. Displej je implementován na LED D1. Snímač je prvek LDR1, který mění ohmický odpor v závislosti na osvětlení. Vlastní komparátor je představen operačním zesilovačem LM324. Toto jednoduché zařízení ukazuje, jak funguje komparátor v praxi.

Hmotnostní komparátory: koncept

Hmotnostní komparátor je zařízení navržené tak, aby vylepšovalo rozdíl v hmotnostních hodnotách závaží při řízení hmotných a hmotnostních norem a také pro přesné vážení. Nejpřesnější hmotnostní komparátory dokáží vážit jakýkoli vzorek a porovnat ho s jiným obdobným způsobem. To se děje na úrovni atomů. Potřeba těchto zařízení vzniká v důsledku nedokonalosti standardních vzorků měření hmotnosti a objemu kapaliny.

Příklady a použití zařízení pro stanovení hmotnosti

Ruský masový standard je platinový válec. To bylo kopírovalo před francouzským modelem před 125 lety. V průběhu let norma ztratila přibližně 40 μg své původní hmotnosti ve formě oxidů. Proto je jeho použití pro potřeby výroby s vysokou přesností měření hmotnosti nyní obtížné.

Byl vyvinut nový masový standard. Vědci označili křemíkovou kouli se sudým počtem atomů. Nyní je to nejpřesnější volba standard kilogramu. Jeho charakteristiky jsou uznávány mezinárodním společenstvím pro použití.

Vytvořený vzorek je třeba kopírovat několikrát. Vzhledem k tomu, že moderní trendy v oblasti vědy, zejména farmakologie, bioinženýrství, počítačové elektroniky, nanotechnologického vývoje vyžadují přesnou přesnost měření. Stovky mikrogramů jsou kritické pro takové oblasti vědy a techniky. Tento úkol by měl být vyřešen pomocí atomového komparátoru hmoty - zařízení schopného stanovit rozdíl v několika částicích.

Atomový komparátor používá pro měření referenční signál získaný z vysoce přesné křemenný generátor. Naměřené napětí se odebírá z kvantového diskriminátoru, který určuje stabilitu řady nejmenších částic. Jeho změny jsou způsobeny rozdílem v počtu atomů vzorku. Proto je nyní nejpřesnější měřicí zařízení.

Existují méně přesné komparátory hmotnosti. Jejich cena je mnohem nižší než jaderná energie, ale pro všechny je práce v průmyslu, obchodu, normalizace.