Salīdzinošās shēmas, izmantojot IC 741, IC 311, IC 339

Salīdzinošās ķēdes pamatfunkcija, lai salīdzinātu divus sprieguma līmeņus pie tā ieejas tapām un izveidotu izeju, lai parādītu, kura ieejas spriegumam ir lielāks potenciāls nekā otram.

Šajā rakstā mēs sīki uzzināsim, kā pareizi noformēt salīdzināšanas shēmas, izmantojot populāras IC, piemēram, IC 741, IC 311 un IC LM339

Starpība starp salīdzinātāju un op amp

IC 741 ir ideāls viena op pastiprinātāja piemērs, un IC LM311 var uzskatīt par labu īpaša atsevišķa salīdzinātāja piemēru.

Abām šīm vienībām iekšpusē būs identisks “trīsstūra” formas ierīces simbols, kuru mēs parasti atpazīstam un izmantojam salīdzinošo shēmu zīmēšanai. Tomēr šo divu salīdzinājumu veidu izejas reakcijai var būt dažas būtiskas atšķirības.

Lai gan op amp un komparatoru var konfigurēt, lai salīdzinātu diferenciālos signālus viņu ieejas tapās, galvenās atšķirības starp abiem kolēģiem ir šādas:

• Strāvas režīmā op amp pastiprinātāja izeja būs vai nu pozitīva, vai negatīva, atkarībā no ieejas tapas sprieguma līmeņiem, taču tā nekad nevar būt atvērta. Turpretī salīdzinājuma izeja var būt gan atvērta, gan iezemēta (negatīva), gan peldoša.
• Op amp izeja var darboties bez pretestības vai pievilkšanas rezistoriem, taču salīdzinātājam vienmēr būs nepieciešams ārējs pievilkšanas vai nolaišanas rezistors, lai izejas posms darbotos normāli.
• Op pastiprinātāju var izmantot, lai izveidotu pastiprinātāja ķēdes ar lielu pastiprinājumu, šādiem lietojumiem nevar izmantot salīdzinājumu.
• Op amp izejas pārslēgšanas reakcija parasti ir lēnāka, salīdzinot ar salīdzinošo IC.

Klasisks salīdzināšanas ķēdes dizains ir redzams šajā attēlā:

Šeit izeja reaģē ar “augstu” digitālo signālu ikreiz, kad spriegums pie neinvertējošās (+) ieejas ir lielāks par invertējošo (-) ieeju. Pretēji tam izeja pārvēršas par zemu digitālo signālu ikreiz, kad neinvertējošais ieejas spriegums ir mazāks par apgrieztā ieejas spriegumu.

Atsaucoties uz iepriekšējo attēlu, mēs varam redzēt salīdzināšanas ķēdes standarta savienojumu, kurā viena ieeja (šajā piemērā apgrieztā ieeja) ir konfigurēta ar atskaites spriegumu, un otra ieejas tapa, kas ir neinvertējoša ieeja, kas savienota ar ieejas signāla spriegumu .

Laikā, kad Vin tiek turēts ar zemāku spriegumu nekā atskaites spriegums +2 V, izeja paliek zema pie -10 V. Ja Vin palielinās nedaudz virs +2 V, izeja uzreiz maina stāvokli un pagriežas augstu līdz + 10 V. Šī stāvokļa maiņa izejā no -10 V līdz +10 V norāda, ka Vin ir kļuvis augstāks par atskaites +2 V.

Galvenā sastāvdaļa jebkura salīdzinātāja iekšpusē ir op amp ķēde, kas iestatīta ar ļoti lielu sprieguma pieaugumu. Lai precīzi izpētītu salīdzinātāja darbību, mēs varam izmantot IC 741 piemēru, kā parādīts zemāk:

Šeit mēs varam redzēt, ka invertējošā ievades tapa2 (-) ir atsauce uz zemi vai 0 V līmeni. Sinusoidāls signāls tiek iedarbināts uz pin3, kas ir op amp neinvertējošais ievads. Šis pārmaiņus mainīgais sinusoidālais signāls liek izejai pārslēgties starp augstu un zemu izejas stāvokli, kā norādīts attēla labajā pusē.

Kad ieeja Vin pārvietojas pat milivoltu virs 0 V atskaites, atšķirību pastiprina IC iekšējais augsta pastiprinājuma op amp, izraisot izejas pozitīvu piesātinājuma līmeni. Šis nosacījums tiek saglabāts tik ilgi, kamēr Vin signāls paliek virs 0 V atskaites.

Tiklīdz signāla līmenis nokrītas nokrāsā zem 0 V atskaites, izeja tiek virzīta uz zemāko piesātinājuma līmeni. Arī šis nosacījums tiek saglabāts tik ilgi, kamēr Vin ieejas signāls paliek zem 0 V atskaites līmeņa.

Iepriekš sniegtais skaidrojums un attēlā redzamā viļņu forma skaidri norāda izejas digitālo reakciju lineāri mainīgam ieejas signālam.

Normālai lietošanai atsauces līmenim nav jābūt 0 V, drīzāk tas var būt jebkurš pozitīvs līmenis saskaņā ar prasību. Ja nepieciešams, atsauci var pieslēgt arī pie pozitīvās vai negatīvās padeves līnijām, kamēr ieejas signāls tiek izmantots pie otra ieejas kontakta.

Izmantojot IC 741 kā salīdzinātāju

Nākamajā piemērā mēs uzzināsim, kā efektīvi rīkoties izmantojiet op amp kā salīdzinājumu

Attēlā mēs varam redzēt op amp ķēdi, kas darbojas ar pozitīvo atskaites kopu tās invertēšanas ieejas tapā (-). Izeja ir piestiprināta ar LED.

Izmantojot sprieguma dalītāja tīkla formulu, mēs varam aprēķināt atsauces sprieguma vērtību IC (-) ieejas tapā.

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

Tā kā šī atsauce ir saistīta ar IC (-) tapu, ja spriegums Vin pie (+) ieejas ir lielāks par šo atsauci vai kļūst pozitīvāks par atsauci, piespiedīs izeju Vo pāriet uz pozitīvo piesātinājuma līmeni.

Tas izraisīs gaismas diode iedegšanos, norādot, ka Vin ir kļuvis pozitīvāks par atskaites līmeni +6 V.

Pretēji tam, ja neinvertējošā ieeja (+) ir konfigurēta kā atskaites tapa un Vin, kas tiek izmantots invertējošās ievades (-) tapai, izeja samazināsies, tiklīdz Vin ieeja būs zemāka par atsauces vērtību, un otrādi.

Tas uzreiz izraisīs LED izslēgšanu.

Tāpēc gaismas diodi var ieslēgt vai izslēgt dotajam ieejas signālam, atbilstoši vadot ieejas tapu ar atsauces līmeni un ieejas signālu.

Specializēto salīdzināmo IC vienību izmantošana

Parasti op ampēri lieliski darbojas kā salīdzināmās shēmas, taču, izmantojot īpašu komparatora IC, tas darbojas pat labāk nekā op amp, salīdzinošai lietojumprogrammai.

Salīdzinošās IC ir īpaši ideāli izstrādātas salīdzināšanas funkcijai un parāda uzlabotu reakciju, piemēram, ātrāku pārslēgšanos pie izejas starp pozitīvo un negatīvo līmeni.

Šiem IC ir augstāka imunitāte pret troksni, un daudzos gadījumos izejas var tieši izmantot slodzes vadīšanai.

Sīkāk uzzināsim par pāris populāriem salīdzinošajiem IC, no šīs diskusijas.

Komparatora shēma, izmantojot IC 311

Iepriekš redzamajā attēlā parādīts salīdzinātāja IC 311. iekšējais izkārtojums un izvilkuma detaļas. IC ir paredzēts darbam no divējādas barošanas avota arī diapazonā no +15 V līdz -15 V, kas ir standarta saderīgs līmenis visiem mūsdienu digitālās IC.

Izvades pakāpei IC iekšpusē ir bipolārs tranzistors ar peldošiem kolektora un izstarotāja spailēm. Tas nozīmē, ka šī tranzistora izeju var konfigurēt divos dažādos veidos:

1. Pievienojot pievilkšanas rezistoru ar kolektora tapu7 un iezemējot izstarotāja tapu1, un pēc tam kā izvadi izmantojot kolektoru.
2. Pievienojoties kolektoram ar pozitīvo līniju un kā izeju izmantojot izstarotāju.

Transistora izeju var izmantot arī releja vai nelielas slodzes, piemēram, luktura, vadīšanai tieši bez ārēja bufera pakāpiena.

IC ir arī līdzsvars un strobe ievade, kuru var savienot ar izeju.

Mēs apspriedīsim dažus noderīgus šīs IC lietojumus nākamajās sadaļās:

Iepriekš redzamais attēls parāda, kā IC 311 var konfigurēt kā a nulles šķērsošanas detektors lai salīdzinātu ieejas spriegumu ikreiz, kad tas šķērso nulles līniju.

311 apgriezto ieeju (-) var redzēt savienotu ar zemi. Laika posmā ieejas signāls ir pozitīvā līmenī, izejas tranzistors paliek ieslēgts, kas izejā (tranzistora kolektorā) rada zemu (-10 šajā piemērā).

Tiklīdz ieejas signāls kļūst negatīvs vai zem 0 V, tranzistors tiek izslēgts. Tas rada pozitīvu + 10 V pie IC kolektora izejas. Tas ļauj mums uzzināt, kad ieejas signāls ir virs nulles līmeņa un kad tas ir nokrities zem nulles līmeņa.

Nākamajā zemāk redzamajā attēlā parādīts, kā IC 311 salīdzinātāju var izmantot strobētas shēmas izveidošanai.

Šajā salīdzinājuma ķēdes piemērā izejas pin7 pagriezīsies augsts, kad pin3 sprieguma līmenis paaugstināsies virs pin2 atsauces. Bet tas var notikt tikai tad, kad pin6 strobe ievades tapa ir zema vai 0 V.

Ja tranzistora pamatnē tiek piemērots augsts TTL strobe, pin6 kļūst zems, izraisot IC izejas tranzistora izslēgšanos un tādējādi ļaujot pin7 paaugstināties.

Izeja turpina būt augsta, kamēr TTL ieeja tiek turēta augstu, neatkarīgi no ieejas signāla stāvokļa pin3.

Tomēr, ja TTL signāls tiek izmantots strobed formā, tad izeja reaģē uz ieejas signālu pie pin3. Vienkārši sakot, izeja paliek bloķēta augstā līmenī, ja vien pin6 nav strobots.

Kā savienot releju ar salīdzinātāju

Nākamais zemāk redzamais attēls parāda, kā tieši var izmantot salīdzinājumu 311 darbināt releju .

Šeit, kad sprieguma līmenis pie ieejas pin2 nokrītas zem 0 V, pin3 kļūst pozitīvāks nekā pin2. Tas izraisa iekšējā tranzistora kolektora izslēgšanos, kas ieslēdz releju. The releja kontakti var tikt savienots ar lielāku slodzi, lai veiktu vēlamo pārslēgšanas darbību.

Kamēr (+) ieeja pie pin2 paliek zem 0 V, relejs paliek ieslēgts. Un otrādi, kad 2. kontaktā ir pieejams pozitīvs signāls, relejs paliks izslēgts.

Komparatora shēma, izmantojot IC 339

IC 339, kas tautā tiek uzrakstīts arī kā LM339, ir četrkodolu salīdzinošais IC. Tas nozīmē, ka tas ietver 4 atsevišķus sprieguma salīdzinātājus, kuru ieejas un izejas ir atbilstoši izbeigtas, izmantojot attiecīgās IC paketes ārējās tapas, kā parādīts zemāk.

Tāpat kā jebkuram citam salīdzinātājam, katram salīdzinājuma blokam ir pāris ieejas un viena izeja. Kad IC tiek darbināts, uzliekot spriegumu Vcc un zemes padeves tapām, tas darbina visus salīdzinātājus kopā. Tātad, pat ja tiek izmantots viens salīdzinātājs, visi pārējie 3 patērētu zināmu jaudu.

Visiem salīdzinātājiem ir tieši identiskas īpašības, tāpēc mēs varam analizēt jebkuru no šiem, lai uzzinātu pamata salīdzināšanas funkciju.

Ja visā ieejas spailēs tiek izmantota pozitīva diferenciālā ieeja, tas nozīmē, ka tad, ja atšķirība starp pielietotajiem signāliem ir pozitīva, tas izslēdz izejas tranzistoru. Tādējādi izvadē tiek parādīta atvērta ķēde vai peldoša atvērta ķēde.

Kad diferenciālā ieeja ir negatīva, tas nozīmē, ja atšķirība starp pielietotajiem signāliem pie ieejas tapām ir negatīva, tā ieslēdz komparatora izejas tranzistoru, kas liek salīdzinātāja izejas tapai kļūt negatīvai vai pie V potenciāla.

Atsaucoties uz iepriekšējo attēlu, mēs varam saprast, ka, ja IC neinvertējošā (+) ieeja tiek izmantota kā atskaites tapa, spriegums, kas ir zemāks par šo atsauci pie invertējošās ieejas tapas (-), radīs salīdzinātājs, lai kļūtu atvērts. No otras puses, ja (-) tiek izmantots kā atskaites tapa, sprieguma līmenis pie (+) ieejas, kas ir augstāks par atskaites punktu, izeja kļūs negatīva vai pie V-

Lai uzzinātu, kā IC 339 darbojas kā salīdzinātājs, nākamajā piemērā IC tiek parādīts kā nulles šķērsošanas detektors.

Brīdī, kad ieejas signāls paaugstinās virs 0 V, izeja tiek pagriezta augstu V + līmenī. Izeja tiek izslēgta tikai pie V-, kamēr ieeja tiek turēta zem 0 V.

Kā paskaidrots iepriekš, atsauces līmenim nav jābūt 0 V, to var mainīt uz jebkuru citu vēlamo līmeni. Turklāt jūs varat izmantot arī otru ievades kontaktu (+) kā atsauces tapu un (-) ievades kontaktu kā signāla ievades kontaktu, lai pieņemtu mainīgo ievades signālu.

Peldošās izejas priekšrocība salīdzinošajos IC

Kā apspriests iepriekšējos paskaidrojumos, salīdzinātāju izeja tiek pārslēgta caur BJT, kuras izejas ir atvērts kolektors. Tas dod priekšrocību divu IC 339 salīdzinājumu izeju savienošanai tieši tāpat kā ar VAI vārti .

Jauks logu salīdzināšanas ķēdes piemērs ir redzams zemāk. Šeit divi IC 339 salīdzinātāju bloki ir konfigurēti ar vienu kopēju ieejas signālu, un izejas tiek savienotas kā OR vārti.

Attiecīgo salīdzināmo ierīču izeja kļūst zema ikreiz, kad ieejas signāls šķērso vai nu zemāko, vai augšējo iestatīto slieksni, tādējādi ļaujot lietotājam uzzināt, kad signāls ir ārpus iestatītā loga līmeņa.

Logu salīdzinātāju var izmantot noderīgām lietojumprogrammām, piemēram, augsts zema sprieguma aizsargs ķēde, un saules izsekotājs ķēde utt.

Secinājums

No iepriekš minētajiem paskaidrojumiem mēs uzzinājām, ka:

Salīdzinātāji būtībā ir vienības, kurām ir divas papildinošas ieejas un viena atsaucīga izeja. Izeja kļūst augsta vai zema, kad sprieguma līmenis vienā no ieejām ir lielāks vai zemāks nekā otrs ieeja, atkarībā no tā, kura ieeja tiek izmantota kā atskaite, vai fiksētā sprieguma līmenī.

Neskatoties uz to, ka op amp var izmantot arī kā komparatoru, specializētie komparatoru IC ir labāk izstrādāti tā, lai tie darbotos kā komparatori.

Īpašas komparatoru IC, piemēram, LM311, LM339, ir īpaši izstrādātas salīdzināšanas lietošanai, ar ātrāku reakciju un elastīgu augstas strāvas izejas spēju.

Ja jums ir kādi saistīti jautājumi, lūdzu, uzdodiet tos, izmantojot zemāk esošo komentāru lodziņu.