Kaj je komparator? Mikrovezje in načelo delovanja

Primerjalnik je naprava, ki omogoča primerjavo nekaterih vrednosti (iz latinske primerjave - "primerjati"). Je operacijski ojačevalnik z velikim množilnikom. Ima vnose: neposredno in obrnjeno. Če je potrebno, se lahko referenčni signal poveže z nobenim od njih.

Kako deluje primerjalnik?

Na enega od vhodov, ki se imenuje referenčni signal, se uporablja konstanten signal. Uporablja se kot referenca za primerjavo. Drugi sprejema testni signal. Izhod je tranzistor, ki spreminja svoje stanje glede na pogoje:

• Napetost neposrednega vhoda je višja od inverzne napetosti - tranzistor je odprt.
• Napetost inverznega vhoda je višja od neposredne - je zaprta.

V skladu s tem se izhodna napetost nenadoma spreminja od najmanjše do največje ali obratno.

Napetost izhodnih stopenj ustreza vhodnim nivojem večine digitalnih mikrovezij. To je potrebno za primere, ko je primerjalnik zobnik impulza, ki nadzira delovanje logičnih elementov.

Primerjalna aplikacija

Uporabljajo se v vezjih za merjenje električnih signalov in analogno-digitalnih pretvornikov. V logičnih verigah elementi "ali" in "ne" delujejo, prav tako pa so primerjalna. Skladno s tem uporaba te komponente ni omejena na posebne primere, ker se uporablja splošno.

Treba je omeniti, da je primerjalno napravo mogoče izdelati iz katerega koli operacijskega ojačevalnika, ne pa obratno. Dobiček komparatorja je precej visok. V skladu s tem so njegovi vhodi zelo občutljivi na razliko napetosti med njimi. Razlika v več milivoltih bistveno spremeni izhodno napetost.

Tako vam primerjalnik omogoča opazovanje najmanjših nihanj v nivojih vhodnih napetosti. Zaradi tega je nepogrešljiv element primerjalnih shem in merilnih instrumentov visoke natančnosti:

• indikatorji nivoja dohodnega signala;
• detektorji kovin;
• mikro- in milivoltmetri;
• detektorji elektromagnetnega sevanja;
• laboratorijski senzorji;
• masni primerjalniki;
• analizatorji plina.

Načelo analognega primerja

Analogni primerjalnik primerja neprekinjene signale - vhodni izmerjeni in referenčni vhod. Kako deluje naprava v spodnjem grafu.

S počasno spremembo vhodnega signala se komparator večkrat preklopi v kratkem času. Ta pojav se imenuje "elektronski chatter". Njena prisotnost znatno zmanjša učinkovitost primerjave. Ker pogoste spremembe v stanju proizvodnje, terminal tranzistor se vbrizga v stanje nasičenosti.

Da bi zmanjšali učinek "elektronskega črtanja", se v vezje vključi pozitivna povratna informacija PIC. Zagotavlja histerezo - majhna razlika med stopnjo vklopne in izklopne napetosti. Nekateri primerjalniki imajo vgrajen PIC, kar zmanjšuje število dodatnih elementov konstrukcije strukture. Na primer, z rahlo izgubo občutljivosti dosežemo stabilno delo primerjalnika.

Značilnosti digitalnega primerja

Digitalni primerjalnik je enosmerni analogno-digitalni pretvornik. Izhodna napetost je logična "0" ali "1". Na vhod lahko vnesete analogni in digitalni signal. Naprava se uporablja kot impulzni konektor za povezavo senzorskih vezij in prikazovalnih naprav. Lahko se uporablja za analizo spektra avdio ali svetlobnega signala. Komparator je tudi logični element "ali" in "ne" v računalniški tehnologiji.

Teoretično lahko pri neznatno majhnih nihanjih v nivoju vhodnega signala nastane stanje negotovosti proizvodnje. V praksi se ne pojavlja enakost izmerjenih in referenčnih napetosti. Ker ima primerjalnik omejen dobiček ali pozitivne povratne informacije.

Tipičen primer je Schmitt sprožilec (TS). Ne ustreza stopnjam vklopa in izklopa, kot določa PIC. To omogoća zanemarjanje diskretnih motenj pri delovanju primerjalnega sistema.

Komparatorsko mikrovezje

Industrija proizvaja primerjalce v obliki integrirana vezja. Njihova uporaba vam omogoča ustvarjanje kompaktnih naprav z minimalnimi elementi na tečajih. Tudi prednost manjših delov v nepomembni dolžini povezovalnih vodnikov. V pogojih povečanega elektromagnetnega sevanja sprejemajo antene za vse vrste električnih motenj.

Primerjalnik na operativnem ojačevalniku

Komparatorji imajo veliko skupnega z operativnimi ojačevalniki:

• faktor pridobitve;
• vhodna upornost;
• vrednost vhodnih tokov;
• stanje zasičenosti.

Občutljivost, drugačna ločljivost, je poseben parameter. Določa točnost primerjave. Značilen z najmanjšo razliko v signali, na katerih deluje primerjalnik. Njegova vrednost v integriranih vezjih je na stotine mikrovoltov. To je nekoliko slabše od primerjalnikov na operativnih ojačevalnikih.

Čas preklopa označuje hitrost primerjalnikov. Določa se z najmanjšim časom spremembe izhodnega signala: od trenutka primerjave do trenutka delovanja. Odvisno od razlike signalov na vhodih. Preklopni časi so desetine in stotine nanosekund.

Kako narediti primerjalnik z lastnimi rokami?

Kdo ve, kako prebrati shematične diagrame in spajkanje, enostavno zbira najpreprostejše primerjave za uporabo v vsakdanjem življenju. Področje uporabe je zelo obsežno. Na njih lahko zgradite veliko struktur z minimalnimi stroški. Najenostavnejši primerjalnik je operacijski ojačevalnik brez pozitivnih povratnih informacij.

OC iz serije LM339 se uporablja kot podlaga za primerjalnega. Za krmiljenje in vizualizacijo delovanja vezja so uvedeni rdeči in zeleni kazalniki. Ko priključite napajanje na op-amp, bi morala zasvetiti ena od LED-dioda in katera je nepomembna. To določajo številni dejavniki: prekoračitev omrežja v vezje, serijske funkcije in parametri OS. Tudi če vzamete več enakih čipov, boste dobili različne rezultate.

Če je vhodni signal blizu "0", bo zelen in če je blizu napajalne napetosti, potem rdeča LED. Nato lahko poskusite spremeniti logično stanje primerjalnika tako, da napajanju enemu od vhodov napolite enako napetost, na primer na polovico napajalne napetosti op-amp. Izhodni signal ni odvisen od absolutne vrednosti napetosti na prednjih in obrnjenih vhodih. Toda samo na razliko v stresu.

Ti poskusi kažejo delovanje primerjalnika brez PIC. Tak primerjalnik je mogoče uporabiti, če ni potrebna posebna merilna natančnost. Takšne naprave so gospodinjski termostati, polnilci za avtomobilske akumulatorje, naprave za razžvepljevanje (obnavljanje) autoakumulatorjev, foto-releji.

Primer praktične uporabe primerjalnika

Na diagramu vezja je prikazan svetlobni senzor.

Referenčno napetost določajo upori RV1 in R2. V tem primeru RV1 služi kot regulator občutljivosti strukture. Zaslon se izvaja na LED D1. Senzor je element LDR1, ki spreminja ohmski upor, odvisno od osvetlitve. Komparator sam predstavlja operativni ojačevalnik LM324. Ta preprosta naprava prikazuje, kako primerjalnik deluje v praksi.

Masni primerjalniki: koncept

Masni primerjalnik je naprava, katere namen je izboljšati razliko v masnih vrednostih uteži pri nadzoru mas in standardov teže ter tudi pri natančnem tehtanju. Najbolj natančni množični primerjalci lahko tehtajo kateri koli vzorec in ga primerjajo s podobnim. To se zgodi na ravni atomov. Potreba po takih napravah nastane zaradi nepopolnosti standardnih vzorcev ukrepov glede teže in volumna tekočine.

Primeri in uporaba naprav za specifikacijo teže

Ruski masni standard je valj platine. Pred 125 leti je bil prepisan iz francoskega modela. Z leti je standard izgubil okoli 40 μg svoje začetne teže v obliki oksidov. V skladu s tem je njegova uporaba za potrebe proizvodnje, z visoko natančnostjo merjenja mase zdaj težavna.

Razvil je nov standard za maso. Znanstveniki so določili silikonsko kroglico z enakim številom atomov. Zdaj je to najbolj točna možnost standard kilograma. Mednarodna skupnost za njeno uporabo priznava svoje značilnosti.

Ustvarjeni vzorec je treba večkrat kopirati. Ker so sodobni trendi v znanosti, zlasti farmakologija, bioinženjering, računalniška elektronika, razvoj nanotehnologije, potrebujejo natančno natančnost merjenja. Stotine mikrogramov so ključne za takšna področja znanosti in tehnologije. To nalogo je treba rešiti z atomsko komparatorsko maso - napravo, ki lahko določi razliko v več delcih.

Atomski primerjalnik uporablja za meritve referenčni signal, dobljen iz visoke natančnosti kvarčni generator. Izmerjena napetost je vzeta iz kvantnega diskriminatorja, ki določa stabilnost linije najmanjših delcev. Njene spremembe povzroča neskladje števila atomov vzorca. Zato je zdaj najbolj natančna merilna naprava.

Obstajajo manj natančne množične primerjave. Njihov strošek je veliko nižji od jedrske energije, vendar za vse obstaja delo v industriji, trgovini, standardizaciji.