Primerjalna vezja z uporabo IC 741, IC 311, IC 339

Osnovna funkcija primerjalnega vezja za primerjavo dveh nivojev napetosti na njegovih vhodnih zatičih in izdelavo izhoda, ki prikazuje, katera vhodna napetost ima večji potencial kot druga.

V tem članku bomo podrobno izvedeli, kako pravilno oblikovati primerjalna vezja z uporabo priljubljenih IC, kot so IC 741, IC 311 in IC LM339

Razlika med primerjalnikom in opcijskim ojačevalnikom

IC 741 je idealen primer enega opcijskega ojačevalnika, IC LM311 pa lahko štejemo za dober primer namenske primerjalne enote.

Obe enoti imata enak simbol naprave v obliki trikotnika, ki ga običajno prepoznamo in uporabljamo za risanje primerjalnih vezij. Vendar ima lahko izhodni odziv teh dveh oblik primerjalnikov nekaj večjih razlik.

Čeprav sta operacijski ojačevalnik in primerjalnik mogoče konfigurirati tako, da primerjata diferencialne signale na svojih vhodnih zatičih, so glavne razlike med obema:

• V napajanem stanju bo izhod opcijskega ojačevalnika pozitiven ali negativen, odvisno od ravni napetosti vhodnega zatiča, vendar nikoli ne more biti odprt. Nasprotno pa je lahko primerjalni izhod bodisi odprt ali ozemljen (negativen) ali plavajoč.
• Izhod opcijskega ojačevalnika lahko deluje brez kakršnih koli uporov navzgor ali navzdol, vendar bo primerjalnik vedno potreboval zunanji vlečni ali spustni upor, da bo izhodna stopnja normalno delovala.
• Op ojačevalnik se lahko uporablja za izdelavo ojačevalnih vezij z visokim ojačanjem, primerjalnik pa ni primeren za takšne aplikacije.
• Izhodni preklopni odziv opcijskega ojačevalnika je običajno počasnejši v primerjavi s primerjalnim IC.

Klasično zasnovo primerjalnega vezja lahko vidite na naslednji sliki:

Tu se izhod odzove z „visokim“ digitalnim signalom, kadar je napetost na neinvertirajočem (+) vhodu višja od invertirnega (-) vhoda. Nasprotno pa izhod postane nizek digitalni signal, kadar je neinvertirna vhodna napetost nižja od invertirne vhodne napetosti.

Sklicujoč se na zgornjo sliko zgoraj, lahko vidimo standardno povezavo primerjalnega vezja z enim vhodom (invertirnim vhodom v tem primeru), konfiguriranim z referenčno napetostjo, in drugim vhodnim zatičem, ki je neinvertirajoči vhod, povezan z vhodno signalno napetostjo .

Medtem ko se Vin drži pri nižji napetosti od referenčne napetosti +2 V, ostane izhod približno pri -10 V. Če je Vin povečan tik nad +2 V, izhod takoj spremeni stanje in postane visok na približno + Ta sprememba stanja na izhodu od -10 V do +10 V kaže, da je Vin postal višji od referenčnega +2 V.

Glavna komponenta v katerem koli primerjalniku je op amp vezje, ki je nastavljeno na zelo visoko napetost. Za natančno preučevanje delovanja primerjalnika lahko vzamemo primer IC 741, kot je prikazano spodaj:

Tu lahko vidimo, da se obračalni vhodni pin2 (-) sklicuje na maso ali 0 V nivo. Na pin3, ki je neinvertirajoči vhod opcijskega ojačevalnika, se uporabi sinusni signal. Ta izmenično spreminjajoč se sinusoidni signal povzroči, da izhod preklaplja med visokim in nizkim izhodnim stanjem, kot je prikazano na desni strani slike.

Ko vhod Vin premakne celo milivolt nad referenco 0 V, se razlika ojača z notranjim ojačevalnikom IC z visokim ojačanjem, kar povzroči, da gre izhod visoko na ravni pozitivne nasičenosti izhoda. Ta pogoj se vzdržuje, dokler signal Vin ostane nad referenco 0 V.

Zdaj, ko raven signala pade za odtenek pod referenco 0 V, se izhod premakne na nižjo stopnjo nasičenosti. Tudi to stanje se ohranja, dokler vhodni signal Vin ostane pod referenčno ravnjo 0 V.

Zgornja razlaga in valovna oblika, predstavljena na sliki, jasno kažeta digitalni odziv izhoda za linearno spremenljiv vhodni signal.

Za običajne aplikacije ni nujno, da referenčna raven znaša 0 V, temveč je lahko katera koli pozitivna raven v skladu z zahtevo. V primeru potrebe je referenco mogoče povezati tudi s pozitivnimi ali negativnimi napajalnimi vodi, medtem ko se vhodni signal uporablja na drugem vhodnem zatiču.

Uporaba IC 741 kot primerjalnika

V naslednjem primeru se bomo naučili, kako učinkovito uporabite operacijski ojačevalnik kot primerjalnik

Na sliki lahko vidimo vezje opcijskega ojačevalnika, ki deluje s pozitivno referenco, nastavljeno na njegovem obrnjenem vhodnem zatiču (-). Izhod je pritrjen z LED.

Z uporabo omrežne formule delilnika napetosti lahko izračunamo referenčno vrednost napetosti na (-) vhodnem zatiču IC.

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

Ker je ta referenca povezana z (-) zatičem IC, če napetost Vin na (+) vhodu preseže to referenco ali postane bolj pozitivna od referenče, bo izhod Vo prisiljen preklopiti na pozitivno stopnjo nasičenosti.

To bo povzročilo, da bo LED svetila, kar pomeni, da je Vin postal bolj pozitiven od referenčne ravni +6 V.

Nasprotno, če je neinvertirajoči vhod (+) konfiguriran kot referenčni zatič, Vin pa se uporabi za invertirni vhodni (-) zatič, se bo izhod spustil takoj, ko bo vhod Vin pod referenčno vrednostjo, in obratno.

To bo takoj povzročilo, da se LED izklopi.

Zato lahko LED diodo vklopite ali izklopite za dani vhodni signal, tako da vhodni zatič ustrezno povežete z referenčno ravnjo in vhodnim signalom.

Uporaba specializiranih primerjalnih enot IC

Običajno opcijski ojačevalniki delujejo odlično kot primerjalna vezja, vendar uporaba namenskega primerjalnega IC deluje celo bolje kot opcijski ojačevalnik za primerjalno aplikacijo.

IC primerjalne enote so posebej zasnovane za primerjalno funkcijo in kažejo izboljšan odziv, kot je hitrejše preklapljanje na izhodu med pozitivno in negativno raven.

Te IC imajo večjo odpornost proti hrupu in velikokrat lahko izhode neposredno uporabimo za vožnjo tovora.

Podrobneje se naučimo o nekaj priljubljenih primerjalnih IC-jih iz naslednje razprave.

Primerjalno vezje z uporabo IC 311

Zgornja slika prikazuje notranjo razporeditev in podrobnosti o pinoutu primerjalnika IC 311. IC je zasnovan tako, da deluje tudi iz dvojnega napajanja v območju od +15 V do -15 V, kar je standardna združljiva raven za vse sodobne digitalne IC.

Izhodna stopnja znotraj IC ima bipolarni tranzistor s plavajočimi kolektorskimi in oddajniškimi terminali. To pomeni, da je mogoče izhod iz tega tranzistorja konfigurirati na dva različna načina:

1. Z dodajanjem vlečnega upora s kolektorskim zatičem7 in ozemljitvijo emiterskega zatiča1, nato pa kolektorja uporabite kot izhod.
2. Tako, da kolektor povežemo s pozitivno črto in uporabimo oddajnik kot izhod.

Tranzistorski izhod se lahko uporablja tudi za pogon releja ali majhne obremenitve, na primer svetilke, neposredno brez zunanje stopnje medpomnilnika.

IC ima tudi tehtnico in strobo vhod, ki ga je mogoče povezati z izhodom.

Nekaj ​​uporabnih aplikacij tega IC bomo obravnavali v naslednjih razdelkih:

Zgornja slika prikazuje, kako je IC 311 mogoče konfigurirati kot a detektor ničelnega prehoda primerjalnik za zaznavanje vhodne napetosti, kadar koli prečka ničelno črto.

Obrnjen vhod (-) 311 je viden, povezan s tlemi. Med obdobjem, ko je vhodni signal na pozitivni ravni, ostane izhodni tranzistor vklopljen, kar ustvari nizko vrednost (-10 v tem primeru) na izhodu (tranzistorski kolektor).

Takoj, ko vhodni signal postane negativen ali pod 0 V, se tranzistor izklopi. To ustvari pozitivnih + 10V na izhodu kolektorja IC. To nam omogoča, da vemo, kdaj je vhodni signal nad ničelno stopnjo in kdaj je padel pod ničelno raven.

Naslednja slika spodaj prikazuje, kako lahko primerjalnik IC 311 uporabimo za izdelavo strobološkega vezja.

V tem primeru primerjalnega vezja se izhodni pin7 postavi visoko, ko se napetost pin3 dvigne nad referenco pin2. Toda to se lahko zgodi le, če je vhodni zatič vtičnice pin6 nizek ali pri 0 V.

Ko se na dnu tranzistorja uporabi visok TTL strobe, pin6 postane nizek, zaradi česar se izhodni tranzistor IC izklopi in s tem omogoči, da se pin7 dvigne visoko.

Izhod je še naprej visok, dokler je vhod TTL visok, ne glede na stanje vhodnega signala na pin3.

Če pa se signal TTL uporabi v strobo obliki, se izhod odzove na vhodni signal na pin3. Preprosto povedano, izhod ostane zaklenjen na visoki ravni, razen če je pin6 strobed.

Kako povezati rele s primerjalnikom

Naslednja slika spodaj prikazuje, kako je mogoče neposredno uporabiti primerjalnik 311 upravljati rele .

Tukaj, ko nivo napetosti na vhodnem zatiču2 pade pod 0 V, postane pin3 bolj pozitiven kot pin2. To povzroči, da se kolektor notranjega tranzistorja izklopi, kar vklopi rele. The kontakti releja lahko izvedete s težjo obremenitvijo za izvajanje želenega preklopnega dejanja.

Dokler vhod (+) na pin2 ostane pod 0 V, ostane rele vklopljen. Nasprotno, ko je na pin2 na voljo pozitiven signal, bo rele ostal izklopljen.

Primerjalno vezje z uporabo IC 339

IC 339, imenovan tudi LM339, je štiri primerjalna IC. To pomeni, da vključuje 4 ločene primerjalnike napetosti, katerih vhodi in izhodi so ustrezno zaključeni z ustreznimi zunanjimi zatiči paketa IC, kot je prikazano spodaj.

Tako kot kateri koli drug primerjalnik ima tudi vsak primerjalni blok nekaj vhodov in en izhod. Ko se IC napaja z napetostjo preko Vcc in ozemljitvenih zatičev, napaja vse primerjalnike skupaj. Torej, tudi če bi uporabili en sam primerjalnik, bi vsi ostali 3 porabili nekaj energije.

Vsi primerjalniki imajo popolnoma enake značilnosti, zato lahko analiziramo katero koli od teh, da se naučimo osnovne funkcije primerjalnika.

Ko se pozitivni diferenčni vhod uporabi na vhodnih terminalih, kar pomeni, da je razlika med uporabljenimi signali pozitivna, izklopi izhodni tranzistor. To povzroči, da se na izhodu prikaže odprto vezje ali plavajoče odprto.

Ko je diferenčni vhod negativen, kar pomeni, da je razlika med uporabljenimi signali na vhodnih zatičih negativna, vklopi izhodni tranzistor primerjalnika, zaradi česar izhodni zatič primerjalnika postane negativen ali pri V-potencialu.

Glede na zgornjo sliko lahko razumemo, da če se kot referenčni zatič uporablja neinvertirajoči (+) vhod IC, bo napetost, nižja od te referenčne vrednosti na invertirnem vhodnem zatiču (-), povzročila izhod primerjalnik, da postane odprt. Po drugi strani pa, če se (-) uporablja kot referenčni zatič, bo zaradi napetosti na (+) vhodu, ki je višja od referenčne, izhod obrnjen negativno ali pri V-

Če želite izvedeti, kako IC 339 deluje kot primerjalnik, je v naslednjem primeru prikazan IC kot detektor prestopa nič.

V trenutku, ko se vhodni signal dvigne nad 0 V, se izhod obrne visoko na nivo V +. Izhod se izklopi pri V-, medtem ko je vhod pod 0 V.

Kot smo že pojasnili, referenčna raven ni nujno 0 V, jo lahko spremenimo na katero koli drugo želeno raven. Poleg tega lahko uporabite tudi drugi vhodni zatič (+) kot referenčni zatič, vhodni zatič (-) pa kot vhodni zatič signala za sprejem spremenljivega vhodnega signala.

Prednost plavajočega izhoda v primerjalnih IC

Kot je bilo obravnavano v prejšnjih razlagah, se primerjalni izhod preklopi prek BJT, ki ima kot izhod odprti kolektor. To daje prednost neposrednega povezovanja izhodov dveh primerjalnikov iz IC 339, tako kot an ALI vrata .

Lep primer vezja za primerjavo oken si lahko ogledate spodaj. Tu sta dva primerjalna bloka IC 339 konfigurirana z enim skupnim vhodnim signalom, izhodi pa so povezani kot vrata OR.

Izhod ustreznih primerjalnikov je nizek, kadar koli vhodni signal preseže spodnji ali zgornji prag, kar uporabniku omogoča, da ve, kdaj je signal zunaj nastavljene ravni okna.

Primerjalnik oken se lahko uporablja za uporabne aplikacije, kot je visokonapetostni ščitnik vezje in sončni sledilnik vezje itd.

Zaključek

Iz zgornjih razlag smo izvedeli, da:

Primerjalniki so v bistvu enote z dvema dopolnjujočima se vhodoma in enim odzivnim izhodom. Izhod postane visok ali nizek, ko je nivo napetosti na enem od vhodov višji ali nižji od drugega vhoda, odvisno od tega, kateri vhod se uporablja kot referenca ali pri fiksni napetostni ravni.

Čeprav je tudi opcijski ojačevalnik mogoče uporabiti kot primerjalnik, so specializirane IC primerjalne enote bolje zasnovane za delovanje kot primerjalniki.

Namenske primerjalne IC, kot so LM311, LM339, so posebej zasnovane za primerjalno aplikacijo, s hitrejšim odzivom in prilagodljivo zmogljivostjo visokega toka.

Če imate kakršna koli sorodna vprašanja, jih vprašajte v spodnjem polju za komentar.