Što je usporednik? Mikroklopni i princip rada

Komparator je uređaj dizajniran za usporedbu nekih vrijednosti (od latinske usporedbe - "usporediti"). To je operativno pojačalo s velikim množiteljom. Ulazi su: izravni i obrnuti. Ako je potrebno, referentni signal se može povezati s bilo kojim od njih.

Kako komparator radi?

Stalni signal primjenjuje se na jedan od ulaza, koji se naziva referentni signal. Koristi se kao referenca za usporedbu. Druga osoba prima testni signal. Izlaz je tranzistor koji mijenja stanje ovisno o uvjetima:

• Napon izravnog ulaza je veći od inverznog napona - tranzistor je otvoren.
• Napon inverznog ulaza je viši od izravnog - zatvoren.

Prema tome, izlazni napon naglo se mijenja od minimalnog do maksimuma, ili obrnuto.

Napon izlaznog stupnja odgovara ulaznim razinama većine digitalnih mikročipova. To je neophodno u slučajevima kada je komparator oblikovatelj impulsa koji kontrolira rad logičkih elemenata.

Primjena komparatora

Koriste se u krugovima za mjerenje električnih signala i analogno-digitalnih pretvarača. U logičkim lancima, elementi "ili" i "ne" rade, također komparativni. Prema tome, upotreba ove komponente nije ograničena na specifične primjere, budući da se primjenjuje univerzalno.

Važno je napomenuti da uređaj za usporedbu može biti iz bilo kojeg operacijskog pojačala, ali ne obratno. Dobit komparatora je prilično visoka. Prema tome, njegovi ulazi su vrlo osjetljivi na razliku napona između njih. Odstupanje od nekoliko milivolta značajno mijenja izlazni napon.

Dakle, komparator omogućuje promatranje minimalnih fluktuacija u razinama ulaznih napona. To ga čini nezamjenjivim elementom shema usporedbe i mjernih instrumenata visoke točnosti:

• pokazatelji razine ulaznog signala;
• detektori metala;
• mikro i milivoltmetri;
• detektori elektromagnetskog zračenja;
• laboratorijski senzori;
• masovni komparatori;
• analizatori plina.

Načelo analognog komparatora

Analogni usporednik uspoređuje kontinuirane signale - ulazni mjereni i ulazni referentni. Način rada uređaja prikazan je na donjem grafikonu.

S usporenom promjenom ulaznog signala, komparator se više puta prebacuje u kratko vrijeme. Taj se fenomen naziva "elektronskim chatter". Njegova prisutnost značajno smanjuje učinkovitost usporedbe. S obzirom na česte promjene u stanju izlaza, terminalni tranzistor se ubrizgava u stanje zasićenja.

Kako bi se smanjio učinak "elektronskog chatteringa", u krug se uvodi PIC-pozitivna povratna informacija. Omogućuje histerezu - malu razliku između razine uključenog i isključenog napona. Neki komparatori imaju ugrađeni PIC koji smanjuje broj dodatnih elemenata konstrukcije strukture. Na primjer, s blagim gubitkom osjetljivosti postiže se stabilan rad komparatora.

Značajke digitalnog usporednika

Digitalni usporednik je analogni-digitalni pretvarač od jednog bita. Izlazni napon je logički "0" ili "1". Na ulaz možete unijeti analogni i digitalni signal. Uređaj se koristi kao uređaj za oblikovanje impulsa krugova senzora sučelja i uređaja za prikazivanje. Može se koristiti za analizu spektra audio ili svjetlosnog signala. Komparator je također logičan element "ili" i "ne" korišten u računalnoj tehnologiji.

Teoretski, za neznatno male kolebanje razine ulaznog signala, može se pojaviti stanje izlazne nesigurnosti. U praksi se ne pojavljuje jednakost izmjerenih i referentnih napona. Budući da komparator ima ograničenu dobit ili pozitivnu povratnu informaciju.

Tipičan primjer je Schmitt okidač (TS). To se ne podudara s razinama uključivanja i isključivanja, što određuje PIC. To omogućuje zanemarivanje diskretnih smetnji u radu komparatora.

Komparator čip

Industrija proizvodi komparatore u obliku integrirani krugovi. Njihova upotreba omogućuje vam stvaranje kompaktnih uređaja s minimalnim elementima zgloba. Također prednost malih dijelova u beznačajnoj duljini spojnih vodiča. U uvjetima povećanog elektromagnetskog zračenja dobivaju antene za sve vrste električnih poremećaja.

Komparator na operativnom pojačalu

Komparatori imaju mnogo zajedničkog s operativnim pojačalima:

• faktor dobitka;
• ulazni otpor;
• vrijednost ulaznih struja;
• stanje zasićenja.

Osjetljivost, različita razlučivost, specifični je parametar. Određuje točnost usporedbe. Karakterizirana je minimalnom razlikom u signalima na kojima komparator radi. Njegova vrijednost u integriranim krugovima je stotina mikrovolata. Ovo je nešto gore od komparatora na operativnim pojačalima.

Vrijeme uključivanja karakterizira brzinu komparatora. Određuje se minimalnim vremenom promjene izlaznog signala: od trenutka usporedbe do trenutka rada. Ovisno o razlici signala na ulazima. Vrijeme uklapanja je desetine i stotine nanosekundi.

Kako napraviti usporednik sa svojim vlastitim rukama?

Tko zna kako pročitati shematski dijagram i lemljenje, lako sastavlja najjednostavnije komparatore za upotrebu u svakodnevnom životu. Područje primjene je vrlo opsežno. Na njima možete izgraditi puno struktura uz minimalne troškove. Najjednostavniji usporednik je operativno pojačalo bez pozitivnih povratnih informacija.

OC serije LM339 koristi se kao osnova za usporednik. Za kontrolu i vizualizaciju rada kruga, uvedeni su crveni i zeleni indikatori. Kada spojite struju s op-amp, jedna od LED dioda mora svijetliti, a koja je nevažna. To se određuje nizom čimbenika: prekoračenja mreže na krug, skupne značajke i OS parametre. Čak i ako uzmete nekoliko identičnih čipova, dobit ćete različite rezultate.

Ako je ulazni signal blizu "0" - to će biti zeleno i ako je blizu napona napajanja crvena LED. Tada možete pokušati promijeniti logičko stanje komparatora tako što ćete na jedan od ulaza unijeti napon jednak, na primjer, na pola napona napajanja op-amp. Izlazni signal ne ovisi o apsolutnoj vrijednosti napona naprijed i inverznim ulazima. Ali samo na razliku u stresu.

Ovi eksperimenti pokazuju rad komparatora bez PIC-a. Takav komparator može se koristiti ako nije potrebna posebna točnost mjerenja. Takvi uređaji su kućni termostati, punjači za akumulatore, uređaji za desulphation (oporavak) autoakumulatora, foto-releji.

Primjer praktične primjene komparatora

Na dijagramu kruga prikazan je senzor svjetla.

Referentni napon postavljaju otpornici RV1 i R2. U ovom slučaju, RV1 služi kao regulator osjetljivosti strukture. Zaslon se provodi na LED D1. Osjetnik je element LDR1, koji mijenja ohmski otpor, ovisno o osvjetljenju. Sam komparator predstavlja operacijsko pojačalo LM324. Ovaj jednostavan uređaj pokazuje kako komparator radi u praksi.

Masovni komparatori: koncept

Komparator mase je uređaj dizajniran za preciziranje razlike u masenim vrijednostima utega pri kontroliranju mase i težine standarda, kao i za precizno vaganje. Najprecizniji komparatori mase mogu vagati svaki uzorak i usporediti ga s drugima, slično tome. To se događa na razini atoma. Potreba za takvim uređajima proizlazi zbog nesavršenosti standardnih uzoraka mjera težine i volumena tekućine.

Primjeri i upotrebe uređaja za određivanje težine

Ruski masovni standard je platinski cilindar. Kopiran je s francuskog modela prije 125 godina. Tijekom godina standard je izgubio oko 40 μg svoje početne težine u obliku oksida. Prema tome, njegova upotreba za potrebe proizvodnje s velikom točnošću mjerenja mase sada je teška.

Izrađen je novi masovni standard. Znanstvenici su odredili silicijsku kuglu s barem brojem atoma. Sada je ovo najtočnija opcija standard kilograma. Njezine osobine prihvaćaju međunarodna zajednica za upotrebu.

Stvoreni uzorak treba kopirati više puta. Budući da su moderni trendovi u znanosti, posebice farmakologija, bioinženjering, računalna elektronika, razvoj nanotehnologije zahtijevaju točnost mjerenja. Stotine mikrograma su ključni za takva područja znanosti i tehnologije. Ovaj zadatak treba riješiti pomoću komparatora atomske mase - uređaja koji može odrediti razliku u nekoliko čestica.

Atomsko komparator koristi za mjerenje referentni signal dobiven od velike preciznosti kvarcni generator. Mjereni napon se uzima iz kvantnog diskriminatora koji određuje stabilnost linije najmanjih čestica. Njegove promjene uzrokuju razlike u broju atoma uzorka. Zato je sada najprecizniji mjerni uređaj.

Postoje manje precizni komparatori mase. Njihov trošak je znatno niži od nuklearnih, ali za sve njih postoji rad u industriji, trgovini i standardizaciji.