Khi thiết kế mạch điện tử, thường phải so sánh mức của hai hiệu điện thế. Đối với điều này, một thiết bị chẳng hạn như một bộ so sánh được sử dụng. Tên của nút quay trở lại so sánh trong tiếng Latinh, hoặc đúng hơn, với tiếng Anh để so sánh - để so sánh.
Nội dung
Bộ so sánh điện áp là gì
Trong trường hợp chung, bộ so sánh là một thiết bị có hai đầu vào để cung cấp các giá trị được so sánh (điện áp) và một đầu ra cho kết quả của phép so sánh. Bộ so sánh có hai đầu vào để cung cấp các tham số được so sánh - trực tiếp và nghịch đảo. Đầu ra được đặt thành đơn vị logic khi điện áp của đầu vào trực tiếp vượt quá giá trị nghịch đảo và bằng không - nếu ngược lại. Nếu, với sự khác biệt dương giữa đầu vào nghịch đảo và đầu vào trực tiếp, một đầu vào được đặt và trong trường hợp ngược lại - bằng không, thì bộ so sánh như vậy được gọi là đảo ngược.
Nguyên lý hoạt động của bộ so sánh
Nó là thuận tiện để xây dựng một bộ so sánh trên hoạt động khuếch đại (Đơn vị tổ chức).Đối với điều này, các thuộc tính của nó được sử dụng trực tiếp:
- khuếch đại sự khác biệt tín hiệu giữa đầu vào trực tiếp và đảo ngược;
- hệ số khuếch đại vô hạn (trong thực tế - từ 10000 trở lên).
Hoạt động của op-amp như một bộ so sánh có thể được xem xét với sơ đồ chuyển mạch sau:
Giả sử có một op-amp có mức khuếch đại 10000, điện áp cung cấp là lưỡng cực, + 5 V và âm 5 V. dải phân cách ở đầu vào đảo ngược, mức tham chiếu được đặt thành chính xác 0 vôn, ở đầu vào trực tiếp, trừ 5 vôn được loại bỏ khỏi thanh trượt chiết áp. Bộ khuếch đại hoạt động sẽ khuếch đại sự khác biệt lên 10.000 lần, về mặt lý thuyết, điện áp âm 50.000 vôn sẽ xuất hiện ở đầu ra. Nhưng opamp không có nơi nào để lấy điện áp như vậy, và nó tạo ra mức tối đa có thể - điện áp cung cấp, trừ 5 volt.
Nếu bạn bắt đầu tăng điện áp ở đầu vào trực tiếp, amp op sẽ cố gắng đặt chênh lệch điện áp giữa các đầu vào, nhân với 10000. Nó sẽ thành công khi điện áp đầu vào gần bằng không và trở thành khoảng âm 0,0005 V. Khi tăng thêm điện áp đầu vào ở đầu vào tích cực, đầu ra sẽ tăng lên bằng 0 và cao hơn, và ở điện áp +0,0005 volt, nó sẽ trở thành +5 V và sẽ không tăng thêm - không có ở đâu cả. Do đó, khi điện áp đầu vào vượt qua mức 0 (chính xác hơn là trừ 0,0005 volt - + 0,0005), điện áp đầu ra sẽ nhảy từ âm 5 volt lên +5 volt. Nói cách khác, miễn là điện áp ở đầu vào trực tiếp thấp hơn ở đầu vào đảo ngược, thì đầu ra của bộ so sánh được đặt thành 0. Nếu cao hơn - một.
Quan tâm là phần chênh lệch mức ở đầu vào từ âm 0,0005 volt đến + 0,0005.Theo lý thuyết, khi nó đi qua, sẽ có một sự gia tăng êm ái từ điện áp cung cấp âm sang dương. Trong thực tế, phạm vi này rất hẹp và do nhiễu, nhiễu, điện áp cung cấp không ổn định, v.v. với sự bằng nhau gần đúng của điện áp ở các đầu vào, hoạt động hỗn loạn của bộ so sánh theo cả hai hướng sẽ xảy ra. Mức khuếch đại của op-amp càng thấp, thì cửa sổ không ổn định này càng rộng. Nếu bộ so sánh điều khiển thiết bị truyền động, thì điều này sẽ khiến nó hoạt động không kịp thời (kích rơ le, đóng van, v.v.), có thể dẫn đến hỏng hóc cơ khí hoặc quá nhiệt.
Để tránh điều này, một phản hồi tích cực nông được tạo ra bằng cách bật điện trở được biểu thị bằng đường đứt nét. Điều này tạo ra một độ trễ nhỏ, làm thay đổi các ngưỡng chuyển đổi khi điện áp đi lên và xuống so với tham chiếu. Ví dụ: bộ so sánh sẽ chuyển lên ở 0,1 vôn và giảm ở chính xác 0 (tùy thuộc vào độ sâu của phản hồi). Điều này sẽ loại bỏ cửa sổ không ổn định. Giá trị của điện trở này có thể từ vài trăm kilo-ohms đến vài mega-ohms. Mức kháng cự càng thấp, sự khác biệt giữa các ngưỡng càng lớn.
Ngoài ra còn có các IC so sánh chuyên dụng. Ví dụ, LM393. Trong các vi mạch như vậy, có một bộ khuếch đại hoạt động tốc độ cao (hoặc một số), một bộ chia tích hợp có thể được lắp đặt để tạo ra điện áp tham chiếu. Một sự khác biệt khác giữa các bộ so sánh như vậy và các thiết bị được xây dựng trên bộ khuếch đại op đa năng là nhiều bộ trong số chúng yêu cầu nguồn điện đơn cực. Hầu hết các opamps yêu cầu điện áp lưỡng cực. Việc lựa chọn loại vi mạch được thực hiện trong quá trình phát triển thiết bị.
Các tính năng của bộ so sánh kỹ thuật số
Các phép so sánh cũng được sử dụng trong công nghệ kỹ thuật số, mặc dù điều này thoạt nghe có vẻ nghịch lý. Rốt cuộc, chỉ có hai mức điện áp - một và không. Và thật vô nghĩa khi so sánh chúng. Nhưng bạn có thể so sánh hai số nhị phân, có thể được chuyển đổi thành bất kỳ giá trị tương tự nào (bao gồm cả điện áp).
Để có hai từ nhị phân có cùng độ dài tính bằng bit:
X = X3X2X1X0 và Y = Y3Y2Y1Y.
Chúng được coi là bằng nhau về giá trị nếu tất cả các bit đều bằng nhau:
1101 = 1101 => X = Y.
Nếu ít nhất một bit khác nhau, thì các số không bằng nhau. Số lớn hơn được xác định bằng cách so sánh theo từng bit, bắt đầu với bit quan trọng nhất:
- 1101>101 - ở đây bit đầu tiên của X lớn hơn bit đầu tiên của Y và X> Y;
- 1101>101 - các bit đầu tiên bằng nhau, nhưng bit thứ hai của X lớn hơn và X> Y;
- 111<1110 - Y có bit thứ ba lớn hơn và giá trị lớn hơn của chữ số có nghĩa nhỏ nhất của X không quan trọng, X <Y.
Việc thực hiện so sánh như vậy có thể được xây dựng trên các mạch logic của các phần tử cơ bản VÀ-KHÔNG, HOẶC KHÔNG, nhưng việc sử dụng thành phẩm sẽ dễ dàng hơn. Ví dụ: 4063 (CMOS), 7485 (TTL), K564IP2 trong nước và các loạt vi mạch khác. Chúng là bộ so sánh 2-8 bit với số lượng dữ liệu và đầu vào điều khiển tương ứng. Trong hầu hết các trường hợp, bộ so sánh kỹ thuật số có 3 đầu ra:
- hơn;
- ít hơn;
- bằng nhau.
Không giống như các thiết bị tương tự, với bộ so sánh nhị phân, sự bình đẳng ở các đầu vào không phải là một tình huống không mong muốn và không được cố gắng tránh.
Một thiết bị như vậy cũng dễ dàng xây dựng theo chương trình bằng cách sử dụng các hàm đại số Boolean.Một lựa chọn khác - nhiều bộ vi điều khiển có bộ so sánh tương tự "trên bo mạch" với các đầu ra bên ngoài riêng biệt, cho ra kết quả được tạo sẵn khi so sánh hai giá trị ở dạng 0 hoặc 1 với mạch bên trong. Điều này giúp tiết kiệm tài nguyên của các hệ thống máy tính nhỏ .
Bộ so sánh điện áp được sử dụng ở đâu?
Phạm vi của bộ so sánh rộng. Ví dụ, trên đó, bạn có thể xây dựng một rơle ngưỡng. Để làm điều này, bạn cần một cảm biến chuyển đổi bất kỳ giá trị nào thành điện áp. Giá trị này có thể là:
- mức độ chiếu sáng;
- Mức độ ồn;
- mức chất lỏng trong bình hoặc bể chứa;
- bất kỳ giá trị nào khác.
Chiết áp có thể được sử dụng để đặt mức kích hoạt của bộ so sánh. Tín hiệu đầu ra thông qua chìa khóa được đưa đến bộ chỉ thị hoặc bộ truyền động.
Nếu bạn tăng độ trễ, thì bộ so sánh có thể hoạt động như một bộ kích hoạt Schmitt. Khi một điện áp thay đổi chậm được đặt vào đầu vào, đầu ra sẽ tín hiệu rời rạc với mặt trước dốc.
Hai phần tử có thể được kết nối để tạo thành bộ so sánh hai ngưỡng hoặc bộ so sánh cửa sổ.
Ở đây, điện áp ngưỡng được đặt riêng cho từng bộ so sánh - đối với điện áp trên ở đầu vào trực tiếp, đối với điện áp thấp hơn ở đầu vào nghịch đảo. Các đầu vào miễn phí được kết hợp, chúng được cung cấp với điện áp đo được. Các đầu ra được kết nối theo sơ đồ "lắp HOẶC". Khi điện áp vượt quá giới hạn trên hoặc dưới đã đặt, một trong các bộ so sánh sẽ tạo ra mức cao ở đầu ra.
Bộ so sánh đa cấp được lắp ráp từ một số phần tử, có thể được sử dụng làm bộ chỉ thị điện áp tuyến tính hoặc một giá trị được chuyển đổi thành điện áp. Đối với bốn cấp độ, sơ đồ sẽ như sau:
Trong mạch này, một điện áp tham chiếu được áp dụng cho đầu vào của mỗi phần tử. Các đầu vào nghịch lưu được kết nối với nhau, chúng nhận tín hiệu đo được. Khi đạt đến mức kích hoạt, đèn LED tương ứng sẽ sáng. Nếu các phần tử bức xạ được bố trí thành một đường thẳng thì sẽ thu được một dải sáng, chiều dài của dải này thay đổi phù hợp với mức của điện áp đặt vào.
Mạch tương tự có thể được sử dụng như một bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC). Nó chuyển đổi điện áp đầu vào thành mã nhị phân tương ứng. Càng nhiều phần tử được đưa vào ADC, độ sâu bit càng lớn, việc chuyển đổi càng chính xác. Trên thực tế, mã dòng không thuận tiện khi sử dụng và nó được chuyển đổi thành mã quen thuộc bằng cách sử dụng bộ mã hóa. Bộ mã hóa có thể được xây dựng trên các phần tử logic, sử dụng vi mạch làm sẵn hoặc sử dụng ROM với phần sụn thích hợp.
Phạm vi của các bộ so sánh trong mạch chuyên nghiệp và nghiệp dư rất đa dạng. Việc sử dụng hợp lý các yếu tố này cho phép giải quyết một loạt các vấn đề.
Các bài tương tự:
