מהו השוואת מתחים ולמה הוא מיועד?

בעת תכנון מעגלים אלקטרוניים, לעתים קרובות יש צורך להשוות את הרמה של שני מתחים. לשם כך, נעשה שימוש במכשיר כגון קומפרטור. שם הצומת חוזר ל- comparare הלטינית, או, ליתר דיוק, לאנגלית to compare - to comparare.

מהו השוואת מתחים

במקרה הכללי, קומפרטור הוא מכשיר שיש לו שתי כניסות לאספקת הערכים המושוואים (מתחים) ומוצא עבור תוצאת ההשוואה. למשווה שתי כניסות לאספקת הפרמטרים המושוואים - ישיר והיפוך. הפלט מוגדר ליחידה לוגית כאשר המתח של הקלט הישיר עולה על ההופכי, ואפס - אם להיפך. אם, עם הבדל חיובי בין הקלט ההפוך לישיר, מוגדר אחד, ובמצב ההפוך - אפס, אז המשווה כזה נקרא היפוך.

עקרון הפעולה של המשווה

זה נוח לבנות על המשווה מגבר תפעולי (OU).לשם כך, המאפיינים שלו משמשים ישירות:

• הגברה של הפרש האות בין הכניסה הישירה וההפוכה;
• מקדם הגברה אינסופי (בפועל - מ-10000 ומעלה).

ניתן לשקול את פעולתו של מגבר ההפעלה כמשוואה עם ערכת המיתוג הבאה:

שיהיה מגבר הפעלה עם רווח של 10000, מתח האספקה ​​הוא דו קוטבי, + 5 וולט ומינוס 5 וולט. מחיצה בכניסה ההפוכה, רמת הייחוס מוגדרת ל-0 וולט בדיוק, בכניסה הישירה מסירים מינוס 5 וולט מחוון הפוטנציומטר. המגבר התפעולי אמור להגביר את ההפרש פי 10,000, תיאורטית, מתח של מינוס 50,000 וולט אמור להופיע במוצא. אבל ל-opamp אין איפה לקחת מתח כזה, והוא יוצר את המקסימום האפשרי - מתח האספקה, מינוס 5 וולט.

אם תתחיל להעלות את המתח בכניסה הישירה, מגבר ההפעלה ינסה לקבוע את הפרש המתח בין הכניסות, כפול 10000. זה יצליח כאשר מתח הכניסה יתקרב לאפס ויהפוך למינוס 0.0005 V בקירוב. עם עלייה נוספת ב מתח הכניסה בכניסה החיובי, הפלט יעלה לאפס ומעלה, ובמתח של +0.0005 וולט הוא יהפוך ל-+5 V ולא יעלה יותר - אין שום מקום. לפיכך, כאשר מתח הכניסה יעבור את רמת האפס (ליתר דיוק, מינוס 0.0005 וולט - + 0.0005), מתח המוצא יזנק ממינוס 5 וולט ל-+5 וולט. במילים אחרות, כל עוד המתח בכניסה הישירה נמוך יותר מאשר בכניסה ההפוכה, יציאת ההשוואה מוגדרת לאפס. אם גבוה יותר - אחד.

מעניין הוא הקטע של הפרש הרמות בכניסות ממינוס 0.0005 וולט ל-+0.0005.בתיאוריה, כאשר הוא יעבור, תהיה עלייה חלקה ממתח אספקה ​​שלילי לחיובי. בפועל, טווח זה צר מאוד, ובשל הפרעות, הפרעות, אי יציבות מתח אספקה ​​וכו'. עם שוויון משוער של מתחים בכניסות, תתרחש פעולה כאוטית של המשווה בשני הכיוונים. ככל שההגבר של מגבר ההפעלה נמוך יותר, כך חלון חוסר היציבות רחב יותר. אם המשווה שולט במפעיל, זה יגרום לו לפעול בזמן (לחיצה על הממסר, טריקת השסתום וכו'), מה שעלול להוביל לכשל מכני או להתחממות יתר.

כדי להימנע מכך, נוצר משוב חיובי רדוד על ידי הפעלת הנגד המצוין על ידי הקו המקווקו. זה יוצר היסטרזיס קל, מעביר את ספי המיתוג כאשר המתח עובר מעלה ומטה ביחס להתייחסות. לדוגמה, המשווה יעבור למעלה ב-0.1 וולט, ויורד באפס בדיוק (בהתאם לעומק המשוב). זה יבטל את חלון אי היציבות. הערך של הנגד הזה יכול להיות מכמה מאות קילו אוהם לכמה מגה אוהם. ככל שההתנגדות נמוכה יותר, ההבדל בין הספים גדול יותר.

ישנם גם ICs להשוואה מיוחדים. לדוגמה, LM393. במיקרו-מעגלים כאלה יש מגבר תפעולי מהיר (או כמה), ניתן להתקין מחלק מובנה שיוצר מתח ייחוס. הבדל נוסף בין משווים כאלה לבין מכשירים הבנויים על מגברי הפעלה לשימוש כללי הוא שרבים מהם דורשים ספק כוח חד קוטבי. רוב האופאמפים דורשים מתח דו קוטבי. הבחירה בסוג המיקרו-מעגל נעשית במהלך פיתוח המכשיר.

תכונות של משווים דיגיטליים

משתמשים בהשוואה גם בטכנולוגיה דיגיטלית, אם כי זה נשמע, במבט ראשון, פרדוקסלי. אחרי הכל, יש רק שתי רמות מתח - אחת ואפס. ואין טעם להשוות ביניהם. אבל אתה יכול להשוות שני מספרים בינאריים, אותם ניתן להמיר לכל ערכים אנלוגיים (כולל מתח).

תנו שתי מילים בינאריות בעלות זהה בסיביות:

X=X₃איקס₂איקס₁איקס₀ ו-Y=Y₃י₂י₁י.

הם נחשבים שווים בערכם אם כל הביטים שווים מבחינת סיביות:

1101=1101 => X=Y.

אם לפחות ביט אחד שונה, המספרים אינם שווים. המספר הגדול יותר נקבע על ידי השוואה סיבית, החל מהביט המשמעותי ביותר:

• 1101>101 - כאן הסיבית הראשונה של X גדולה מהסיבית הראשונה של Y, ו-X>Y;
• 1101>101 - הסיביות הראשונות שוות, אבל הסיביות השנייה של X גדולה יותר ו-X>Y;
• 111<1110 - ל-Y יש ביט שלישי גדול יותר, והערך הגדול יותר של הספרה הפחות משמעותית של X אינו משנה, X<Y.

היישום של השוואה כזו יכול להיבנות על מעגלים לוגיים של האלמנטים הבסיסיים AND-NOT, OR-NOT, אבל קל יותר להשתמש במוצרים מוגמרים. לדוגמה, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), K564IP2 ביתי וסדרות אחרות של מיקרו-מעגלים. הם משווים של 2-8 סיביות עם מספר מתאים של כניסות נתונים ושליטה. ברוב המקרים, להשוואות דיגיטליות יש 3 יציאות:

• יותר;
• פָּחוּת;
• שווים.

בניגוד למכשירים אנלוגיים, עם השוואות בינאריות, שוויון בכניסות אינו מצב בלתי רצוי ולא מנסים להימנע ממנו.

קל לבנות מכשיר כזה גם באופן פרוגרמטי באמצעות פונקציות אלגברה בוליאנית.אפשרות נוספת - למיקרו-בקרים רבים יש משווים אנלוגיים "על הסיפון" עם יציאות חיצוניות נפרדות, המוציאות תוצאה מוכנה של השוואת שני ערכים בצורה של 0 או 1 למעגל הפנימי. זה חוסך את המשאב של מערכות מחשוב קטנות .

איפה משתמשים בהשוואת המתח?

היקף המשווה רחב. על זה, למשל, אתה יכול לבנות ממסר סף. כדי לעשות זאת, אתה צריך חיישן הממיר כל ערך למתח. ערך זה יכול להיות:

• רמת תאורה;
• רמת רעש;
• מפלס נוזל בכלי או במאגר;
• כל ערכים אחרים.

ניתן להשתמש בפוטנציומטר כדי לקבוע את רמת ההדק של המשווה. אות המוצא דרך המפתח ניתן למחוון או למפעיל.

אם אתה מגביר את ההיסטרזיס, המשווה יכול לעבוד כטריגר של שמיט. כאשר מתח משתנה באיטיות מופעל על הקלט, הפלט יהיה אות בדיד עם חזיתות תלולות.

ניתן לחבר את שני האלמנטים ליצירת השוואת שני ספים, או השוואת חלון.

כאן, מתח הסף נקבע בנפרד עבור כל משווה - עבור העליון בכניסה הישירה, עבור התחתון בהיפוך. כניסות חופשיות משולבות, הן מסופקות עם המתח הנמדד. היציאות מחוברות לפי סכימת "התקנת OR". כאשר המתח עובר את הגבול העליון או התחתון שנקבע, אחד המשווים מייצר רמה גבוהה במוצא.

השוואת רב-מפלסית מורכבת ממספר אלמנטים, שיכולים לשמש כמחוון מתח ליניארי, או כערך המומר למתח. עבור ארבע רמות, התוכנית תהיה כדלקמן:

במעגל זה, מתח ייחוס מופעל על הקלט של כל אלמנט. הכניסות ההפוכות מחוברות יחד, הן מקבלות את האות הנמדד. כאשר מגיעים לרמת ההדק, נורית ה-LED המתאימה נדלקת. אם האלמנטים המקרינים מסודרים בקו, יתקבל פס אור, שאורכו משתנה בהתאם לרמת המתח המופעל.

אותו מעגל יכול לשמש כממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC). הוא ממיר את מתח הכניסה לקוד הבינארי המתאים. ככל שנכללים יותר אלמנטים ב-ADC, ככל שעומק הסיביות גדול יותר, ההמרה מדויקת יותר. בפועל, קוד הקו אינו נוח לשימוש, והוא מומר לקוד מוכר באמצעות מקודד. ניתן לבנות את המקודד על אלמנטים לוגיים, להשתמש במיקרו-מעגל מוכן, או להשתמש ב-ROM עם הקושחה המתאימה.

היקף המשווים במעגלים מקצועיים וחובבים מגוון. שימוש נכון באלמנטים אלו מאפשר פתרון מגוון רחב של בעיות.

מאמרים דומים: