Un comparator este ce? Microcircuit și principiu de funcționare

Un comparator este un dispozitiv conceput pentru a compara unele valori (din comparația latină - "compara"). Este un amplificator operațional cu un multiplicator mare. Are intrări: directe și inversate. Dacă este necesar, semnalul de referință poate fi conectat la oricare dintre ele.

Cum funcționează comparatorul?

Un semnal constant este aplicat uneia dintre intrările, numită semnal de referință. Este folosit ca referință pentru comparație. Cel de-al doilea primește semnalul de testare. Ieșirea este un tranzistor, schimbându-și starea în funcție de condițiile:

• Tensiunea de intrare directă este mai mare decât tensiunea inversă - tranzistorul este deschis.
• Tensiunea intrării inverse este mai mare decât tensiunea directă - este închisă.

În consecință, tensiunea de ieșire variază brusc de la un minim la un maxim sau invers.

Tensiunea de ieșire corespunde nivelului de intrare al majorității microcircuitelor digitale. Acest lucru este necesar pentru cazurile în care comparatorul este transformatorul pulsului care controlează funcționarea elementelor logice.

Aplicație comparativă

Ele sunt utilizate în circuite pentru măsurarea semnalelor electrice și în convertoarele analog-digitale. În lanțurile logice, elementele "sau" și "nu" funcționează, de asemenea, fiind comparatoare. În consecință, utilizarea acestei componente nu se limitează la exemple specifice, deoarece este aplicată universal.

Este demn de remarcat faptul că dispozitivul de comparare poate fi realizat din orice amplificator operațional, dar nu invers. Câștigul comparatorului este destul de ridicat. În consecință, intrările sale sunt foarte sensibile la diferența de tensiune dintre ele. O discrepanță de câteva milivolți modifică semnificativ tensiunea de ieșire.

Astfel, comparatorul vă permite să observați fluctuațiile minime ale nivelurilor de tensiune de intrare. Acest lucru îl face un element indispensabil al schemelor de comparație și a instrumentelor de măsurare cu o precizie ridicată:

• indicatori ai nivelului semnalului de intrare;
• detectoare de metale;
• micro- și milivoltmetri;
• detectoare de radiații electromagnetice;
• senzori de laborator;
• comparative de masă;
• analizoare de gaze.

Principiul comparatorului analogic

Comparatorul analogic compară semnalele continue - referința de intrare măsurată și referința de intrare. Modul în care funcționează dispozitivul este prezentat în graficul de mai jos.

Cu o schimbare lentă a semnalului de intrare, comparatorul este comutat în mod repetat o perioadă scurtă de timp. Acest fenomen se numește "tulburare electronică". Prezenta sa reduce semnificativ eficienta comparatiei. Deoarece schimbările frecvente în starea de ieșire, tranzistorul terminal este injectat în starea de saturație.

Pentru a reduce efectul "chat-urilor electronice", în circuit este introdus un feedback PIC-pozitiv. Acesta oferă histerezis - o mică diferență între nivelul de on și de oprire de tensiune. Unele comparatoare au un PIC încorporat, care reduce numărul de elemente suplimentare de construcție a structurii. De exemplu, cu o ușoară scădere a sensibilității, se realizează munca stabilă a comparatorului.

Caracteristicile comparatorului digital

Un comparator digital este un convertor analog-digital de un bit. Tensiunea de ieșire este fie logică "0", fie "1". Un semnal analogic și digital poate fi introdus la intrare. Dispozitivul este folosit ca un impuls pentru a interconecta circuitele senzorilor și dispozitivele de afișare. Poate fi folosit pentru a analiza spectrul unui semnal audio sau de lumină. Comparatorul este, de asemenea, elementele logice "sau" și "nu" folosite în tehnologia informatică.

Teoretic, pentru fluctuațiile nesemnificativ mici ale nivelului semnalului de intrare, poate apărea o stare de incertitudine de ieșire. În practică, nu se produce egalitatea tensiunilor măsurate și de referință. Deoarece comparatorul are un câștig limitat sau feedback pozitiv.

Un exemplu tipic este declanșatorul Schmitt (TS). Nu corespunde nivelelor de pornire și oprire, determinate de PIC. Acest lucru face posibilă neglijarea interferenței discrete în funcționarea comparatorului.

Cipul comparator

Industria produce comparatoare sub formă de circuite integrate. Utilizarea lor vă permite să creați dispozitive compacte, cu un număr minim de elemente articulate. De asemenea, avantajul unor piese mici în lungimea nesemnificativă a conductorilor de legătură. În condiții de radiații electromagnetice crescute, acestea primesc antene pentru toate tipurile de perturbații electrice.

Comparator pe amplificatorul operațional

Comparatoarele au multe în comun cu amplificatoarele operaționale:

• factor de câștig;
• rezistența la intrare;
• valoarea curenților de intrare;
• starea de saturație.

Sensibilitatea, o rezoluție diferită, este un parametru specific. Aceasta determină corectitudinea comparației. Caracterizată de diferența minimă dintre semnalele la care funcționează comparatorul. Valoarea sa în circuitele integrate este sute de microvolți. Acest lucru este ceva mai rău decât comparatorii pe amplificatoarele operaționale.

Timpul de comutare caracterizează viteza comparatoarelor. Se determină prin timpul minim al modificării semnalului de ieșire: de la momentul comparației până la momentul de funcționare. Depinde de diferența dintre semnalele de intrare. Timpii de comutare sunt zeci și sute de nanosecunde.

Cum să faci un comparator cu mâinile tale?

Cine știe cum să citească diagramele schematice și lipirea, compilează cu ușurință cele mai simple comparatoare pentru a fi utilizate în viața de zi cu zi. Domeniul de aplicare este foarte extins. Pe ele, puteți construi o mulțime de structuri cu costuri minime. Cel mai simplu comparator este un amplificator operațional fără feedback pozitiv.

OC-ul seriei LM339 este utilizat ca bază pentru comparator. Pentru a controla și vizualiza funcționarea circuitului, se introduc indicatori roșii și verzi. Când conectați alimentarea la op-amp, unul dintre LED-uri ar trebui să se aprindă și unul care nu are importanță. Acest lucru este determinat de o serie de factori: depășirea rețelei la circuit, caracteristicile lotului și parametrii OS. Chiar dacă luați mai multe jetoane identice, veți obține rezultate diferite.

Dacă semnalul de intrare este aproape de "0" - va fi verde și dacă este aproape de tensiunea de alimentare, atunci LED roșu. Apoi, puteți încerca să schimbați starea logică a comparatorului furnizând la una din intrări o tensiune egală, de exemplu, cu jumătate din tensiunea de alimentare a op-amp. Semnalul de ieșire nu depinde de valoarea absolută a tensiunilor de pe intrările directe și inversate. Dar numai pe diferența de stres.

Aceste experimente demonstrează funcționarea unui comparator fără PIC. Un astfel de comparator poate fi utilizat în cazul în care nu este necesară nicio precizie specială de măsurare. Astfel de dispozitive sunt termostate de uz casnic, încărcătoare pentru baterii auto, dispozitive de desulfurare (recuperare) de auto-acumulatori, foto-relee.

Un exemplu de aplicare practică a comparatorului

Pe schema de circuit este prezentat senzorul de lumină.

Tensiunea de referință este stabilită de rezistoarele RV1 și R2. În acest caz, RV1 servește drept regulator al sensibilității structurii. Afișajul este implementat pe LED-ul D1. Senzorul este elementul LDR1, care modifică rezistența ohmică, în funcție de iluminare. Comparatorul în sine este reprezentat de un amplificator operațional LM324. Acest dispozitiv simplu demonstrează cum funcționează comparatorul în practică.

Comparatori de masă: concept

Comparatorul de masă este un dispozitiv conceput pentru a rafina diferența în valorile de masă ale greutăților atunci când se controlează standardele de masă și greutate și, de asemenea, pentru cântărirea de precizie. Cele mai exacte comparatoare de masă sunt capabile să cântărească orice mostră și să o compare cu alta, similară cu ea. Acest lucru se întâmplă la nivelul atomilor. Nevoia de astfel de dispozitive apare din cauza imperfecțiunii eșantioanelor standard de măsuri privind greutatea și volumul lichidului.

Exemple și utilizări ale dispozitivelor de specificare a greutății

Standardul rus de masă este un cilindru de platină. A fost copiat de la modelul francez acum 125 de ani. De-a lungul anilor, standardul a pierdut aproximativ 40 μg din greutatea inițială sub formă de oxizi. În consecință, utilizarea sa pentru necesitățile de producție, cu o mare precizie a măsurării masei, este acum dificilă.

A fost elaborat un nou standard de masă. Oamenii de stiinta au desemnat o minge de silicon cu un numar par de atomi. Acum aceasta este cea mai corectă opțiune standard de kilogram. Caracteristicile sale sunt acceptate de către comunitatea internațională pentru utilizare.

Eșantionul creat trebuie copiat de mai multe ori. Deoarece tendințele moderne în domeniul științei, în special farmacologia, bioingineria, electronica computerizată, dezvoltările nanotehnologiei necesită precizie precisă a măsurătorilor. Sutele de micrograme sunt esențiale pentru astfel de domenii ale științei și tehnologiei. Această sarcină ar trebui rezolvată de un comparator de masă atomică - un dispozitiv capabil să determine diferența în mai multe particule.

Comparatorul atomic utilizează pentru măsurători un semnal de referință obținut dintr-o precizie înaltă cuarț generator. Tensiunea măsurată este luată din discriminatorul cuantic, care determină stabilitatea liniei celor mai mici particule. Modificările sale sunt cauzate de discrepanța numărului de atomi din eșantion. Prin urmare, acum este cel mai precis dispozitiv de măsurare.

Există comparatori de masă mai puțin exacți. Costul lor este mult mai mic decât cel nuclear, dar pentru toți aceștia se lucrează în industrie, comerț, standardizare.