Vertailupiirit käyttäen IC 741, IC 311, IC 339

Vertailupiirin perustoiminto vertailla kahta jännitetasoa sen tuloliittimissä ja tuottaa lähtö osoittamaan, millä tulojännitteellä on suurempi potentiaali kuin toisella.

Tässä artikkelissa opitaan yksityiskohtaisesti, miten vertailupiirit suunnitellaan oikein käyttämällä suosittuja IC: itä, kuten IC 741, IC 311 ja IC LM339

Ero vertailijan ja op-vahvistimen välillä

IC 741 on ihanteellinen esimerkki yksittäisestä op-vahvistimesta, ja IC LM311: tä voidaan pitää hyvänä esimerkkinä omistetusta yksittäisestä komparaattorista.

Molemmilla yksiköillä on sisäisesti sama kolmion muotoinen laitemerkki, jonka yleensä tunnistamme ja käytämme vertailupiirien piirtämiseen. Näiden kahden vertailumuodon vastevasteella voi kuitenkin olla muutamia suuria eroja.

Vaikka sekä op-vahvistin että komparaattori voidaan konfiguroida vertailemaan differentiaalisignaaleja niiden tuloliittimissä, tärkeimmät erot kahden vastapuolen välillä ovat:

• Virransyötössä op-vahvistimen lähtö on joko positiivinen tai negatiivinen, riippuen tulonastan jännitetasosta, mutta ei voi koskaan olla auki. Sitä vastoin vertailulähtö voi olla joko avoin tai maadoitettu (negatiivinen) tai kelluva.
• Op-vahvistimen lähtö voi toimia ilman mitään ylös- tai alasvetovastuksia, mutta vertailija vaatii aina ulkoisen veto- tai alasvetovastuksen, jotta lähtövaihe toimisi normaalisti.
• Op-vahvistinta voidaan käyttää suurivahvistettujen vahvistinpiirien rakentamiseen, vertailua ei voida käyttää tällaisiin sovelluksiin.
• Op-vahvistimen lähdönvaihtovaste on yleensä hitaampi verrattuna vertailupiiriin.

Klassinen vertailupiirirakenne näkyy seuraavassa kuvassa:

Tässä lähtö vastaa 'korkealla' digitaalisignaalilla aina, kun jännite ei-invertoivassa (+) tulossa on suurempi kuin kääntyvä (-) -tulo. Lähtö muuttuu päinvastoin matalaksi digitaalisignaaliksi aina, kun kääntymätön tulojännite on pienempi kuin käänteisen tulojännitteen.

Viitaten yllä olevaan kuvaan, voimme nähdä vertailupiirin vakioliitännän, jossa yksi tulo (tässä esimerkissä käänteinen tulo) on konfiguroitu vertailujännitteellä, ja toinen tulotappi, joka on ei-kääntyvä tulo, joka on kytketty tulosignaalin jännitteeseen .

Aikana, jolloin Vin pidetään alhaisemmalla jännitteellä kuin vertailujännite +2 V, lähtö pysyy alhaisena noin -10 V. Jos Vin kasvaa hieman yli +2 V, lähtö muuttuu välittömästi ja muuttuu korkeaksi noin + 10 V. Tämä tilanmuutos ulostulossa -10 V - +10 V osoittaa, että Vin on tullut korkeammaksi kuin vertailu +2 V.

Minkä tahansa vertailulaitteen pääkomponentti on op-vahvistinpiiri, joka asetetaan erittäin suurelle jännitevahvistukselle. Voit tutkia vertailijan toimintaa tarkasti ottamalla esimerkin IC 741: stä, kuten alla on esitetty:

Täällä voimme nähdä käänteisen tulonastan 2 (-) viitaten maahan tai 0 V: n tasoon. Sinimuotoinen signaali syötetään pin3: een, joka on op-vahvistimen ei-käänteinen tulo. Tämä vuorotellen vaihteleva sinimuotoinen signaali saa lähdön vaihtamaan korkean ja matalan lähtötilan välillä kuvan oikealla puolella osoitetulla tavalla.

Kun tulo Vin liikkuu jopa millivolttia 0 V: n ohjearvon yli, eroa vahvistaa IC: n sisäinen korkean vahvistuksen op-vahvistin, jolloin lähtö menee korkealle positiivisella kyllästystasolla. Tämä tila säilyy niin kauan kuin Vin-signaali pysyy 0 V -referenssin yläpuolella.

Heti kun signaalitaso laskee sävyn 0 V-referenssin alapuolelle, lähtö ohjataan alemmalle kyllästystasolle. Jälleen tämä tila säilyy niin kauan kuin Vin-tulosignaali pysyy 0 V -viitetason alapuolella.

Yllä oleva selitys ja kuvassa esitetty aaltomuoto osoittavat selvästi lineaarisesti vaihtelevan tulosignaalin lähdön digitaalisen vasteen.

Normaaleissa sovelluksissa viitetason ei tarvitse olla 0 V, vaan se voi olla mikä tahansa vaatimuksen mukainen positiivinen taso. Ja tarvittaessa referenssi voidaan liittää joko positiiviseen tai negatiiviseen syöttöjohtoon, kun taas tulosignaali syötetään toiseen tuloliittimeen.

IC 741: n käyttö vertailijana

Seuraavassa esimerkissä opitaan kuinka tehokkaasti käytä op-vahvistinta vertailuna

Kuvassa näkyy op-vahvistinpiiri, joka toimii positiivisen ohjearvon kanssa sen käänteisen tulotapin (-) kohdalla. Lähtö on kiinnitetty LEDillä.

Jännitteenjakajaverkkokaavan avulla voimme laskea referenssijännitteen arvon IC: n (-) tulotapille.

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

Koska tämä viite liittyy IC: n (-) napaan, jos jännite Vin (+) -tulossa menee tätä ohjearvoa korkeammaksi tai tulee positiivisemmaksi kuin vertailu, pakottaa ulostulon Vo vaihtamaan positiiviseen kyllästystasoonsa.

Tämä saa LED-valon syttymään, mikä osoittaa, että Vin on tullut positiivisemmaksi kuin vertailutaso +6 V.

Päinvastoin, jos kääntämätön tulo (+) on määritetty referenssitapiksi ja Vin kohdistetaan käänteisen tulon (-) tapiin, lähtö laskee heti, kun Vin-tulo laskee viitearvon alapuolelle, ja päinvastoin.

Tämä aiheuttaa LED-valon sammumisen välittömästi.

Siksi LED voidaan saada kytkemään päälle tai pois tietylle tulosignaalille johdotamalla tulotappi asianmukaisesti vertailutasoon ja tulosignaaliin.

Erikoistuneiden vertailupiirien käyttö

Normaalisti op-vahvistimet toimivat hyvin vertailupiireinä, mutta erillisen vertailupiirin käyttäminen toimii jopa paremmin kuin op-vahvistin vertailusovelluksessa.

Vertailu-IC: t on suunniteltu erityisesti ihanteellisesti vertailutoiminnolle ja niillä on parempi vaste, kuten nopeampi kytkentä lähdössä positiivisen ja negatiivisen tason välillä.

Näillä mikropiireillä on korkeampi vastustuskyky melulle, ja monissa tapauksissa lähtöjä voidaan käyttää suoraan kuorman ohjaamiseen.

Opitaan muutama suosittu vertailupiiri yksityiskohtaisesti seuraavasta keskustelusta.

Vertailupiiri IC 311: n avulla

Yllä olevassa kuvassa esitetään vertailijan IC 311 sisäinen asettelu ja pinout-yksityiskohdat. IC on suunniteltu toimimaan myös kaksoisvirtalähteestä, välillä +15 V ja -15 V, mikä on vakioyhteensopiva taso kaikille modernit digitaaliset IC: t.

IC: n sisäisessä lähtövaiheessa on bipolaarinen transistori, jossa on kelluvat kollektori- ja emitteriliittimet. Tämä tarkoittaa, että tämän transistorin lähtö voidaan konfiguroida voidaan konfiguroida kahdella eri tavalla:

1. Lisäämällä vetovastus kollektorinastan 7 kanssa ja maadoittamalla emitteritappi 1 ja käyttämällä sitten kollektoria lähtöön.
2. Liittämällä kerääjä positiiviseen viivaan ja käyttämällä lähtöä emitteriä.

Transistorilähtöä voidaan käyttää myös releen tai pienen kuorman, kuten lampun, ohjaamiseen ilman ulkoista puskurivaihetta.

IC: ssä on myös tasapaino ja välkkyvä tulo, jotka voidaan sulkea lähtöön.

Keskustelemme muutamista tämän IC: n hyödyllisistä sovelluksista seuraavissa osissa:

Yllä oleva kuva osoittaa, kuinka IC 311 voidaan konfiguroida kuten a nolla-rajan ilmaisin vertailija tulojännitteen havaitsemiseksi aina, kun se ylittää nollalinjan.

311: n käänteinen tulo (-) voidaan nähdä yhdistettynä maahan. Aikana tulosignaali on positiivisella tasolla, lähtötransistori pysyy kytkettynä päälle, mikä luo matalan (-10 tässä esimerkissä) lähdössä (transistorin kerääjä).

Heti kun tulosignaali menee negatiiviseksi tai alle 0 V, transistori kytketään pois päältä. Tämä luo positiivisen + 10 V: n IC: n kollektorilähtöön. Tämän avulla voimme tietää, milloin tulosignaali on nollatason yläpuolella ja milloin se on pudonnut nollatason alapuolelle.

Seuraava alla oleva kuva osoittaa, kuinka IC 311 -vertailijaa voidaan käyttää välitetyn piirin tekemiseen.

Tässä vertailupiirin esimerkissä lähtönasta 7 kääntyy korkeaksi, kun pin3-jännitetaso nousee pin2-referenssin yläpuolelle. Mutta tämä voi tapahtua vain, kun pin6-välkkimen tulotappi on matala tai 0 V.

Kun transistorin pohjaan käytetään korkeaa TTL-välähdystä, nasta 6 laskee matalaksi, jolloin IC-lähtötransistori sammuu ja mahdollistaa pin7: n nousun korkealle.

Lähtö on edelleen korkea niin kauan kuin TTL-tuloa pidetään korkealla riippumatta tulosignaalin kunnosta nastalla 3.

Kuitenkin, jos TTL-signaali syötetään strobed-muodossa, lähtö reagoi tulosignaaliin pin3: ssa. Yksinkertaisesti sanottuna lähtö on lukittu korkealle, ellei nasta 6 ole välähdetty.

Kuinka kytkeä rele komparaattoriin

Seuraava alla oleva kuva osoittaa, kuinka vertailijaa 311 voidaan käyttää suoraan käytä releä .

Kun jännitetaso tulotapissa 2 laskee alle 0 V: n, nasta 3 saa positiivisemman kuin nasta 2. Tämä saa sisäisen transistorin kollektorin kytkeytymään pois päältä, mikä kytkee releen päälle. releen koskettimet voidaan johdottaa suuremmalla kuormalla halutun kytkentätoiminnon suorittamiseksi.

Niin kauan kuin nastan 2 tulo (+) pysyy alle 0 V, rele pysyy päällä. Vastaavasti, kun positiivinen signaali on käytettävissä napalla 2, rele pysyy kytkettynä pois päältä.

Vertailupiiri IC 339: n avulla

IC 339, joka on yleisesti kirjoitettu myös nimellä LM339, on nelinkertainen vertailu-IC. Merkitys, se sisältää 4 erillistä jännitevertailijaa, joiden tulot ja lähdöt on päätetty asianmukaisesti IC-paketin vastaavien ulkoisten nastojen kautta, kuten alla on esitetty.

Kuten kaikilla muilla vertailijoilla, jokaisella vertailulohkolla on pari tuloa ja yksi lähtö. Kun IC: n virransyöttö kohdistetaan jännitteellä Vcc: n ja maadoitustappien yli, se syöttää kaikki vertailulaitteet yhteen. Joten vaikka käytetään yhtä vertailulaitetta, kaikki muut 3 kuluttavat jonkin verran virtaa.

Kaikilla vertailijoilla on täsmälleen samat ominaisuudet, joten voimme analysoida minkä tahansa näistä oppiaksemme vertailutoiminnon.

Kun positiivinen differentiaalitulo syötetään tuloliittimien yli, mikä tarkoittaa, että kun käytettyjen signaalien ero on positiivinen, se kytkee lähtötransistorin pois päältä. Tämän vuoksi lähtö näyttää avoimen piirin tai kelluvan auki.

Kun differentiaalitulo on negatiivinen, mikä tarkoittaa, että tulonastoissa käytettyjen signaalien välinen ero on negatiivinen, se kytkee päälle komparaattorin lähtötransistorin, mikä saa komparaattorin lähtötapin kääntymään negatiiviseksi tai V-potentiaalille.

Viitaten yllä olevaan kuvaan voimme ymmärtää, että kun IC: n ei-invertoivaa (+) tuloa käytetään vertailutappina, tätä ohjetta pienempi jännite kääntyvässä tulotapissa (-) johtaa vertailija tulee avoimeksi. Toisaalta, jos (-) käytetään vertailutapina, jännitteen taso (+) -tulossa kuin referenssi aiheuttaa lähdön kääntymisen negatiiviseksi tai V-

Jotta voidaan oppia, kuinka IC 339 toimii kuin vertailija, seuraava esimerkki näyttää IC: n nollan ylityksen ilmaisimena.

Heti kun tulosignaali nousee yli 0 V, lähtö käännetään korkealle V + -tasolla. Lähtö kytketään pois päältä vain V-jännitteellä, kun tulo pidetään alle 0 V.

Kuten aiemmin selitettiin, vertailutason ei tarvitse olla 0 V, se voidaan muuttaa mille tahansa muulle halutulle tasolle. Lisäksi voit käyttää myös toista tulotappia (+) referenssitapina ja (-) -tappia signaalitulotapina vaihtelevan tulosignaalin hyväksymiseksi.

Etu siitä, että kelluva lähtö on vertailupiireissä

Kuten edellisissä selityksissä keskusteltiin, vertailulähtö kytketään BJT: n kautta, jonka ulostulona on avoin kollektori. Tämä antaa edun yhdistää kahden vertailijan lähdöt IC 339: sta suoraan kuten TAI portti .

Mukava esimerkki ikkunavertailupiiristä voidaan nähdä alla. Tässä kaksi IC 339 -vertailulohkoa on konfiguroitu yhdellä yhteisellä tulosignaalilla, ja lähdöt liitetään kuten OR-portti.

Vastaavien vertailulaitteiden lähtö laskee matalaksi aina, kun tulosignaali ylittää joko alemman asetetun kynnyksen tai ylemmän asetetun kynnyksen, jolloin käyttäjä voi tietää, milloin signaali on asetetun ikkunatason ulkopuolella.

Ikkunavertailijaa voidaan käyttää hyödyllisiin sovelluksiin, kuten korkea matalajännitesuoja piiri ja aurinko tracker piiri jne.

Johtopäätös

Edellä olevista selityksistä saimme tietää, että:

Vertailijat ovat periaatteessa yksiköitä, joissa on kaksi täydentävää tuloa ja yksi reagoiva lähtö. Lähtö muuttuu korkeaksi tai matalaksi, kun yhden tulon jännitetaso nousee korkeammalle tai pienemmälle kuin toinen tulo, riippuen siitä, mitä tuloa käytetään referenssinä vai kiinteällä jännitetasolla.

Vaikka op-vahvistinta voidaan käyttää myös vertailijan tavoin, erikoistuneet vertailupiirit on suunniteltu paremmin toimimaan kuin vertailijat.

Erilliset vertailupiirit, kuten LM311, LM339, on erityisesti suunniteltu vertailusovelluksiin, nopeampi vaste ja joustava suuren virran ulostulokyky.

Jos sinulla on aiheeseen liittyviä kysymyksiä, voit kysyä heiltä alla olevan kommenttikentän kautta.