כיצד פועל המשווה: מאפיינים ותיאור של עקרון הפעולה, השימוש במעגלי השוואת מתח

לעתים קרובות ניתן למצוא מעגלים משולבים שונים במכשירים אלקטרוניים. אחד מהם הוא המשווה. היישומים שלה נעים מחיישני איתות ועד אלקטרוניקה תעשייתית ורכב. לדעת איך המשווה עובד, אתה יכול להרכיב באופן עצמאי מעגלים מעניינים שונים, למשל, מטען, יחידת מחוון, או אפילו גנרטור.

תיאור ומעגלים

למרות הפשטות הנראית לעין, המשווה הוא מכשיר הרבה יותר מעניין ממה שהוא נראה במבט ראשון. באלקטרוניקה, זה נקרא מיקרו-מעגל לוגי שנועד להשוות בין שני אותות חשמליים המופעלים על הקלט שלו. בהתאם לתוצאות של מדידה זו, מצב הפעולה של המכשיר משתנה.

המונח "משווה" מגיע מהמילה הלטינית "השוואה", שמתורגמת לרוסית, מילולית, כאיך להשוות. מבחינה מבנית ניתן לייצר את המכשיר באריזות שונות, למשל, DIP, SOIC, SSOP. הסוג הפשוט ביותר של אלמנט ההשוואה כולל שתי כניסות אנלוגיות ויציאה דיגיטלית אחת. פעולתו מבוססת על שלב דיפרנציאלי עם רווח גבוה. לכן, נעשה שימוש נרחב במשוואות בציוד שנועד למדוד או להמיר אות אנלוגי לדיגיטלי (ADC).

בתרשימים ובספרות הטכנית, המכשיר מסומן באופן גרפי כמשולש שווה שוקיים עם שלושה מובילים. מצד אחד, מסקנות חתומות בסימנים

instagram viewer

«+» ו «—», בהתאמה מציינת קלט לא הופך ואחד הפוך, ומצד שני - מתואר הפלט, המסומן בסמל Uout.

כאשר בקלט ישיר («+») של המיקרו-מעגל, רמת האות תהיה גדולה יותר מאשר בהפוך («—»), אז נוצר ערך יציב בפלט שלו. בהתאם לפתרון הסכמטי של המשווה, ערך זה יכול ללבוש צורה של אפס לוגי או אחד. באלקטרוניקה דיגיטלית אות נספר כיחידה, שרמת המתח שלו היא חמישה וולט, והעדרו נלקח כאפס. כלומר, מצב הפלט של המכשיר נקבע גבוה או נמוך. אבל בפועל, הערך של הפרש הפוטנציאל עד 2.7 וולט נלקח כאפס לוגי.

אחד מאותות הקלט למכשיר נקרא הפניה או מתח הסף. עם ערך זה משווים את גודל האות בכניסה השנייה. ניתן להפעיל את מתח הייחוס גם לכניסות הפוכה וגם לכניסות ישירות. בהתאם לכך, המשווים נקראים הפוך או לא היפוך. כאשר המכשיר פועל עם מתח ייחוס אחד, הוא נקרא סף אחד, ואם עם מתח אחר, הוא נקרא רב כניסות.

מאפייני המכשיר

למעשה, ניתן לחשוב על המכשיר כמד מתח פשוט או ADC. להשוואה, כמו לכל מכשיר אלקטרוני, יש מספר מאפיינים טכניים שניתן לחלק לשני סוגים: סטטי ודינמי.

פרמטרים סטטיים כוללים את המאפיינים הבאים:

1. הרגישות המגבילה מציינת את ערכי סף האות שהמכשיר מזהה בכניסה ומשנה את הפוטנציאל של הפלט שלו לאפס לוגי או אחד.
2. כמות העקירה נקבעת על פי מומנט ההעברה של המכשיר ביחס למיקום האידיאלי.
3. זרם הכניסה הוא הערך המרבי שלו שיכול לעבור דרך כל פלט מבלי לפגוע במכשיר.
4. זרם פלט - ערך הזרם המופיע במוצא כאשר המכשיר נכנס למצב של אחדות.
5. ההבדל בזרמים הוא הערך שנמצא על ידי הפחתת ערכי הזרמים הזורמים כאשר הכניסות מקוצרות.
6. היסטרזיס - ההבדל ברמות אות הכניסה, המוביל לשינוי במצב היציב במוצא.
7. יחס דחיית המצב המשותף נקבע על ידי היחס בין המצב המשותף לאות הדיפרנציאלי שגורם למעבר המשווה.
8. עכבת קלט היא עכבת הקלט.
9. טמפרטורת הפעלה מינימלית ומקסימלית - הטווח שבו הפרמטרים הטכניים של המכשיר אינם משתנים.

מאפיין דינמי חשוב הוא זמן המיתוג tn. זה נקבע על ידי מרווח הזמן מתחילת ההשוואה של אות הקלט ועד לרגע שבו מתרחש המצב היציב ההפוך במוצא של המשווה. זמן זה נקבע עם ערך אחד של מתח הסף והקפיצה שלו בכניסה הנגדית. מרווח זמן זה מחולק לשני חלקים - עיכוב ועלייה.

כל הפרמטרים הרלוונטיים של המשווה מוצגים כתגובה חולפת. זוהי עלילה במערכת קואורדינטות מישורית קרטזית, שבה ציר ה-X מציין את הזמן בננו-שניות, וציר ה-Y מציין את מתח הכניסה והמוצא בוולט.

מכשיר ועיקרון הפעולה

המעגלים של המכשיר מבוססים על opamp דיפרנציאלי עם רווח גבוה למדי. ההבדלים שלו עם מגבר ליניארי פשוט הם ביישום שלב הקלט והפלט.

כניסת המכשיר עמידה בטווח אותות רחב עד לערכי אספקת חשמל וטווח מתח מלא במצב משותף. פלט ההשוואה תואם לטכנולוגיות TTL ו-ECL בשל האפשרות לבצע שלב זה על טרנזיסטור קולט פתוח. המכשיר אינו משתמש במשוב שלילי כמו במגבר תפעולי, אבל, להיפך, הפלט מכוסה בקישור חיובי, היוצר העברה של היסטרזה מאפיין.

המשווה של שני הספים נקרא שמיט טריגר או טריגר. לשם השוואה, הוא משתמש בשני מתחים. האותות במשוואה הבינארית מחולקים לשלושה טווחים:

1. Urf2> Urf1;
2. Uout1 = 0 אם Uin Uref1;
3. Uout2 = 0 אם Uin Uref2.

Uref - מתח של סף המיתוג התחתון והעליון, Uout - רמת אות הפלט, Uin - מתח בכניסת המכשיר.

המעגל הפנימי של המכשיר הוא מגבר המורכב על טרנזיסטורים VT1-VT2, הטעון במפל VT5-VT6, המחובר במעגל פולט משותף. מפתח נוסף VT4 שולט במצב האספן של אות הכניסה. ובאמצעות הטרנזיסטור VT7, הפועל במצב דיודה, נשלטת רמת האות ב-VT8, מה שמאפשר להשיג את עצמאותו משינויים במתח האספקה. המקשים VT5 ו-VT6 מחוברים לדיודת הזנר VD1. לכן, דרך החזר VT8, אות הקלט מוזן ליציאה מפין האספן VT6.

אם אות הכניסה אינו עולה על וולט אחד, הטרנזיסטור VT6 סגור, ו- VT5 במצב רוויה. אות המוצא לא יוכל לעלות על ארבעה וולט, מכיוון שערך גדול יותר יפתח את הדיודה. עם הסימן ההפוך, VT6 ירווה, ומתח המוצא יהפוך לאפס. מכשירים מודרניים משתמשים בפלט strobe או כפכפי תפס, כלומר, אלמנטים השולטים בפלט של המשווה כאשר מזוהה דופק סינכרון. תוצאות השוואה יכולות להופיע בשתי צורות: במהלך אירוע מוחי או בהפסקות בין פולסים.

קונסטרוקציות פשוטות

בפועל, השוואות מתח מצאו יישום רחב במעגלים אלקטרוניים בכיוונים שונים. בחנויות רדיו, אתה יכול למצוא מספר גדול למדי של microcircuits שונים. אבל המיקרו-מעגלים הנפוצים ביותר בקרב חובבי רדיו הם:

• LM311;
• K554CA3;
• LM339;
• MAX934.

הם זמינים למכירה, והעלות שלהם היא יותר מדמוקרטית. להשוואות אלה יש טווח מתח כניסה רחב ויכולים לפעול עם אספקה ​​חד קוטבית ודו קוטבית.

ניתן לחבר כל עומס עם צריכת זרם שאינה עולה על 50 mA ליציאת המכשיר. זה יכול להיות ממסר, נגד, LED, מצמד אופטו או כל מפעיל, אבל עם אלמנטים מגבילי זרם. אפשר גם לחבר עומס אינדוקטיבי, אבל במקרה זה הוא בדרך כלל מנותק על ידי דיודות. לתפעול המכשיר נעשה שימוש בספקי כוח עם מתח מוצא של 5-36 וולט.

שליטה בממסר צילום

ממסר כזה מורכב על ידי הרכבה על פני השטח. ניתן להשתמש בו במערכת אבטחה או לשלוט ברמת התאורה. עבודת המעגל היא כדלקמן. מתח הכניסה עובר למחלק המורכב מ-R1 ופוטודיודה VD3. נקודת החיבור המשותפת שלהם דרך הדיודות המגבילות VD1 ו-VD2 מחוברת לכניסות של המשווה DA1. כתוצאה מכך, אין הבדל פוטנציאל בכניסת המכשיר, מה שאומר שהרגישות של המכשיר היא מקסימלית.

כדי שהאות במוצא יהיה הפוך, עליך ליצור הבדל בכניסה של מילי-וולט אחד בלבד. בשל העובדה שהקבל C1 והנגד R1 מחוברים לכניסה הפוכה, ערך המתח בו יגדל בהשהייה קצרה השווה לזמן הטעינה של הקבל.

אבל הזמן הזה מספיק כדי שיחידה לוגית תופיע במוצא, שתבנה מחדש את מצב הפעולה של הממסר המחובר כעומס. ברגע שהתאורה תשתנה שוב, המצב יחזור על עצמו. כך, על ידי הפניית ממסר הצילום למקום כלשהו, ​​במקרה של שינוי בהארתו, יופיע הפרש מתחים בכניסות המשווה. בהתאם, תשתנה גם פעולת הממסר, שאליו ניתן לחבר עומסים שונים.

יחידת טעינה

יחידת אספקת חשמל שהושלמה מאלמנטים שניתנים לשירות מתחילה לעבוד מיד. ההגדרות שלו מצטמצמות רק להגדרת זרם הטעינה הנומינלי וספי פעולת ההשוואה. כאשר המכשיר מופעל, הנורית הירוקה נדלקת, המציין אספקת חשמל. במהלך הטעינה, הנורית האדומה צריכה להיות דולקת כל הזמן, שתכבה ברגע שהסוללה תיטען.

המתח המסופק מאספקת החשמל מווסת על ידי R2, וזרם הטעינה נקבע על ידי R4. ההגדרה נעשית באמצעות נגד 150 אוהם המחובר במקביל למגעי מחזיק הסוללה. הסוללה עצמה לא מוכנסת לתוכו. טרנזיסטור VT1 מותקן על הרדיאטור; במקום זאת, אתה יכול להשתמש באנלוגי של KT814B.

מעגל כזה יצטרך להיות מורכב על מעגל מודפס, אך בסופו של דבר גודלו לא יעלה על 50 על 50 מ"מ.

אתה יכול להרכיב מעגל פשוט יותר באמצעות עקרון הפעולה של מייצב זרם. מתח הייחוס מסופק לכניסה של ה-LM358 דרך דיודת זנר. הקלט השני של המיקרו-מעגל מחובר לאחר החיישן הנוכחי. אם סוללה ריקה מחוברת לפלט של המשווה, הזרם במעגל יתחיל לעלות, וחלק מהמתח יירד על הנגד בעל ההתנגדות הנמוכה.

יהיה הפרש מתח בין שתי הכניסות של המיקרו-מעגל. המעגל יתחיל לפצות על ההבדל הזה על ידי הגדלת זרם הפלט. בתהליך הטעינת הסוללה, המתח בכניסה יתחיל לרדת, מה שיוביל לירידה בזרם במעגל. ברגע שהסוללה תיטען, הטרנזיסטור VT1 ייסגר והעומס ייכבה. זרם הטעינה מוגבל על ידי שינוי ההתנגדות R1.

מתנד קריסטל

מחולל כזה של פולסים מלבניים, המורכב על פי התוכנית על המשווה הביתי K544C3, פועל בתדר שעון של 32768 הרץ. המעגל יפעל בטווח מתח כניסה של 7 עד 11 וולט. התדר נקבע על ידי קוורץ ZQ1, אך כדי שהמכשיר יעבוד מעל 50 קילו-הרץ, יהיה צורך להפחית את ההתנגדות של R5 ו-R6.

כאשר המסוף השני נסגר עם חוט ניטרלי, יציאת ההשוואה נדלקת בהתאם למעגל האספן הפתוח, שבו R7 הוא העומס. התאמת התדר מתבצעת עם C1. בשל הנגד R4, הגנרטור מופעל אוטומטית. על ידי שינוי ההתנגדות R2, מחזור העבודה של הפולסים משתנה.

על ידי בחירת מיכלים C1 ו-C2, הגנרטור יכול לשמש כחיישן נוזל ללא מגע. לשם כך, תצטרך להשתמש במיקרו-בקר עם תוכנה כגלאי. למרות שניתן להשתמש במשוואה אחרת, אשר ירשום את השינויים המתוקנים על ידי דיודות מתח.

לפיכך, משווה המתח נועד להשוות את רמות האות בכניסות שלו. אם הם מתחילים להיות שונים, אז, בהתאם להבדל זה, הפלט של המכשיר משנה את מצבו. מפתחים משתמשים בנכס זה בעת תכנון מכשירי חשמל שונים.