Saat merancang sirkuit elektronik, seringkali perlu membandingkan level dua tegangan. Untuk ini, perangkat seperti pembanding digunakan. Nama node kembali ke bahasa Latin comparare, atau, lebih tepatnya, ke bahasa Inggris untuk membandingkan - untuk membandingkan.
Isi
Apa itu komparator tegangan
Dalam kasus umum, komparator adalah perangkat yang memiliki dua input untuk memasok nilai yang dibandingkan (tegangan) dan output untuk hasil perbandingan. Komparator memiliki dua input untuk memasok parameter yang dibandingkan - langsung dan terbalik. Output diatur ke unit logis ketika tegangan input langsung melebihi yang terbalik, dan nol - jika sebaliknya. Jika, dengan perbedaan positif antara input terbalik dan langsung, satu diatur, dan dalam situasi yang berlawanan - nol, maka komparator seperti itu disebut pembalik.
Prinsip operasi komparator
Lebih mudah untuk membangun komparator di penguat operasional (UU).Untuk ini, propertinya langsung digunakan:
- amplifikasi perbedaan sinyal antara masukan langsung dan masukan pembalik;
- faktor amplifikasi tak terbatas (dalam praktiknya - dari 10.000 ke atas).
Pengoperasian op-amp sebagai komparator dapat dipertimbangkan dengan skema switching berikut:
Misalkan ada sebuah op-amp dengan gain 10000, tegangan suplai adalah bipolar, + 5 V dan minus 5 V. pembagi pada input pembalik, level referensi diatur ke tepat 0 volt, pada input langsung, minus 5 volt dikeluarkan dari penggeser potensiometer. Penguat operasional harus memperkuat perbedaan sebesar 10.000 kali, secara teoritis, tegangan minus 50.000 volt akan muncul pada output. Tetapi opamp tidak memiliki tempat untuk mengambil tegangan seperti itu, dan itu menciptakan tegangan maksimum yang mungkin - tegangan suplai, minus 5 volt.
Jika Anda mulai menaikkan tegangan pada input langsung, op amp akan mencoba mengatur perbedaan tegangan antara input, dikalikan dengan 10.000. Ini akan berhasil ketika tegangan input mendekati nol dan menjadi sekitar minus 0,0005 V. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam tegangan input pada input positif, output akan naik ke nol dan lebih tinggi, dan pada tegangan +0,0005 volt akan menjadi +5 V dan tidak akan naik lebih jauh - tidak ada tempat. Dengan demikian, ketika tegangan input melewati level nol (lebih tepatnya, minus 0,0005 volt - + 0,0005), tegangan output akan melonjak dari minus 5 volt menjadi +5 volt. Dengan kata lain, selama tegangan pada input langsung lebih rendah dari pada input pembalik, output komparator diatur ke nol. Jika lebih tinggi - satu.
Yang menarik adalah bagian perbedaan level pada input dari minus 0,0005 volt hingga + 0,0005.Secara teori, ketika melewati, akan ada kenaikan mulus dari tegangan suplai negatif ke positif. Dalam praktiknya, kisaran ini sangat sempit, dan karena gangguan, gangguan, ketidakstabilan tegangan suplai, dll. dengan perkiraan persamaan tegangan pada input, operasi komparator yang kacau di kedua arah akan terjadi. Semakin rendah penguatan op-amp, semakin lebar jendela ketidakstabilan ini. Jika komparator mengontrol aktuator, maka ini akan menyebabkannya bekerja tepat waktu (mengklik relai, membanting katup, dll.), Yang dapat menyebabkan kegagalan mekanis atau panas berlebih.
Untuk menghindari hal ini, umpan balik positif yang dangkal dibuat dengan menyalakan resistor yang ditunjukkan oleh garis putus-putus. Ini menciptakan sedikit histeresis, menggeser ambang switching saat tegangan naik dan turun relatif terhadap referensi. Misalnya, komparator akan beralih ke atas pada 0,1 volt, dan turun tepat pada nol (tergantung pada kedalaman umpan balik). Ini akan menghilangkan jendela ketidakstabilan. Nilai resistor ini bisa dari beberapa ratus kilo-ohm hingga beberapa mega-ohm. Semakin rendah resistansi, semakin besar perbedaan antara ambang batas.
Ada juga IC komparator khusus. Misalnya LM393. Dalam sirkuit mikro seperti itu, ada penguat operasional berkecepatan tinggi (atau beberapa), pembagi bawaan dapat dipasang yang menciptakan tegangan referensi. Perbedaan lain antara komparator tersebut dan perangkat yang dibangun di atas op amp tujuan umum adalah bahwa banyak dari mereka memerlukan catu daya unipolar. Kebanyakan opamp membutuhkan tegangan bipolar. Pilihan jenis sirkuit mikro dibuat selama pengembangan perangkat.
Fitur komparator digital
Pembanding juga digunakan dalam teknologi digital, meskipun sekilas terdengar paradoks. Lagi pula, hanya ada dua level tegangan - satu dan nol. Dan tidak ada gunanya membandingkan mereka. Tetapi Anda dapat membandingkan dua bilangan biner, yang dapat dikonversi ke nilai analog apa pun (termasuk tegangan).
Biarkan ada dua kata biner dengan panjang yang sama dalam bit:
X=X3X2X1X0 dan Y=Y3kamu2kamu1kamu.
Mereka dianggap sama nilainya jika semua bit sama:
1101=1101 => X=Y.
Jika setidaknya satu bit berbeda, maka angkanya tidak sama. Angka yang lebih besar ditentukan oleh perbandingan bitwise, dimulai dengan bit yang paling signifikan:
- 1101>101 - di sini bit pertama X lebih besar dari bit pertama Y, dan X>Y;
- 1101>101 - bit pertama sama, tetapi bit kedua X lebih besar dan X>Y;
- 111<1110 - Y memiliki bit ketiga yang lebih besar, dan nilai yang lebih besar dari digit paling signifikan dari X tidak menjadi masalah, X<Y.
Implementasi perbandingan semacam itu dapat dibangun di atas sirkuit logika elemen dasar AND-NOT, OR-NOT, tetapi lebih mudah untuk menggunakan produk jadi. Misalnya, 4063 (CMOS), 7485 (TTL), K564IP2 domestik dan rangkaian sirkuit mikro lainnya. Mereka adalah pembanding 2-8 bit dengan jumlah input data dan kontrol yang sesuai. Dalam kebanyakan kasus, komparator digital memiliki 3 output:
- lagi;
- lebih sedikit;
- sama.
Tidak seperti perangkat analog, dengan komparator biner, kesetaraan pada input bukanlah situasi yang tidak diinginkan dan tidak dicoba untuk dihindari.
Perangkat semacam itu juga mudah dibuat secara terprogram menggunakan fungsi aljabar Boolean.Pilihan lain - banyak mikrokontroler memiliki pembanding analog "on board" dengan output eksternal terpisah, yang menghasilkan hasil siap pakai dari membandingkan dua nilai dalam bentuk 0 atau 1 ke sirkuit internal.Ini menghemat sumber daya sistem komputasi kecil .
Di mana komparator tegangan digunakan?
Ruang lingkup komparator luas. Di atasnya, misalnya, Anda dapat membuat relai ambang. Untuk melakukan ini, Anda memerlukan sensor yang mengubah nilai apa pun menjadi tegangan. Nilai ini dapat berupa:
- tingkat penerangan;
- tingkat kebisingan;
- tingkat cairan dalam bejana atau reservoir;
- nilai lainnya.
Potensiometer dapat digunakan untuk mengatur tingkat pemicu komparator. Sinyal keluaran melalui kunci diberikan ke indikator atau aktuator.
Jika Anda meningkatkan histeresis, maka komparator dapat berfungsi sebagai pemicu Schmitt. Ketika tegangan yang berubah perlahan diterapkan ke input, output akan menjadi sinyal diskrit dengan bagian depan yang curam.
Kedua elemen dapat dihubungkan untuk membentuk pembanding dua ambang, atau pembanding jendela.
Di sini, tegangan ambang diatur secara terpisah untuk setiap komparator - untuk yang atas pada input langsung, untuk yang lebih rendah pada yang terbalik. Input gratis digabungkan, mereka disuplai dengan tegangan terukur. Output terhubung sesuai dengan skema "pemasangan ATAU". Ketika tegangan melampaui batas atas atau bawah yang ditetapkan, salah satu komparator menghasilkan tingkat tinggi pada output.
Komparator bertingkat dirakit dari beberapa elemen, yang dapat digunakan sebagai indikator tegangan linier, atau nilai yang diubah menjadi tegangan. Untuk empat level, skemanya adalah sebagai berikut:
Di sirkuit ini, tegangan referensi diterapkan ke input setiap elemen. Input pembalik dihubungkan bersama, mereka menerima sinyal yang diukur. Ketika level pemicu tercapai, LED yang sesuai akan menyala. Jika elemen yang memancar diatur dalam satu garis, strip cahaya akan diperoleh, yang panjangnya bervariasi sesuai dengan tingkat tegangan yang diberikan.
Sirkuit yang sama dapat digunakan sebagai konverter analog-ke-digital (ADC). Ini mengubah tegangan input menjadi kode biner yang sesuai. Semakin banyak elemen yang dimasukkan dalam ADC, semakin besar kedalaman bit, semakin akurat konversinya. Dalam praktiknya, kode baris tidak nyaman digunakan, dan diubah menjadi kode yang sudah dikenal menggunakan encoder. Encoder dapat dibangun di atas elemen logis, menggunakan sirkuit mikro yang sudah jadi, atau menggunakan ROM dengan firmware yang sesuai.
Ruang lingkup komparator di sirkuit profesional dan amatir beragam. Penggunaan yang tepat dari elemen-elemen ini memungkinkan pemecahan berbagai masalah.
Artikel serupa:
