Circuitos comparadores

Como o comparador de tensão

Em muitas descrições, o comparador é comparado com balanças de alavanca convencionais, como em um bazar: o padrão é colocado em uma tigela - pesos, e o vendedor começa a colocar mercadorias, por exemplo, batatas, na outra. Assim que o peso do produto se iguala ao peso dos pesos, mais precisamente um pouco mais, o copo com pesos aumenta. A pesagem acabou.

O mesmo acontece com o comparador, apenas neste caso o papel dos pesos é desempenhado pela tensão de referência e o sinal de entrada é usado como uma batata. Assim que uma unidade lógica aparecer na saída do comparador, considera-se que a comparação de tensão ocorreu. Este é o "pouco mais" que, nos diretórios, é chamado de "sensibilidade do limite do comparador".

Verificação do comparador de tensão

Presuntos iniciantes - os engenheiros eletrônicos costumam perguntar como verificar uma peça específica. Para verificar o comparador, você não precisa montar nenhum circuito complexo. É suficiente conectar um voltímetro à saída do comparador, aplicar tensões reguladas às entradas e determinar se o comparador está funcionando ou não. E, claro, será muito bom, se você ainda se lembrar de aplicar poder ao comparador!

No entanto, não se deve esquecer que muitos comparadores possuem um transistor de saída, no qual os pinos coletores e emissores simplesmente “ficam suspensos no ar”, descrito no artigo "Comparadores analógicos". Portanto, essas conclusões devem ser conectadas em conformidade. Como fazer isso é mostrado na Figura 1.

Figura 1. Diagrama de conexão do comparador

A tensão de referência obtida de divisor R2, R3 da tensão de alimentação + 5V. Como resultado, 2.5V é obtido na entrada inversa. Suponha que o controle deslizante do resistor variável R1 esteja na posição mais baixa, ou seja, tensão nele é 0V. A mesma tensão está na entrada direta do comparador.

Se agora, girando o motor do resistor variável R1, aumente gradualmente a tensão na entrada direta do comparador, quando atingir 2,5V, a lógica 1 aparecerá na saída do comparador, que abrirá o transistor de saída, o LED HL1 acenderá.

Se agora o motor R1 for girado no sentido de diminuir a tensão, em um determinado momento o LED HL1 se apagará sem dúvida. Isso indica o bom funcionamento do comparador.

O experimento pode ser um pouco complicado: medir a voltagem na entrada direta do comparador com um voltímetro e fixar a voltagem que o LED acenderá e a qual será apagada. A diferença nessas tensões será a histerese do comparador. A propósito, alguns comparadores têm um pino especial (pino) para ajustar o valor da histerese.

Para realizar esse experimento, você precisará de um voltímetro digital capaz de "capturar" milivolts, um resistor de corte de várias voltas e uma quantidade razoável de paciência para o artista. Se a paciência para esse experimento não for suficiente, faça o seguinte, que é muito mais simples: troque as entradas diretas e inversas e gire o resistor variável para observar como o LED se comporta, ou seja, saída do comparador.

A Figura 1 mostra apenas um diagrama de blocos, portanto, os números dos pinos não são indicados. Ao verificar um comparador real, você terá que lidar com sua pinagem (pinagem). A seguir, alguns esquemas práticos serão considerados e uma breve descrição de seu trabalho será fornecida.

Geralmente, em um caso, existem vários comparadores, dois ou quatro, o que permite criar dispositivos diferentes sem instalar chips extras na placa. Os comparadores podem ser independentes um do outro, mas em alguns casos têm conexões internas. Como um chip, considere o comparador duplo MAX933.

Comparador MAX933

Dois comparadores “vivem” em um compartimento do microcircuito. Além dos próprios comparadores, há uma fonte de referência de voltagem de 1.182V embutida dentro do microcircuito. Na figura, é mostrado na forma de um diodo zener, que já está conectado dentro do microcircuito: no comparador superior da entrada inversa e na parte inferior da linha reta. Isso facilita a criação de um comparador de vários níveis, de acordo com os princípios de "Pequeno", "Norma", "Muitos" (detectores de subtensão / sobretensão). Esses comparadores são chamados de janela porque a posição "norma" está na "janela" entre "poucos" e "muitos".

Programa comparador de estudos Multisim

A Figura 2 mostra a medição da tensão de referência produzida usando o software de simulação Multisim. A medição é realizada com um multímetro XMM2, que mostra 1.182V, que corresponde totalmente ao valor especificado na folha de dados do comparador. Pino 5 HYST, - ajuste de histerese, neste caso, não é usado.

Figura 2

Usando o comutador S1, é possível definir o nível de tensão de entrada e, de uma só vez, nos dois comparadores: um comutador fechado fornece um nível baixo às entradas (menor que a tensão de referência), como mostra a Figura 3, um estado aberto corresponde a um nível alto, - Figura 4. Estado das saídas dos comparadores mostrado pelos multímetros XMM1, XMM2.

Os comentários nas figuras são completamente redundantes - para entender a lógica dos comparadores, basta considerar cuidadosamente as leituras dos multímetros e a posição do comutador S1. Deve-se acrescentar apenas que esse esquema pode ser recomendado para verificar um comparador "de ferro" real.

Figura 3

Figura 4

Circuito de teste de tensão

O circuito desse comparador mostrado na Folha de dados é mostrado na Figura 5.

Para sinais de saída de subtensão (OUTA) e sobretensão (OUTB), o nível do sinal ativo é baixo, conforme indicado sublinhando os sinais de cima. Às vezes, para esses fins, o sinal “-” ou “/” na frente do nome do sinal é usado. Esses sinais podem ser chamados de alarmes.

O sinal POWER GOOD é emitido elemento lógico ANDquando os dois alarmes tiverem um nível de unidade lógica. O sinal POWER GOOD ativo está alto.

Se pelo menos um dos alarmes estiver baixo, o sinal POWER GOOD desaparecerá - também ficará baixo. Mais uma vez, é possível verificar se o circuito lógico AND para níveis baixos é um OR lógico.

Figura 5. Circuito comparador

A tensão de entrada controlada é fornecida através do divisor R1 ... R3, cujo valor dos resistores é calculado levando em consideração a faixa de tensões controladas. O procedimento de cálculo é fornecido, mesmo com um exemplo, na Folha de Dados.

Para reduzir a vibração durante a comutação, o valor da histerese é definido usando o divisor R4, R5. Esses resistores são calculados usando as fórmulas também fornecidas na folha de dados. Para os valores indicados no diagrama, o valor da histerese é 50mV.

Esquema de gerenciamento de backup

Esquemas semelhantes são usados, por exemplo, em sistemas de alarme. O algoritmo de operação desses esquemas é bastante simples. Se a tensão da rede falhar, o sistema de segurança muda para a operação com bateria e, quando a rede é restaurada, funciona novamente a partir da fonte de alimentação, enquanto a bateria está sendo carregada. Para implementar esse algoritmo, pelo menos dois fatores devem ser avaliados: a presença de tensão da rede elétrica e o estado da bateria.

O circuito de controle funcional é mostrado na Figura 6.

Figura 6. O esquema de gerenciamento de energia de backup em um único chip

A tensão retificada + 9VDC é fornecida através do diodo ao regulador de tensão, a partir do qual o dispositivo de segurança é alimentado. Nesse caso, o divisor R1, R2 é um sensor de tensão de rede, que é monitorado pelo comparador mais baixo com a saída OUTA. Quando houver tensão de rede e dentro da razão, na saída do comparador mais baixo, uma unidade lógica que abre o transistor de efeito de campo Q1, através do qual a bateria é carregada. O mesmo sinal controla o indicador de operação da rede.

No caso de a tensão da rede desaparecer ou diminuir, um zero lógico aparece na saída do comparador, o transistor de efeito de campo fecha, a bateria pára de carregar, o indicador de operação da rede apaga ou fica com uma cor diferente. A aparência de um sinal sonoro também é possível.

Uma bateria carregada através de um diodo de comutação é conectada ao estabilizador e o dispositivo continua a trabalhar offline. Mas, para proteger a bateria de uma descarga total, outro comparador monitora sua condição, a principal de acordo com o esquema.

Enquanto a bateria ainda não estiver descarregada, a tensão na entrada inversa do comparador B é maior que a referência, portanto, o nível de saída do comparador é baixo, o que corresponde à carga normal das baterias. À medida que a descarga ocorre, a tensão no divisor R3, R4 cai e, quando se torna menor que a referência, um nível alto será estabelecido na saída do comparador, o que indica uma bateria fraca. Na maioria das vezes, essa condição é indicada pelo rangido irritante do dispositivo.

Circuito de atraso de tempo

Mostrado na Figura 7.

Figura 7. Esquema de atraso no comparador

O esquema funciona da seguinte maneira. Pressionando o botão MOMENTARY SWITCH, o capacitor C é carregado na tensão da fonte de energia. Isso leva ao fato de que a tensão na entrada IN + se torna maior que a tensão de referência na entrada IN-. Portanto, a saída OUT está ajustada para um nível alto.

Após soltar o botão, o capacitor começa a descarregar através do resistor R e, quando a tensão nele e, portanto, na entrada IN + cai abaixo da tensão de referência na entrada IN-, o nível de saída do comparador OUT será baixo. Quando você pressiona o botão novamente, tudo se repete novamente.

A tensão de referência na entrada IN- é ajustada usando um divisor de três resistores e com os valores indicados no diagrama é 100mV. O mesmo divisor define a histerese do comparador (HYST) dentro de 50mV. Assim, o capacitor C é descarregado para uma voltagem de 100 - 50 = 50 mV.

O consumo de corrente do dispositivo em si é pequeno, não mais que 35 microamp, enquanto a corrente de saída pode atingir 40 mA.

O atraso de tempo é calculado pela fórmula R * C * 4,6 seg. Um exemplo é o cálculo com os seguintes dados: 2M & # 937; * 10 µF * 4,6 = 92 seg. Se a resistência é indicada em megaohms, a capacitância está em microfarads, o resultado é obtido em segundos. Mas este é apenas um resultado calculado. O tempo real dependerá da tensão da fonte de energia e da qualidade do capacitor, da corrente de fuga.

Alguns circuitos comparadores simples

A base dos circuitos, que serão considerados posteriormente, é um relé de gradiente, um circuito que reage não à presença de qualquer sinal, mas à taxa de sua alteração. Um desses sensores é revezamento de fotocujo diagrama é mostrado na Figura 8.

Figura 8. Esquema do retransmissor de foto no comparador

O sinal de entrada é obtido do divisor formado pelo resistor R1 e pelo fotodiodo VD3. O ponto comum desse divisor através dos diodos VD1 e VD2 é conectado à entrada direta e inversora do comparador DA1. Assim, verifica-se que as entradas diretas e inversas têm a mesma tensão, ou seja, não há diferença entre as tensões nas entradas. Com esse estado nas entradas, a sensibilidade do comparador é próxima do máximo.

Para alterar o estado do comparador, será necessária a diferença de tensão nas entradas em unidades de milivolts. É sobre como empurrar o dedo mindinho no abismo pendurado na beira de uma pedra. Enquanto isso, um zero lógico está presente na saída do comparador.

Se a iluminação mudar repentinamente, a tensão no fotodiodo também muda, suponha que aumente. Parece que, junto com isso, a tensão nas duas entradas do comparador mudará e imediatamente. Portanto, a diferença de tensão desejada nas entradas não funcionará e, portanto, o estado da saída do comparador não será alterado.

Tudo isso seria assim, se você não prestar atenção no capacitor C1 e no resistor R3. Graças a este circuito RC, a tensão na entrada invertida do comparador aumentará com algum atraso em relação à entrada direta. Para o tempo de atraso, a tensão na entrada direta será maior que a inversa. Como resultado, uma unidade lógica aparecerá na saída do comparador. Esta unidade não será mantida por muito tempo, apenas pelo tempo de atraso devido à corrente RC.

Um relé de foto semelhante é usado nos casos em que a iluminação muda com rapidez suficiente. Por exemplo, em dispositivos de segurança ou sensores de produtos acabados em transportadores, o dispositivo responderá à interrupção do fluxo de luz. Outra opção é como um complemento ao sistema de vigilância por vídeo. Se você direcionar o fotosensor para a tela do monitor, ele detectará uma alteração no brilho e ativará, por exemplo, um sinal de áudio, atraindo a atenção do operador.

É muito simples transformar o relé de foto considerado em um sensor de mudança de temperatura, por exemplo, em alarme de incêndio. Para fazer isso, basta substituir o fotodiodo por um termistor. Nesse caso, o valor do resistor R1 deve ser igual ao valor do termistor (normalmente indicado para uma temperatura de 25 ° C). Um diagrama desse sensor é mostrado na Figura 9.

Figura 9. Diagrama de um sensor de medição de temperatura em um comparador

O princípio e o significado do trabalho são exatamente os mesmos do fotossensor descrito acima. Mas esse design também mostra o dispositivo de saída mais simples - este é o tiristor VS1 e o relé K1. Quando o comparador é ativado, o tiristor VS1 é aberto, o que liga o relé K1.

Como o tiristor neste caso funciona em um circuito de corrente contínua, mesmo quando o pulso de controle do comparador termina, o tiristor permanece aberto e o relé K1 ativado. Para desligar o relé, você terá que pressionar o botão SB1 ou simplesmente desligar o circuito inteiro.

Em vez de um termistor, você pode usar um magnetoristor, por exemplo SM-1, reagindo a um campo magnético. Então você obtém um relé de gradiente magneticamente sensível. Os magnetoresistores do século XX foram utilizados nos teclados de alguns computadores.

Se você usar outros sensores, com base no relé de gradiente, poderá criar dispositivos completamente diferentes que respondem a mudanças no campo elétrico, a vibrações sonoras. Usando sensores piezoelétricos, é fácil criar sensores de choque e vibrações sísmicas.

É bastante simples, com a ajuda de comparadores, converter o sinal "analógico" em um sinal "digital". Um esquema semelhante é mostrado na Figura 10.

Figura 10. Esquema para converter um sinal "analógico" em um sinal "digital" usando um comparador

A Figura 11 mostra o mesmo circuito, apenas a polaridade dos pulsos de saída é inversa ao anterior. Isso é alcançado simplesmente pela inclusão de outras entradas.

Figura 11.

Ambos os circuitos convertem a amplitude do sinal de entrada na largura do pulso de saída. Essa conversão é frequentemente usada em vários circuitos eletrônicos. Primeiro de tudo, em dispositivos de medição, comutação de fontes de alimentação, amplificadores digitais.

A faixa de frequência dos dispositivos está na faixa de 5 a 200 KHz, a amplitude do sinal de entrada na faixa de 2 a 2,5 V. Ao usar um diodo de germânio, a conversão da amplitude para a largura do pulso começa no nível de 80 ... 90mV, enquanto para um diodo de silício esse valor é de 250 ... 270mV.

A banda de frequência operacional do dispositivo é determinada pelas classificações dos capacitores C1, C2. Um dispositivo montado a partir de peças que podem ser reparadas não requer ajuste e configuração de um limite de resposta.