Krugovi za usporedbu koji koriste IC 741, IC 311, IC 339

Osnovna funkcija usporednog kruga za usporedbu dviju razina napona na ulaznim pinovima i stvaranje izlaza koji pokazuje koji ulazni napon ima veći potencijal od drugog.

U ovom ćemo članku detaljno naučiti kako pravilno dizajnirati krugove za usporedbu pomoću popularnih IC-a poput IC 741, IC 311 i IC LM339

Razlika između usporedbe i opcijskog pojačala

IC 741 idealan je primjer jednog opcijskog pojačala, a IC LM311 može se smatrati dobrim primjerom namjenske pojedinačne usporedbe.

Obje ove jedinice imaju identičan simbol uređaja u obliku 'trokuta', koji obično prepoznajemo i koristimo za crtanje krugova za usporedbu. Međutim, izlazni odziv ova dva oblika usporednika može imati nekoliko glavnih razlika.

Iako se opcijsko pojačalo i komparator mogu konfigurirati za usporedbu diferencijalnih signala na njihovim ulaznim pinovima, glavne razlike između ta dva kolega su:

• U pogonskom stanju, izlaz opcijskog pojačala bit će pozitivan ili negativan, ovisno o razini ulaznog napona pina, ali nikada ne može biti otvoren. Suprotno tome, izlaz usporedbe može biti ili otvoren ili uzemljen (negativan) ili plutajući.
• Izlaz opcijskog pojačala može raditi bez ikakvih otpora za povlačenje ili spuštanje, ali za usporedbu će uvijek biti potreban vanjski otpor za povlačenje ili spuštanje kako bi izlazni stupanj mogao normalno raditi.
• Opcijsko pojačalo može se koristiti za izgradnju krugova pojačala s velikim pojačanjem, a komparator se ne može koristiti za takve primjene.
• Izlazni preklopni odziv opcijskog pojačala obično je sporiji u usporedbi s usporednim IC-om.

Klasični dizajn sklopa za usporedbu može se vidjeti na sljedećoj slici:

Ovdje izlaz reagira s 'visokim' digitalnim signalom, kad god je napon na neinvertirajućem (+) ulazu veći od invertirajućeg (-) ulaza. Suprotno tome, izlaz pretvara niski digitalni signal, kad god je neinvertirajući ulazni napon niži od invertiranog ulaznog napona.

Pozivajući se na gornju gornju sliku, možemo vidjeti standardni spoj kruga za usporedbu koji ima jedan ulaz (invertirajući ulaz u ovom primjeru) konfiguriran s referentnim naponom i drugi ulazni pin koji je neinvertirajući ulaz povezan na napon ulaznog signala .

Tijekom vremena dok se Vin drži na nižem naponu od referentnog napona od +2 V, izlaz ostaje nizak oko -10 V. Ako je Vin povećan malo iznad +2 V, izlaz trenutno mijenja stanje i postaje visok na oko + 10 V. Ova promjena stanja na izlazu od -10 V do +10 V ukazuje na to da je Vin postao viši od referentnog +2 V.

Glavna komponenta unutar bilo koje usporedbe je sklop opcijskog pojačala koji je podešen na vrlo visok napon pojačanja. Da bismo točno proučili rad komparatora, možemo uzeti primjer IC 741, kao što je prikazano dolje:

Ovdje možemo vidjeti da se invertni ulazni pin2 (-) odnosi na masu ili na razinu od 0 V. Sinusoidni signal aplicira se na pin3 koji je neinvertirajući ulaz opcijskog pojačala. Ovaj naizmjenično varirajući sinusni signal uzrokuje prebacivanje izlaza između visokog i niskog stanja izlaza, kao što je naznačeno na desnoj strani slike.

Kad ulaz Vin pomakne čak i milivolt preko referentne vrijednosti 0 V, razlika se pojačava unutarnjim optičkim pojačalom IC s velikim pojačanjem, što dovodi do toga da izlaz ide visoko na izlaznu pozitivnu razinu zasićenja. Ovo se stanje održava sve dok Vin signal ostaje iznad referentne vrijednosti 0 V.

Sada, čim razina signala padne za nijansu ispod referentne vrijednosti 0 V, izlaz se prebacuje na nižu razinu zasićenja. Opet se ovo stanje održava sve dok Vin ulazni signal ostaje ispod referentne razine 0 V.

Gornje objašnjenje i valni oblik predstavljeni na slici jasno ukazuju na digitalni odziv izlaza za linearno promjenjivi ulazni signal.

Za normalne primjene referentna razina ne mora biti na 0 V, već može biti bilo koja pozitivna razina prema zahtjevu. I, u slučaju da je potrebna, referenca se također može povezati bilo s pozitivnim ili negativnim opskrbnim vodovima, dok se ulazni signal primjenjuje na drugi ulazni pin.

Korištenje IC 741 kao usporedbe

U sljedećem ćemo primjeru naučiti kako učinkovito koristite opcijsko pojačalo kao usporednik

Na slici možemo vidjeti opcijski krug pojačala koji radi s pozitivnom referencom postavljenom na njegovom invertirajućem ulaznom zatiču (-). Izlaz je pričvršćen LED-om.

Koristeći formulu mreže djelitelja napona, možemo izračunati vrijednost referentnog napona na (-) ulaznom zatiču IC.

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

Budući da je ova referenca povezana s (-) pinom IC-a, ako napon Vin na (+) ulazu prijeđe veći od ove reference ili postane pozitivniji od referentne, prisilit će izlaz Vo da se prebaci na pozitivnu razinu zasićenja.

To će uzrokovati da LED svijetli, što znači da je Vin postao pozitivniji od referentne razine od +6 V.

Suprotno tome, ako je neinvertirajući ulaz (+) konfiguriran kao referentni pin, a Vin primijenjen na invertirajući ulazni (-) pin, izlaz će pasti nisko čim Vin ulaz padne ispod referentne vrijednosti, i obrnuto.

To će trenutno uzrokovati isključivanje LED diode.

Stoga se LED može učiniti da se uključi ili isključi za zadani ulazni signal, odgovarajućim povezivanjem ulaznog pina s referentnom razinom i ulaznim signalom.

Korištenje specijaliziranih IC jedinica

Uobičajena pojačala normalno funkcioniraju kao krugovi za usporedbu, ali korištenje namjenskog IC-a za usporedbu djeluje čak i bolje od opcijskog pojačala za aplikaciju usporedbe.

IC-e za usporedbu posebno su idealno dizajnirane za funkciju usporedbe i pokazuju poboljšani odgovor, poput bržeg prebacivanja na izlazu između pozitivne i negativne razine.

Ovi IC-ovi posjeduju veću otpornost na buku, a u mnogim se prilikama izlazi mogu izravno koristiti za pogon tereta.

Doznajmo detaljno o nekoliko popularnih usporednih IC-a iz sljedeće rasprave.

Krug za usporedbu pomoću IC 311

Gornja slika prikazuje unutarnji raspored i detalje o pinoutima komparatora IC 311. IC je dizajniran da radi i iz dvostrukog napajanja, u rasponu od +15 V i -15 V, što je standardna kompatibilna razina za sve suvremene digitalne IC.

Izlazni stupanj unutar IC ima bipolarni tranzistor, koji ima plutajuće kolektorske i emiterske terminale. To znači da se izlaz s ovog tranzistora može konfigurirati na dva različita načina:

1. Dodavanjem pull-up otpora kolektorskom iglom 7 i uzemljenjem emiterske iglice 1, te naknadnim korištenjem kolektora kao izlaza.
2. Spajanjem kolektora pozitivnom crtom i korištenjem emitora kao izlaza.

Izlaz tranzistora također se može koristiti za izravno upravljanje relejem ili malim opterećenjem poput svjetiljke bez ikakvog vanjskog stupnja međuspremnika.

IC također ima vagu i strobo ulaz koji se mogu povezati s izlazom.

O nekoliko korisnih aplikacija ovog IC-a raspravit ćemo u sljedećim odjeljcima:

Gornja slika prikazuje kako se IC 311 može konfigurirati poput a detektor prelaska nule komparator za prepoznavanje ulaznog napona, kad god pređe nultu crtu.

Preokretni ulaz (-) 311 može se vidjeti spojen sa zemljom. Tijekom razdoblja ulazni signal je na pozitivnoj razini, izlazni tranzistor ostaje UKLJUČEN, što stvara nisku vrijednost (-10 u ovom primjeru) na izlazu (tranzistorski kolektor).

Čim ulazni signal postane negativan ili ispod 0 V, tranzistor se ISKLJUČI. To stvara pozitivnih + 10V na izlazu kolektora IC. To nam omogućuje da znamo kada je ulazni signal iznad nulte razine i kada je pao ispod nulte razine.

Sljedeća slika u nastavku pokazuje kako se komparator IC 311 može koristiti za izradu strobnog kruga.

U ovom primjeru kruga usporedbe, izlazni pin7 pretvorit će se u visoku razinu razine napona pin3 iznad referentne vrijednosti pin2. No, to se može dogoditi samo dok je ulazni pin pin stropnog napajanja pin6 nizak ili na 0 V.

Kad se na dnu tranzistora primijeni visoki TTL stroboskop, pin6 postaje nizak, što uzrokuje isključivanje IC izlaznog tranzistora, a time omogućava da pin7 ide visoko.

Izlaz je i dalje visok sve dok se TTL ulaz drži visoko, bez obzira na stanje ulaznog signala na pin3.

Međutim, ako se TTL signal primijeni u strobovom obliku, tada izlaz reagira na ulazni signal na pin3. Jednostavno rečeno, izlaz ostaje zaključan na visokoj visini, osim ako se pin6 ne strobira.

Kako spojiti relej s usporednikom

Sljedeća slika u nastavku pokazuje kako se komparator 311 može izravno koristiti upravljati relejem .

Ovdje, kada razina napona na ulaznom pin2 padne ispod 0 V, pin3 postaje pozitivniji od pin2. To dovodi do isključivanja kolektora unutarnjeg tranzistora, koji uključuje relej. The kontakti releja mogao biti povezan s većim opterećenjem za izvršavanje željene radnje prebacivanja.

Sve dok ulaz (+) na pin2 ostaje ispod 0 V, relej ostaje UKLJUČEN. Suprotno tome, kada je pozitivan signal dostupan na pin2, relej će ostati ISKLJUČEN.

Krug za usporedbu pomoću IC 339

IC 339, također popularno nazvan LM339, četverostruka je usporedna IC. Znači, uključuje 4 odvojena komparatora napona čiji su ulazi i izlazi na odgovarajući način završeni putem odgovarajućih vanjskih pinova IC paketa, kao što je prikazano dolje.

Baš kao i bilo koja druga usporednica, svaki blok za usporedbu ima nekoliko ulaza i jedan izlaz. Kada se IC napaja primjenom napona na Vcc i priključnim kablovima za uzemljenje, on napaja sve komparatore zajedno. Dakle, čak i ako se koristi jedna usporednica, sva ostala 3 trošila bi malo energije.

Sva komparatora imaju točno identične karakteristike, stoga možemo analizirati bilo koju od njih kako bismo naučili osnovnu funkciju usporedbe.

Kada se pozitivni diferencijalni ulaz primijeni na ulazne stezaljke, što znači kada je razlika između primijenjenih signala pozitivna, on isključuje izlazni tranzistor. To dovodi do toga da izlaz prikazuje prekinut krug ili plutajući prekid.

Kada je diferencijalni ulaz negativan, što znači da je razlika između primijenjenih signala na ulaznim pinovima negativna, UKLJUČUJE izlazni tranzistor komparatora, što dovodi do toga da se izlazni pin komparatora okreće negativno ili na V-potencijal.

Pozivajući se na gornju sliku, možemo razumjeti da kada se neinvertirajući (+) ulaz IC koristi kao referentni pin, napon niži od ovog referentnog na invertirajućem ulaznom pinu (-) rezultirat će izlazom usporednik postati otvoren. S druge strane, ako se (-) koristi kao referentni pin, razina napona na (+) ulazu viša od referentne uzrokovat će izlaz na negativnom ili na V-

Da bi se saznalo kako IC 339 radi poput usporedbe, sljedeći primjer prikazuje IC kao detektor prelaska nule.

U trenutku kada se ulazni signal podigne iznad 0 V, izlaz se okreće visoko na razinu V +. Izlaz je ISKLJUČEN na V- samo dok se ulaz drži ispod 0 V.

Kao što je prethodno objašnjeno, referentna razina ne mora biti 0 V, ona se može promijeniti na bilo koju drugu željenu razinu. Uz to, drugi ulazni pin (+) možete koristiti i kao referentni pin, a ulazni pin (-) kao ulazni pin za signal za prihvaćanje različitog ulaznog signala.

Prednost plutajućeg izlaza u usporednim IC-ima

Kao što je raspravljeno u prethodnim objašnjenjima, izlaz komparatora prebačen je kroz BJT koji ima izlazni kolektor kao izlaz. To daje prednost povezivanja izlaza dviju komparatora s IC 339 izravno poput antene ILI vrata .

Lijep primjer sklopa za usporedbu prozora možete vidjeti u nastavku. Ovdje su dva bloka za usporedbu IC 339 konfigurirana s jednim zajedničkim ulaznim signalom, a izlazi su spojeni poput OR vrata.

Izlaz odgovarajućih komparatora pada nizak kad god ulazni signal prijeđe ili donji ili gornji postavljeni prag, omogućujući tako korisniku da zna kada je signal izvan postavljene razine prozora.

Usporednik prozora može se koristiti za korisne aplikacije kao što su zaštitnik visokog niskog napona krug i solarni tragač sklop itd.

Zaključak

Iz gornjih objašnjenja saznali smo da:

Komparatori su u osnovi jedinice koje imaju dva komplementarna ulaza i jedan reagirajući izlaz. Izlaz se pretvara u visok ili nizak kada razina napona na jednom od ulaza pređe ili padne od drugog ulaza, ovisno o tome koji se ulaz koristi kao referentni ili na fiksnoj razini napona.

Iako se opcijsko pojačalo može koristiti i kao komparator, specijalizirani IC-ovi za usporedbu bolje su dizajnirani za rad poput komparatora.

Namjenski IC-ovi za usporedbu poput LM311, LM339 posebno su dizajnirani za primjenu komparatora, s bržim odzivom i fleksibilnom izlaznom strujom.

Ako imate bilo kakvih povezanih pitanja, slobodno ih postavite putem okvira za komentare u nastavku.