Op-amp samanburðartæki bjóða upp á einfalda leið til að bera saman spennur og umbreyta hliðrænum merkjum í skýr há eða lág úttak. Þær eru mikið notaðar í þröskuldsbundnum rásum, en áreiðanleg virkni byggist á skilningi á hegðun þeirra og mörkum. Þessi grein útskýrir hvernig þau virka, hvernig á að stilla þau og hvenær þau eru hagnýt í notkun.
Samanburðaryfirlit
Samanburðartæki er rás sem ber saman tvær inntaksspennur og breytir úttaksástandi sínu eftir því hvor þeirra er hærri. Það breytir hliðrænu stigi í einfalda þröskuldsákvörðun með því að ákvarða hvort merki sé yfir eða undir skilgreindu viðmiði.
Þessi aðgerð er algeng við þröskuldsgreiningu. Til dæmis má bera saman spennu skynjara við viðmiðunarstig til að virkja aðgerð þegar ákveðið ástand er náð. Í slíkum tilfellum er oft bætt við hysteresis til að koma í veg fyrir óstöðuga skiptingu vegna smávægilegra breytinga.
Hvernig op-amp virkar sem samanburðartæki
Rekstrarmagnari (op-amp) getur virkað sem samanburðartæki þegar hann er notaður án endurgjafar. Í þessum ham magnar hann spennumuninn milli inntaka sinna þar til úttakið nær einu af mörkum sínum.
Ef inntakið (+) sem ekki snýr við er hærra en það sem snýr við (–), fer úttakið hátt. Ef hið gagnstæða gerist lækkar úttakið. Ólíkt línulegri rekstri er op-ampinn keyrður í mettun, sem gefur skýrt hátt eða lágt úttak í stað hlutfallslegs merkis. Úttakið færist í átt að aðtaksbrautunum, þó það nái þeim kannski ekki nema op-ampinn sé frá braut til brautar.
Til að tryggja rétta virkni verða inntaksspennur að vera innan sameiginlegs stillingarsviðs op-amp, jafnvel þegar notað er einn straumgjafi. Þegar grunnaðgerðin er skilin er næsta skref að skilgreina hvernig samanburðartækið tengist og hvar það skiptir.
Samanburðaruppsetning og hönnun þröskulda
Aðgerðamagnarasamanburðartæki má tengja á tvo algenga vegu: ekki snúa við eða snúa við.
Óumhverfur samanburður
• Inntaksmerki → ekki-snúandi (+) tengi
• Tilvísun → öfugum (–) endapunkti
• Úttak fer HÁTT þegar inntak fer yfir viðmiðunarmörkin
Öfugur samanburður
• Inntaksmerki → öfugur (–) tengi
• Vísun → ekki-öfugan (+) terminal
• Úttak fer LÁGT þegar inntak fer yfir viðmiðunarmörkin
Viðmiðunarspennan setur rofapunktinn. Hægt er að búa til það með viðnámsdeilara í einföldum rásum, eða með zener eða nákvæmnisviðmiðun þegar betri stöðugleiki er þörf. Ef viðmiðunin er ekki stöðug getur hávaði eða spennuflæði nálægt þröskuldinum valdið fölskum rofum.
Notkun hysteresis til stöðugrar rofs
Hysteresis gerir samanburðartæki stöðugra með því að búa til tvö rofaþröskuld í stað eins með jákvæðri endurgjöf. Efri þröskuldurinn setur punktinn þar sem úttakið fer HÁTT, og neðri þröskuldurinn setur punktinn þar sem úttakið fer LÁGT. Þessi Schmitt-kveikja hjálpar til við að koma í veg fyrir falska rofa þegar inntakið er hávaðasamt eða breytist hægt.
Í óumhverfum samanburðartæki má bæta við hysteresis með því að tengja viðnám frá úttakinu aftur til óumhverfa inntaksins. Þessi afturvirkni færir áhrifaríkan rofþröskuld eftir núverandi úttaksástandi. Þegar úttakið er HÁTT hækkar þröskuldurinn örlítið. Þegar úttakið er LÁGT, lækkar það örlítið. Munurinn á þessum tveimur þröskuldum kallast hysteresisbreidd.
Endurgjafaviðnámið stjórnar hversu mikið hysteresis bætist við. Stærra viðnám gefur mjórri hysteresis, á meðan minna viðnám gefur víðtækari hysteresis. Gildið ætti að velja vandlega, því of lítil hysteresis dregur ekki úr hávaða, en of mikið getur dregið úr næmni fyrir raunverulegum merkjabreytingum. Hysteresis er sérstaklega gagnleg í skynjararásum og öðrum hægfara inntaksforritum sem þurfa hreina rofa.
Samanburður á Op-amp og sérhæfðum samanburðartæki
| Þáttur | Op-amp notaður sem samanburðartæki | Sérstakur samanburðartæki |
|---|---|---|
| Rofahraði | Hægari vegna takmarkaðs slew-hraða og innri bóta | Hraðari og hönnuð fyrir skiptiaðgerðir |
| Úttakshvarf | Áhrif af útbreiðsluseinkun | Bregst hraðar við breytingum á inntaki |
| Orkunotkun | Getur verið hærra þegar það er keyrt í mettun | Yfirleitt betur til þess fallið að skipta skilvirkni |
| Inntakssvið | Takmörkuð af sameiginlegum inntakstakmörkunum | Yfirleitt hannað fyrir samanburðarinntak |
| Úttaksstig | Kannski nær ekki fullkomnum járnbrautarstigum án brautar-til-járnbrautar getu | Býður upp á hreinni stafrænar úttök |
| Merkjameðhöndlun | Getur orðið hæg eða ónákvæm með hraðbreytilegum merkjum | Betra fyrir hraðar og háar tíðni merki |
| Úttakstegund | Staðlað úttaksstig fyrir aðgerðamagnara | Inniheldur oft opinn frárennsli eða opinn safnara úttak |
| Besta notkunartilvikið | Einföld, lághraða forrit | Hröð, há tíðni eða tímabundin notkun |
Notkunarsvið aðgerðarmagnara
Op-amp samanburðartæki eru notuð í rásum sem þurfa einfaldar spennubundnar ákvarðanir, svo sem:
Greining
• Hitaþröskuldsstýring — skiptir um hita, viftu eða viðvörun þegar spenna skynjara fer yfir ákveðið stig
• Ljósskynjunarrásir — nema þegar umhverfisljós fer yfir eða fellur undir valinn þröskuld
Vernd
• Rafhlöðuspennumæling — sýnir þegar spennan verður of lág eða nær nauðsynlegu hleðslustigi
• Yfirspennu- eða undirspennuvörn — kveikir á lokun, viðvörun eða einangrun þegar spennan fer út fyrir öruggt svið
Hegðun merkisins
• Núllkrossgreining — greinir hvenær AC eða breytileg bylgjuform fer yfir 0 V til tímasetningar eða samstillingar
• Stiggreining í hliðrænum merkjum — breytir breytilegu inntaki í hreint ON/OFF úttak fyrir stýrirökfræði
Í hverju tilviki breytist merki í hreint úttaksástand sem restin af rásinni getur notað.
Niðurstaða
Rekstrarmagnari getur virkað sem samanburður fyrir rásir sem krefjast einfaldrar spennuþröskuldsgreiningar. Áreiðanleg virkni byggist á réttri stillingu, stöðugri viðmiðun og notkun hysteresis til að koma í veg fyrir óstöðuga skiptingu. Hins vegar þarf að taka tillit til takmarkana á hraða, inntakssviði og úttakshegðun. Fyrir hraðari viðbrögð eða krefjandi aðstæður bjóða sérhæfðir samanburðartæki upp á hentugri lausn.
Algengar spurningar [Algengar spurningar]
Hver er munurinn á snúningshraða og útbreiðslutöf í samanburðarvél?
Snúningshraði skilgreinir hversu hratt úttaksspennan breytist, á meðan útbreiðslutöf er tíminn milli inntaksbreytingar og upphafs úttakssvars.
Getur rekstrarmagnari greint mjög litlar spennumunir?
Já, en nákvæmni fer eftir fráviksspennu og hávaða. Smávægilegar breytingar geta krafist síunar eða nákvæmrar aðgerðamagnara.
Af hverju framleiðir op-amparator hægan eða ávalaðan útgang?
Þetta stafar af takmörkuðum slew-hraða og innri bótum, sem koma í veg fyrir hraðar umskipti.
Hvenær ætti ekki að nota rekstrarmagnara sem samanburðartól?
Forðast ætti þetta í háhraða, háum tíðni eða tímabundnum notkunum þar sem þörf er á hraðri rofni.
Hvernig velur þú gildi fyrir hysteresis?
Stilltu hysteresis nógu breitt til að hrekja frá hávaða en nógu lítið til að viðhalda næmni. Þetta er stjórnað af hlutfalli afturvirks viðnáms og úttakssveiflu.
