Spennusamanburður er lítil hringrás sem athugar tvær spennur og gefur skýrt HÁTT eða LÁGT úttak. Það virkar eins og einfaldur já-eða-nei prófari og breytir breyttum merkjum í stafræna rökfræði. Það er notað í mörgum tækjum, allt frá aflgjafa til skynjara, vegna þess að það er hratt, áreiðanlegt og auðvelt að tengjast stafrænum kerfum.
Yfirlit yfir spennusamanburð
Spennusamanburður er grunnrásarþáttur sem er hannaður til að bera saman tvær inntaksspennur og skila skýru stafrænu úttaki. Þegar inntakið sem ekki er snúið við (VIN+) fer yfir öfuga inntakið (VIN−), skiptir úttakið yfir í HÁTT ástand (rökfræði 1) og þegar VIN+ fer niður fyrir VIN− snýr úttakið í LÁGT ástand (rökfræði 0). Þessi skörpu umskipti gera samanburðartækinu kleift að virka sem ákvarðanatökutæki sem flokkar hliðræn merki í stafræn rökfræðistig. Í meginatriðum virkar það sem eins bita hliðrænn-til-stafrænn breytir (ADC), sem þýðir stöðugar spennubreytingar í endanlegt tvöfalt ástand fyrir örstýringar, örgjörva og stafræn kerfi til að túlka. Þú getur reitt þig á samanburðartæki fyrir þröskuldsgreiningu, núllauðkenningu og bylgjulögun í óteljandi forritum, allt frá rafeindatækni og samskiptarásum til innbyggðra kerfisviðmóta.
Samanburður vs rekstrarmagnari
| Eiginleiki | Samanburður | Op-Amp (notkun með opinni lykkju) |
|---|---|---|
| Tilgangur hönnunar | Hröð skipting, þröskuldsgreining | Línuleg merkjamögnun |
| Inntak common-ham | Oft rail-to-rail eða lengri drægni | Takmörkuð, venjulega takmörkuð við birgðateinar |
| Framleiðsla stig | Rökfræði-vingjarnlegur (opinn safnari / ýta-toga) | Ekki fínstillt fyrir úttak á rökfræðistigi |
| Seinkun á útbreiðslu | Mjög hratt (nanósekúndur til míkrósekúndur) | Hægari, breytilegur verulega |
| Mettunarhegðun | Hannað fyrir hrein umskipti frá teinum til járnbrautar | Ekki mælt með, mettun veldur töfum |
Hvolfandi vs ekki öfugsnúin samanburðaraðgerð
Samanburður getur unnið á tvo grundvallarvegu, allt eftir því hvernig inntakið er tengt. Þetta er nefnt öfugsnúið og ekki öfugsnúið hamur.
• Óhvolfandi stilling - Merkið fer í inntakið sem ekki snýr við (VIN+). Ef þetta merki fer yfir viðmiðunarrúmmáltage (VREF), úttakið skiptir yfir í HIGH. Úttakið fylgir inntakinu beint.
• Snúningsstilling - Merkið fer í öfuga inntakið (VIN−). Ef þetta merki fer niður fyrir viðmiðunarrúmmáltage (VREF), úttakið skiptir yfir í HIGH. Í þessu tilviki virkar úttakið öfugt, eða er snúið við.
| Háttur | Skilyrði fyrir HIGH Output | Rökfræðileg stefna |
|---|---|---|
| Snúa ekki við | VIN+ > VREF | Beinn |
| Snúa við | VIN− < VREF | Öfugsnúið |
Hysteresis í samanburði og Schmitt kveikjan
Þegar samanburður er notaður með hávaðasömum eða hægt breytilegum merkjum getur úttakið skipt hratt fram og til baka nálægt þröskuldinum. Þessi óæskilega hraðskipting er kölluð þvaður. Til að forðast þetta vandamál nota hönnuðir hysteresis, sem kynnir tvo mismunandi skiptipunkta í stað eins.
• Efri kveikjupunktur (UTP): Inntak voltage stig þar sem framleiðslan breytist úr LOW í HIGH.
• Neðri kveikjupunktur (LTP): Inntaksspennustigið þar sem framleiðslan breytist úr HIGH í LOW.
Þetta þýðir að samanburðartækið bregst ekki við örsmáum sveiflum í kringum þröskuldinn. Þess í stað verður merkið að fara yfir efri punktinn til að kveikja á og falla niður fyrir neðri punktinn til að slökkva á.
Framleiðsla spennusamanburðar
Opinn safnari framleiðsla
Notar BJT með safnarann opinn. Þarf ytri uppdráttarviðnám fyrir MIKLA framleiðslu. Algengt í víraðri OG rökfræði og stigaskiptingu.
Opið frárennsli
Svipað og opinn safnari, en notar MOSFET. Krefst einnig uppdráttarviðnáms. Oft notað í CMOS hönnun og sameiginlegum strætólínum.
Ýta-draga úttak
Keyrir virkan bæði HIGH og LOW ástand án viðnáms. Veitir hraða skiptingu og hrein rökmerki fyrir bein samskipti.
TTL-samhæft framleiðsla
Hannað til að passa við TTL rökfræðiþröskulda. Gagnlegt fyrir eldri eða eldri kerfi þar sem TTL tæki eru enn notuð.
CMOS-samhæft framleiðsla
Býður upp á spennusveiflu frá járnbraut til járnbrautar með lítilli orkunotkun. Hentar best fyrir nútíma stafrænar hringrásir sem byggja á CMOS með litlum krafti.
Opinn sendir eða ECL-gerð framleiðsla
Veitir mjög hratt skipti með litlum spennusveiflum. Notað í háhraða gögnum, RF og samskiptaforritum.
Gluggasamanburður
Gluggasamanburður er hringrás sem ákvarðar hvort inntaksspenna fellur innan ákveðinna efri og neðri marka. Það er byggt með tveimur samanburðartækjum: annar ber inntakið saman við neðri þröskuldinn en hinn athugar það við efri þröskuldinn. Sameinað rökúttak gefur til kynna hvort merkið er inni í glugganum eða utan hans.
Þegar inntak voltage helst innan skilgreinds sviðs, gefur úttakið til kynna gilt ástand, sem þýðir að kerfið virkar eðlilega. Ef binditage fer yfir eða undir sett mörk, gefur framleiðslan til kynna bilunarástand, sem kallar á verndar- eða úrbótaaðgerðir.
Gluggasamanburðarforrit
• Heilsuvöktun rafhlöðu til að tryggja að spennan haldist á öruggu svæði.
• Hitastýringarrásir með háum og lágum öryggismörkum.
• Varðhundar aflgjafa sem greina undir- eða yfirspennuaðstæður.
Algengar samanburðar IC fjölskyldur
| Fyrirmynd | Rásir | Framleiðsla Tegund | Framboð svið | Lýsing |
|---|---|---|---|---|
| LM311 | Svíta | Opinn safnari | ±15 V eða 5–30 V | Klassískt, hraðskipt samanburðartæki. Það getur keyrt álag beint og er oft notað í stjórn- og mælikerfum. |
| LM393 | Tvöfalt | Opinn safnari | 2–36 V | Vinsælt bæði í áhugamálum og iðnaðarrásum. Veitir áreiðanlega frammistöðu og er mikið notað til almennrar hönnunar. |
| LM339 | Fjögurra manna herbergi | Opinn safnari | 2–36 V | Hagkvæmt val sem býður upp á fjóra samanburðarskammta í einum pakka. Oft notað í kostnaðarviðkvæmum eða plásssparandi forritum. |
Ábendingar um áreiðanlega samanburðarhönnun
| Ábending | Hvað það þýðir |
|---|---|
| Bættu við hysteresis | Hjálpar til við að halda úttakinu stöðugu þegar inntaksmerkið breytist hægt eða hefur hávaða. |
| Athugaðu inntakssvið | Gakktu úr skugga um inntak voltage helst innan þess sviðs sem samanburðurinn ræður við. |
| Notaðu stöðuga tilvísun | Tilvísunin binditage ætti að vera hrein og stöðug svo framleiðslan sé nákvæm. |
| Veldu rétta uppdráttarviðnámið | Lítið viðnám gerir skiptingu hraðari en notar meira afl. Stærra viðnám sparar orku en hægir á skiptingu. |
| Ekki nota op-amps sem samanburð | Op-amps eru ekki smíðaðir fyrir hraða skipti. Alvöru samanburður virkar betur. |
| Debounce skynjara inntak | Vélrænir skynjarar eins og rofar geta hoppað, svo bættu við hysteresis eða rafrásum til að slétta þá út. |
Samanburðarframleiðsla og álagsviðmót
Inntak örstýringar
Opinn safnari eða opinn frárennslissamanburður þarf venjulega uppdráttarviðnám. Þessar upphífingar stilla úttaksspennuna til að passa við rökfræðistig örstýringarinnar (eins og 3.3 V eða 5 V), sem gerir örugg og áreiðanleg samskipti kleift.
Akstursliða eða mótorar
Samanburðartæki geta ekki veitt nægan straum til að knýja álag beint. Til að meðhöndla liða, mótora eða önnur tæki er samanburðarúttakið notað til að stjórna smára eða MOSFET, sem skiptir stærri straumnum á öruggan hátt.
Stigabreyting á milli kerfa
Opin safnaraúttak gera það auðvelt að tengja rafrásir sem keyra á mismunandi spennu. Til dæmis getur samanburðartæki sem starfar á 5 V örugglega knúið 3.3 V örstýringu með því að velja rétta uppdráttarviðnám.
Mismunandi samanburðarforrit
Núll-kross uppgötvun
Samanburðartæki greina þegar AC merki fer yfir núll volt, gagnlegt í fasastýringu, bylgjulögunareftirliti og samstillingarrásum.
Yfir-voltage og undir-voltage vernd
Þeir fylgjast með framboðsspennu og kveikja á varnarstöðvun ef spennan fer út fyrir örugg mörk.
Uppgötvun glugga
Með tveimur samanburðartækjum athuga þeir hvort merki haldist innan skilgreinds sviðs. Algengt í heilsuvöktun rafhlöðu og öryggiskerfum.
Sveiflurásir
Samanburður með endurgjöf getur myndað ferningsbylgjur, notaðar í tímasetningu, klukkumyndun eða PWM hringrásum.
Analog-til-stafræn umbreyting (ADC)
Notað í flass-ADC, þar sem margir samanburðartæki bera saman inntak við viðmiðunarstig til að framleiða stafræna útgang.
Stjórn á púlsbreiddarmótun (PWM)
Þeir bera saman viðmiðunarbylgjuform við þríhyrningslaga eða sagtennt merki til að búa til PWM merki fyrir mótordrif og aflgjafa.
Merki skynjara
Samanburðartæki umbreyta hávaðasömum hliðrænum merkjum frá skynjurum (LDR, hitastillum, rofum) í hrein stafræn merki fyrir örstýringar.
Niðurstaða
Spennusamanburður eru einfaldar hringrásir sem breyta breytilegri spennu í skýr stafræn merki. Þeir geta unnið í mismunandi stillingum, notað hysteresis fyrir stöðugleika og stutt ýmsar úttaksgerðir til að auðvelda samskipti. Þau eru algeng í eftirlits-, eftirlits- og verndarverkefnum og eru enn ómissandi hluti af rafeindatækni og brúa bilið milli hliðrænna inntaka og stafrænna kerfa.
Algengar spurningar [algengar spurningar]
Getur samanburður unnið með AC merki?
Já, en það mun skipta um við hverja gatnamót. Hysteresis hjálpar til við að draga úr hávaðaskiptum.
Af hverju að bæta hysteresis við samanburð?
Það kemur í veg fyrir hraða skiptingu af völdum hávaða eða hægra inntaksbreytinga.
Hvað ef inntak fara yfir common-mode sviðið?
Samanburðurinn getur gefið ranga úttak eða hætt að virka rétt.
Nota samanburðaraðilar mikið afl?
Nei, flestir nota lítið afl. Háhraða gerðir eyða meira.
Getur samanburðartæki keyrt álag eins og LED eða mótora?
Nei, það þarf smára eða MOSFET til að takast á við stærri strauma.
Hvaða mistök gerast þegar samanburðartæki eru notuð?
Algengar villur eru að vanta uppdráttarviðnám, nota op-magnara sem samanburð eða gleyma hysteresis.