Дізнаємося як працює компаратор напруги

Компаратор напруги є досить цікавим пристроєм. Як він працює? Завдяки чому він може виконувати свої функції? Не можна не відзначити їх значну важливість у численних побутових приладах, які є у великій кількості в кожному будинку.

Загальна інформація

Щоб керувати електронними схемами, використовують велику кількість різних пристроїв. Вони дозволяють розгалужувати і налаштовувати сигнали. Щоб порівнювати два різних імпульси, використовують компаратор. Що ж він собою являє? Компаратор напруги — це пристрій, який займається порівнянням двох різних напружень і сили струму, і на підставі отриманих даних він видає кінцевий силовий сигнал. За його допомогою вказується на більше отримане значення і вказується на співвідношення отриманих параметрів. Пристрій має дві аналогові ввідні клеми, що можуть обробляти негативний і позитивний сигнал. Також у них є, подібно АЦП, один двійковий цифровий вихід. На чому базується його функціонування? Для забезпечення роботи завжди створюється компаратор напруги на транзисторах.

Що стосується сучасності

Спочатку широко використовувалися інтегровані компаратори напруги. За характерні особливості їхньої роботи вони називалися високошвидкісними. Для них потрібна наявність диференційної напруги в рамках певного діапазону, який значно нижче, ніж напруга в мережі харчування. Подібні прилади не допускали наявності зовнішніх сигналів, які виходили б за встановлені рамки. Сучасний аналогово-цифровий компаратор напруги має транзисторне введення. Як правило, потенційний сигнал для нього не повинен перевищувати значення в 0,3 В. Часто можна зустріти компаратор напруги на мікроконтролері. Для таких випадків використовується продукція компаній «Мікрочіп» і «Атмел». У разі якщо доводиться мати справу зі стереокомпаратором (їх ще називають компараторами ультрабыстрого типу), то необхідний поріг не перевищує значення 0,2 В. Слід зазначити, що величина використовуваного діапазону обмежена конкретною вхідною напругою.

І це все?

Звичайно ж, ні! Існує ще компаратор напруги на операційному підсилювачі. Він являє собою прилад, у якого різниця між входом і високим опором сигналу надзвичайно тонко збалансована. Завдяки цьому вони використовуються в тих випадках, коли необхідно забезпечити роботу схем з невеликою напругою. Також пристрої, де використовуються операційні підсилювачі, часто ще називаються відеоспектральним компаратором. Теоретично, воно може працювати в конфігурації, де передбачено наявність відкритого контуру (тобто немає негативного зворотного зв’язку). Пристрій у таких випадках використовується як компаратор низької продуктивності.

Які недоліки є у компараторів з операційними підсилювачами

Вони мають такі негативні моменти:

1. Так, основне їх призначення — це робота в лінійному режимі, коли відсутній негативний зворотний зв’язок. Також їх особливістю є досить значний режим відновлення.
2. Практично у всіх операційних підсилювачів є конденсатори внутрішньої компенсації, що обмежують швидкість наростання значення вихідної напруги при генерації високочастотних сигналів. Тому використання подібних схем призводить до незначної затримки імпульсів.
3. І наостанок — компаратор не володіє внутрішньою гістерезисом.

Через перелічені недоліки використання пристрою для управління різними схемами обходиться часто без різних підсилювачів. Єдиним винятком є використання генератора.

Використання

Робота компаратора напруги часто застосовується під час виробничих процесів, де існує обмежена вихідна напруга. Але при цьому необхідно, щоб воно добре взаємодіяло з цифровою логікою. Тому їх часто можна зустріти в різноманітних термічних приладах. Як приклад можна навести реле температури, терморегулятор та інше. Вони можуть використовуватися і з метою порівняння сигналів і опору для таких пристроїв, як стабілізатор, таймер та інше. У побутових пристроях їх містить чи не будь-яка мікросхема. Компаратор напруги можна знайти в мікрохвильовій печі, духовці та багатьох інших сучасних зразках техніки.

Принцип роботи

Давайте пройдемо весь шлях логічних «вигадок» даного пристрою. Отже, спочатку на плюс-вхід надходить аналоговий сигнал. Він називається неінвертованим. Потім переносимося до виходу. Він називається інвертованим і може висилати два різнополярних аналогічних сигнали. Від чого залежить «прийняте» пристроєм рішення? Припустимо, що аналоговий вхід більше виходу. У такому випадку нами буде отримана логічна одиниця. Завдяки цьому, припустимо, буде включений відкритий колектор транзистора або ж зроблено іншу дію з іншим елементом схеми. І вона почне виконувати покладені на неї функції. У разі якщо аналоговий вихід більше, ніж вхід, пристрій працює в режимі логічного нуля і нічого не відбувається. У таких ситуаціях велику роль відіграє опорна напруга компаратора.

І ще трохи про пристрій

Давайте приділимо увагу двопороговим і фазовим компараторам. У разі їх застосування практично завжди робота будується на впливі на входи в рамках логічних ланцюгів. І їх функціонування залежить від рівня мережі харчування. Можна сказати, що це досить своєрідні елементи переходу сигналу від аналогової до цифрової форми. Завдяки цьому можна не уточнювати невизначеність виходів сигналу. Чому? Справа в тому, що компаратор завжди може забезпечити певне захоплення петлі гістерезису.

Застосування

Розгляньмо детальніше, де і як вони використовуються. Так, у багатьох будинках є компаратор напруги для розряду акумулятора на ноутбуці або телефоні, ваги, датчики мережевого напруження. Зустріти їх можна в безлічі різних інтегральних мікросхем, де вони використовуються з метою забезпечення контролю над вхідними імпульсами. Завдяки цьому підтримується зв’язок між джерелом сигналу і пунктом призначення. Часто застосовується компаратор-регулятор (тригер) Шиммера. Цією істотною перевагою є можливість роботи в режимі багатоканальності, коли можна порівнювати значну кількість сигналів. Він забезпечує досить широкий функціонал (порівняно зі стандартними компараторами). Також ці пристрої використовуються для візуального визначення стану поверхні, що обробляється. Для цих цілей використовується компаратор шорсткості.

Програмування

Компаратори використовуються в якості складової частини електричної схеми ШІМ. Але не тільки. Вони можуть бути застосовані і для написання окремих програм або ж їх компонентів. Так, їх часто використовують, щоб створювати java-колекції. Що потрібно для цього? Ось невеликий список з відповідями:

1. Спочатку слід подбати про середовище розробки. Можна порекомендувати звернути увагу на Maven. У ній створюється проект, і для нього вибираються потрібні компоненти.
2. Потім встановлюються додаткові утиліти, і слід починати створювати новий файл. Майте на увазі, що переривати процес неприпустимо. Також під час роботи рекомендується зберігатися на всіх етапах роботи.
3. Коли все готове, потрібно виставити необхідні налаштування.
4. Потім потрібно створити клас, що буде використовуватися для перевірки даних, а також їх розподілу по потрібних комірках пам’яті. Клас використовується також для сортування певної інформації за певними параметрами і при потребі забезпечення їх захисту.

Як вибрати пристрій при покупці

Придбати готовий компаратор представляється можливим у будь-якому радіотехнічному магазині. Ціна ж на нього залежатиме від висуваних вимог. Насамперед необхідно визначитися з призначенням пристрою. Потім увагу повинен отримати такий момент, як кількість каналів. Також слід уважно оглянути пристрій на предмет наявності зовнішніх пошкоджень. Так, воно може постраждати під час транспортування або ж просто було виконано неякісно.

Як перевірити працездатність компаратора напруги

У багатьох радіолюбителів — початківців часто виникає питання, як дізнатися, чи можна використовувати пристрій. Для цього не потрібно мати якусь складну схему або пристрій. Для цього достатньо використовувати вольтметр. При цьому на входи подається регульована напруга і визначається, працює вона чи ні. Не слід забувати і про те, що пристрої часто містять вихідний транзистор. У них колектор і еміттер на кшталт «висять у повітрі». Тому необхідно забезпечити відповідне підключення. У такому випадку на інверсний вхід подається опорна напруга.

Ув’язнення

Ось і був розглянутий компаратор напруги. Цей корисний пристрій дозволить забезпечити роботу для великої кількості різних пристроїв. Компаратор дозволить створити безліч різних схем і значно розширить поле діяльності радіолюбителя. Не слід обмежуватися вже існуючими розробками. При цьому необхідно навчитися забезпечити роботу компаратора з іншими елементами.