Sammenligningskretser ved bruk av IC 741, IC 311, IC 339

Den grunnleggende funksjonen til en komparatorkrets for å sammenligne to spenningsnivåer ved inngangspinnene og produsere en utgang for å vise hvilken inngangsspenning som har høyere potensial enn den andre.

I denne artikkelen vil vi utdypende lære hvordan vi korrekt kan designe komparatorkretser ved hjelp av populære IC-er som IC 741, IC 311 og IC LM339

Forskjellen mellom en komparator og Op Amp

IC 741 er et ideelt eksempel på en enkelt op amp, og IC LM311 kan betraktes som et godt eksempel på en dedikert enkelt komparator.

Du finner begge disse enhetene med et identisk 'trekant' -formet enhetssymbol internt, som vi vanligvis gjenkjenner og bruker for å tegne komparatorkretser. Imidlertid kan utgangssvaret til disse to formene for komparatorer ha noen få store forskjeller.

Selv om en op-amp og en komparator begge kan konfigureres til å sammenligne differensialsignaler ved inngangspinnene, er hovedforskjellene mellom de to kolleger:

• I drevet tilstand vil utgangen til en op-amp være enten positiv eller negativ, avhengig av inngangsstiftets spenningsnivåer, men kan aldri være åpen. I kontrast kan en komparatorutgang være enten åpen eller jordet (negativ) eller flytende.
• En op amp-utgang kan fungere uten mottrekks- eller nedtrekksmotstander, men en komparator vil alltid kreve en ekstern opptrekks- eller nedtrekksmotstand for å aktivere utgangstrinnet.
• En op-amp kan brukes til å bygge forsterkerkretser med høy forsterkning, en komparator kan ikke brukes til slike applikasjoner.
• Utgangsbryterresponsen til en op amp er vanligvis tregere sammenlignet med en komparator IC.

En klassisk komparatorkretsdesign kan sees i følgende figur:

Her reagerer utgangen med et 'høyt' digitalt signal når spenningen ved den ikke-inverterende (+) inngangen er høyere enn den inverterende (-) inngangen. Motsatt blir utgangen til et lavt digitalt signal når den ikke-inverterende inngangsspenningen er lavere enn den inverterende inngangsspenningen.

Med henvisning til figuren ovenfor, kan vi se en standardforbindelse av en komparatorkrets som har en inngang (den inverterende inngangen i dette eksemplet) konfigurert med en referansespenning, og den andre inngangspinnen som er den ikke-inverterende inngangen koblet til en inngangssignalspenning. .

I løpet av den tiden Vin holdes ved lavere spenning enn referansespenningen på +2 V, forblir utgangen lav på rundt -10 V. Hvis Vin økes like over +2 V, endrer utgangen øyeblikkelig tilstand og blir høy til rundt + 10 V. Denne tilstandsendringen ved utgangen fra -10 V til +10 V indikerer at Vin har blitt høyere enn referansen +2 V.

Hovedkomponenten i en hvilken som helst komparator er en op amp-krets, som setter en veldig høy spenningsforsterkning. For å studere hvordan en komparator fungerer nøyaktig, kan vi ta eksemplet med IC 741, som vist nedenfor:

Her kan vi se at den inverterende inngangen pin2 (-) er referert til jord, eller et 0 V-nivå. Et sinusformet signal påføres pin3 som er den ikke-inverterende inngangen til op-forsterkeren. Dette vekselvis varierende sinusformede signalet får utgangen til å veksle mellom høye og lave utgangstilstander, som vist på høyre side av bildet.

Når inngangen Vin beveger seg til og med en millivolt over 0 V-referansen, forsterkes differansen av den interne høyforsterkningsforsterkeren til IC, noe som får utgangen til å gå høyt på utgangens positive metningsnivå. Denne tilstanden opprettholdes så lenge Vin-signalet holder seg over 0 V-referansen.

Så snart signalnivået faller en skygge under 0 V-referansen, blir utgangen drevet til sitt lavere metningsnivå. Igjen opprettholdes denne tilstanden så lenge Vin-inngangssignalet holder seg under 0 V-referansenivået.

Ovennevnte forklaring og bølgeformen som er presentert i bildet indikerer klart den digitale responsen til utgangen for et lineært varierende inngangssignal.

For normale bruksområder trenger ikke referansenivået være 0 V, men kan være noe positivt nivå i henhold til kravet. Og i tilfelle nødvendig kan referansen også kobles til de positive eller negative tilførselslinjene, mens inngangssignalet påføres den andre inngangspinnen.

Bruker IC 741 som en komparator

I det følgende eksemplet vil vi lære hvordan du effektivt bruk en op amp som en komparator

På figuren kan vi se en op amp-krets som arbeider med et positivt referansesett ved sin inverterende inngangspinne (-). Utgangen er festet med en LED.

Ved hjelp av nettverksformelen for spenningsdeler kan vi beregne referansespenningsverdien på (-) inngangspinnen til IC.

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

Siden denne referansen er assosiert med (-) pinnen til IC, vil spenningen Vin ved (+) inngangen gå høyere enn denne referansen eller blir mer positiv enn referansen, tvinge utgangen Vo til å bytte til sitt positive metningsnivå.

Dette vil føre til at LED-lampen lyser, noe som indikerer at Vin har blitt mer positiv enn referansenivået på +6 V.

Motsatt hvis den ikke-inverterende inngangen (+) er konfigurert som referansepinnen og Vin blir brukt på den inverterende inngangen (-), vil utgangen gå lavt så snart Vin-inngangen går under referanseverdien, og omvendt.

Dette vil umiddelbart føre til at LED-lampen slås av.

Derfor kan LED-en gjøres for å slå PÅ eller AV for et gitt inngangssignal ved å koble inngangspinnen på riktig måte med referansenivået og inngangssignalet.

Bruke spesialiserte IC-enheter for komparatorer

Normalt fungerer forsterkere bra som komparatorkretser, men å bruke en dedikert komparator IC fungerer enda bedre enn en op amp for en komparatorapplikasjon.

Comparator ICs er spesielt ideelt designet for komparatorfunksjon og viser en forbedret respons, for eksempel raskere bytte ved utgangen mellom positive og negative nivåer.

Disse IC-ene har høyere immunitet mot støy, og ved mange anledninger kan utgangene brukes direkte til å kjøre en last.

La oss lære om et par populære sammenlignings-ICer i detalj fra følgende diskusjon.

Comparator Circuit ved hjelp av IC 311

Figuren over viser det interne oppsettet og pinoutdetaljene til komparatoren IC 311. IC er designet for å operere fra en dobbel strømforsyning også, i området +15 V og -15 V, som er et standardkompatibelt nivå for alle moderne digitale IC-er.

Utgangstrinnet inne i IC har en bipolar transistor, med flytende samler- og emitterterminaler. Dette betyr at utgangen fra denne transistoren kan konfigureres kan konfigureres på to forskjellige måter:

1. Ved å legge til en opptrekksmotstand med kollektor pin7 og jording av emitter pin1, og deretter bruke kollektoren som utgang.
2. Ved å bli med samleren med den positive linjen og bruke emitteren som utgang.

Transistorutgangen kan også brukes til å kjøre et relé eller en liten belastning, for eksempel en lampe direkte uten eksternt buffertrinn.

IC har også en balanse og en strobeinngang som kan gates med utgangen.

Vi vil diskutere noen nyttige anvendelser av denne ICen i de følgende avsnittene:

Figuren over viser hvordan IC 311 kan konfigureres som en null kryssdetektor komparator for å føle inngangsspenningen når den krysser nulllinjen.

Den inverterende inngangen (-) til 311 kan sees sammen med bakken. I løpet av perioden inngangssignalet er på det positive nivået, forblir utgangstransistoren slått PÅ, noe som skaper en lav (-10 i dette eksemplet) ved utgangen (transistorsamler).

Så snart inngangssignalet blir negativt eller under 0 V, blir transistoren slått AV. Dette skaper et positivt + 10V ved kollektorutgangen til IC. Dette lar oss vite når inngangssignalet er over nullnivået og når det har falt under nullnivået.

Den neste figuren nedenfor viser hvordan IC 311 komparator kan brukes til å lage en strobed krets.

I dette komparatorkretseksemplet vil utgangs pin7 bli høy når pin3-spenningsnivået stiger over pin2-referansen. Men dette kan bare skje mens pin6 strobe-inngangspinnen er lav eller ved 0 V.

Når en høy TTL-strobe påføres ved bunnen av transistoren, blir pin6 lav, noe som får IC-utgangstransistoren til å slå seg av, og derved muliggjør pin7 å gå høyt.

Utgangen fortsetter å være høy så lenge TTL-inngangen holdes høyt, uavhengig av inngangssignaltilstanden ved pin3.

Imidlertid, hvis TTL-signalet påføres i strobed-form, så reagerer utgangen på inngangssignalet ved pin3. Enkelt sagt forblir utgangen låst på høy, med mindre pin6 blir strøket.

Hvordan koble et stafett med en komparator

Neste figur nedenfor viser hvordan komparator 311 kan brukes direkte til betjen et relé .

Her, når spenningsnivået på inngang pin2 synker under 0 V, blir pin3 mer positiv enn pin2. Dette får samleren til den interne transistoren til å slå seg AV, som slår PÅ reléet. De reléets kontakter kan kobles til med en tyngre belastning for å utføre en ønsket byttehandling.

Så lenge (+) inngangen på pin2 holder seg under 0 V, forblir reléet slått PÅ. Omvendt, når et positivt signal er tilgjengelig på pin2, vil reléet forbli AV.

Comparator Circuit ved hjelp av IC 339

IC 339, også populært skrevet som LM339, er en firekomparator IC. Det betyr at den inkluderer 4 separate spenningskomparatorer hvis innganger og utganger blir riktig avsluttet via de respektive eksterne pinnene til IC-pakken, som vist nedenfor.

Akkurat som alle andre komparatorer, har hver komparatorblokk et par innganger og en utgang. Når IC-en drives av spenning over Vcc og jordforsyningsstifter, driver den alle komparatorene sammen. Så selv om det brukes en enkelt komparator, vil alle de andre tre forbruke litt strøm.

Alle komparatorene har nøyaktig identiske egenskaper, derfor kan vi analysere en av disse for å lære den grunnleggende komparatorfunksjonen.

Når en positiv differensialinngang påføres over inngangsterminalene, som betyr at forskjellen mellom de påførte signalene er positiv, slår den utgangstransistoren AV. Dette fører til at utgangen viser en åpen krets eller en flytende åpen.

Når differensialinngangen er negativ, dvs. når forskjellen mellom de påførte signalene på inngangspinnene er negativ, slås den på utgangstransistoren til komparatoren, noe som får utgangspinnen til komparatoren til å bli negativ, eller ved V-potensial.

Med henvisning til figuren ovenfor kan vi forstå at når den ikke-inverterende (+) inngangen til IC brukes som referansepinne, vil en spenning lavere enn denne referansen ved den inverterende inngangspinnen (-) resultere i utgangen fra komparator for å bli åpen. På den annen side, hvis (-) brukes som referansepinne, vil et spenningsnivå på (+) inngangen høyere enn referansen føre til at utgangen blir negativ eller ved V-

For å lære hvordan IC 339 fungerer som en komparator, viser følgende eksempel IC som en detektor uten nullkryssing.

I det øyeblikket inngangssignalet stiger over 0 V, blir utgangen slått høyt på V + -nivå. Utgangen er bare slått AV ved V mens inngangen holdes under 0 V.

Som forklart tidligere trenger ikke referansenivået å være 0 V, det kan endres til hvilket som helst annet ønsket nivå. I tillegg kan du også bruke den andre inngangspinnen (+) som referansepinne, og (-) inngangspinnen som signalinngangspinnen for å akseptere det varierende inngangssignalet.

Fordelen med å ha en flytende effekt i Comparator ICs

Som diskutert i de foregående forklaringene, blir komparatorutgang byttet gjennom BJT som har en åpen samler som utgang. Dette gir fordelen ved å koble utgangene til to komparatorer fra IC 339 direkte akkurat som en ELLER port .

Et fint eksempel på en vinduskomparatorkrets kan sees nedenfor. Her er to IC 339-komparatorblokker konfigurert med et enkelt felles inngangssignal, og utgangene blir koblet sammen som ELLER-porten.

Utgangen fra de respektive komparatorene blir lav hver gang inngangssignalet krysser enten den nedre innstillingsgrensen eller den øvre innstilte terskelen, slik at brukeren kan vite når signalet er utenfor det innstilte vindusnivået.

En vinduskomparator kan brukes til nyttige applikasjoner som høyspenningsbeskytter krets, og solenergi tracker krets etc.

Konklusjon

Fra forklaringene ovenfor lærte vi at:

Komparatorer er i utgangspunktet enheter som har to komplementære innganger, og en responsiv utgang. Utgangen blir høy eller lav når spenningsnivået på en av inngangene går høyere eller lavere enn den andre inngangen, avhengig av hvilken inngang som brukes som referanse eller på et fast spenningsnivå.

Selv om en op-amp også kan brukes som en komparator, er spesialiserte komparator-ICer bedre designet for å fungere som komparatorer.

Dedikerte komparator-ICer som LM311, LM339 er spesielt designet for komparatorapplikasjon, med raskere respons og en fleksibel kapasitet med høy strømutgang.

Hvis du har noen relaterte spørsmål, er du velkommen til å stille dem gjennom kommentarfeltet nedenfor.