מעגלי השוואה המשתמשים ב- IC 741, IC 311, IC 339

הפונקציה הבסיסית של מעגל השוואה להשוות בין שתי רמות מתח בסיכות הקלט שלו ולייצר פלט כדי להראות לאיזה מתח כניסה יש פוטנציאל גבוה יותר מהשני.

במאמר זה נלמד בהרחבה כיצד לתכנן נכון מעגלי השוואה באמצעות ICs פופולריים כמו IC 741, IC 311 ו- IC LM339

ההבדל בין קומפרטר לבין מגבר אופ

IC 741 הוא דוגמה אידיאלית למגבר אופ יחיד, וה- IC LM311 יכול להיחשב דוגמה טובה להשוואה בודדת ייעודית.

תוכלו למצוא בשתי היחידות הללו סמל זהה של צורת משולש פנימית, שבדרך כלל אנו מזהים ומשמשים לציור מעגלי השוואה. עם זאת, לתגובת הפלט של שתי צורות ההשוואה הללו עשויות להיות כמה הבדלים עיקריים.

למרות שמגבר אופ ומשווה יכולים להיות מוגדרים להשוואה בין אותות דיפרנציאליים בסיכות הקלט שלהם, ההבדלים העיקריים בין שני המקבילים הם:

• במצב מופעל, הפלט של מגבר אופ יהיה חיובי או שלילי, תלוי ברמות מתח הסיכה של הכניסה, אך לעולם לא יכול להיות פתוח. לעומת זאת, פלט משווה יכול להיות פתוח או מקורקע (שלילי), או צף.
• יציאת מגבר אופ יכולה לעבוד ללא נגדי משיכה או משיכה למטה, אך משווה תמיד ידרוש נגד משיכה חיצוני או משיכה כלפי מטה כדי לאפשר לשלב הפלט לעבוד כרגיל.
• ניתן להשתמש במגבר אופ לבניית מעגלי מגבר בעלי רווח גבוה, לא ניתן להשתמש במשווה ליישומים כאלה.
• תגובת מיתוג הפלט של מגבר אופ היא בדרך כלל איטית יותר בהשוואה ל- IC המשווה.

ניתן לראות עיצוב מעגלי השוואה קלאסי באיור הבא:

כאן, הפלט מגיב עם אות דיגיטלי 'גבוה', בכל פעם שהמתח בכניסה הלא הפוך (+) גבוה מהכניסה ההפוכה (-). להיפך, הפלט לאות דיגיטלי נמוך הופך בכל פעם שמתח הכניסה הלא הפוך נמוך ממתח הכניסה ההפוך.

בהתייחס לאיור לעיל לעיל, אנו יכולים לראות חיבור סטנדרטי של מעגל השוואה בעל כניסה אחת (הקלט ההופך בדוגמה זו) מוגדרת עם מתח התייחסות, וסיכת הכניסה השנייה שהיא הקלט הלא-הופך המחובר למתח אות קלט. .

בזמן שווין מוחזק במתח נמוך יותר ממתח הייחוס של +2 וולט, הפלט נשאר נמוך סביב -10 וולט. אם מגדילים את הווין מעל +2 וולט, הפלט משתנה באופן מיידי והופך לגובה סביב + 10 V. שינוי מצב זה בפלט מ -10 V ל- + 10 V מציין שה- Vin הפך גבוה יותר מההתייחסות +2 V.

המרכיב העיקרי בתוך כל משווה הוא מעגל מגבר אופ, אשר נקבע לרמת מתח גבוהה מאוד. כדי לחקור את עבודתו של השווה במדויק אנו יכולים לקחת את הדוגמה של IC 741, כפי שמוצג להלן:

כאן אנו יכולים לראות את הפין 2 (-) של הקלט ההפוך לקרקע, או לרמת 0 וולט. אות סינוסי מוחל על פינ 3 שהוא הקלט הלא-הופך של מגבר ה- op. אות סינוסי זה משתנה לסירוגין, גורם לפלט לעבור בין מצבי פלט גבוהים ונמוכים, כפי שמצוין בצד ימין של התמונה.

כאשר הקלט Vin זז אפילו במילוולט מעל הפניה 0 וולט, ההפרש מוגבר על ידי מגבר ה- gain הגבוה הפנימי של ה- IC, מה שגורם לפלט להגיע גבוה ברמת הרוויה החיובית בפלט. מצב זה מתקיים כל עוד אות הווין נשאר מעל הפניה 0 וולט.

כעת, ברגע שרמת האות יורדת בצל מתחת להפניה 0 וולט, הפלט מונע לרמת הרוויה התחתונה שלו. שוב, מצב זה נשמר כל עוד אות הקלט Vin נשאר מתחת לרמת הייחוס 0 וולט.

ההסבר לעיל וצורת הגל המוצגים בתמונה מצביעים בבירור על התגובה הדיגיטלית של הפלט עבור אות קלט משתנה באופן ליניארי.

עבור יישומים רגילים, רמת הייחוס אינה חייבת להיות 0 וולט, אלא יכולה להיות כל רמה חיובית בהתאם לדרישה. ובמקרה הנדרש ניתן לחבר את ההפניה גם לקווי האספקה ​​החיוביים או השליליים, בעוד שאות הקלט מוחל על סיכת הקלט האחרת.

שימוש ב- IC 741 כהשוואה

בדוגמה הבאה נלמד כיצד לעשות זאת ביעילות השתמש במגבר אופ כמשווה

באיור אנו יכולים לראות מעגל מגבר אופ עובד עם רפרנס חיובי שנקבע בסיכת הקלט ההפוכה שלו (-). הפלט מחובר עם נורית LED.

באמצעות נוסחת רשת מחלק המתח, אנו יכולים לחשב את ערך מתח ההתיחסות על סיכת הכניסה (-) של ה- IC.

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

מכיוון שההתייחסות הזו קשורה לסיכה (-) של ה- IC, אם המתח Vin בכניסה (+) יעלה גבוה יותר מהתייחסות זו או יהפוך לחיובי יותר מההתייחסות, יאלץ את הפלט Vo לעבור לרמת הרוויה החיובית שלו.

זה יביא את נורית הנורית, מה שמצביע על כך ש- Vin הפך לחיובי יותר מרמת ההתייחסות של +6 V.

לעומת זאת, אם הקלט הלא-הופך (+) מוגדר כסיכת הייחוס ו- Vin מוחל על סיכת הקלט ההפוכה (-), הפלט יירד ברגע שקלט ה- Vin יירד מתחת לערך הייחוס, ולהיפך.

זה יביא באופן מיידי לכיבוי הנורית.

לכן, ניתן לגרום לנורת LED להפעיל או לכבות עבור אות כניסה נתון, על ידי חיווט מתאים של סיכת הכניסה עם רמת הייחוס ואות הכניסה.

שימוש ביחידות IC משווה מתמחות

בדרך כלל מגברים אופ פועלים נהדר כמעגלי השוואה, אך שימוש ב- IC משווה ייעודי עובד אפילו טוב יותר ממגבר אופ ליישום השוואה.

מכשירי IC של קומפרטור מתוכננים באופן אידיאלי לתפקוד השוואה ומראים תגובה משופרת כגון מעבר מהיר יותר בפלט בין הרמות החיוביות והשליליות.

למכשירי IC אלו חסינות גבוהה יותר לרעש, ובהזדמנויות רבות ניתן להשתמש ישירות ביציאות להנעת עומס.

בואו ללמוד על כמה ICs השוואה פופולריים בפירוט, מהדיון הבא.

מעגל השוואה באמצעות IC 311

האיור לעיל מציג את הפריסה הפנימית ואת פרטי האיתור של המשווה IC 311. ה- IC מיועד לפעול גם מאספקת חשמל כפולה, בטווח של +15 V ו- -15 V, המהווה רמה תואמת סטנדרטית לכל מכשירי IC דיגיטלים מודרניים.

בשלב הפלט בתוך ה- IC יש טרנזיסטור דו-קוטבי, בעל מסופי אספנים ופולטים צפים. משמעות הדבר היא כי ניתן להגדיר את הפלט מהטרנזיסטור הזה בשתי דרכים שונות:

1. על ידי הוספת נגר משיכה עם אספן pin7 והארקה של pin1 הפולט, ובהמשך שימוש בקולט כמוצא.
2. על ידי הצטרפות לאספן עם הקו החיובי ושימוש בפולט כפלט.

ניתן להשתמש בפלט הטרנזיסטור גם להנעת ממסר או לעומס קטן כמו מנורה ישירות ללא כל שלב מאגר חיצוני.

ה- IC כולל גם איזון וכניסה לזרן הניתנת לשער עם הפלט.

נדון בכמה יישומים שימושיים של IC זה בסעיפים הבאים:

האיור לעיל מראה כיצד ניתן להגדיר את ה- IC 311 כמו גלאי מעבר אפס המשווה לחוש את מתח הכניסה, בכל פעם שהוא חוצה את קו האפס.

ניתן לראות את הקלט ההפוך (-) של ה- 311 מחובר לקרקע. במהלך התקופה שאות הקלט נמצא ברמה החיובית, טרנזיסטור הפלט נשאר מופעל, מה שיוצר נמוך (-10 בדוגמה זו) ביציאה (אספן טרנזיסטור).

ברגע שאות הקלט הולך לשלילי או מתחת ל 0 וולט, הטרנזיסטור כבוי. זה יוצר +10 וולט חיובי בתפוקת האספן של ה- IC. זה מאפשר לנו לדעת מתי אות הקלט נמצא מעל לרמה האפסית ומתי הוא ירד מתחת לרמת האפס.

האיור הבא להלן מראה כיצד ניתן להשתמש במשווה IC 311 ליצירת מעגל קשור.

בדוגמה זו של מעגל השוואה, pin7 המוצא יהפוך גבוה כאשר רמת המתח של pin3 תעלה מעל הפניה של pin2. אבל זה יכול לקרות רק כשסיכה קלט של pin6 נמוכה או נמוכה מ- 0 V.

כאשר מוחל Strobe TTL גבוה בבסיס הטרנזיסטור, pin6 הופך נמוך, מה שגורם לטרנזיסטור פלט ה- IC לכבות, ובכך מאפשר ל- pin7 להגיע גבוה.

הפלט ממשיך להיות גבוה כל עוד קלט ה- TTL מוחזק גבוה, ללא קשר למצב אות הקלט בפין 3.

עם זאת, אם אות ה- TTL מוחל בצורה מגושמת, אז הפלט מגיב לאות הקלט ב- pin3. במילים פשוטות, הפלט נשאר נעול בגובהו, אלא אם כן פנקס 6 ננעל.

כיצד לחבר ממסר עם משווה

האיור הבא להלן מראה כיצד ניתן להשתמש ישירות בהשוואה 311 להפעיל ממסר .

כאן, כאשר רמת המתח בכניסה pin2 יורדת מתחת ל- 0 וולט, pin3 נהיה חיובי יותר מאשר pin2. זה גורם לקולט הטרנזיסטור הפנימי לכבות, שמפעיל את הממסר. ה אנשי קשר של הממסר יכול להיות חיווט עם עומס כבד יותר לביצוע פעולת מיתוג רצויה.

כל עוד הקלט (+) ב- pin2 נשאר מתחת ל 0 וולט, הממסר נשאר מופעל. לעומת זאת, כאשר אות חיובי זמין ב- pin2, הממסר יישאר כבוי.

מעגל השוואה באמצעות IC 339

ה- IC 339, שנכתב גם בכינויו LM339, הוא השוואה מרובעת. משמע, הוא כולל 4 משוואי מתח נפרדים שהתשומות והיציאות שלהם מסתיימות כראוי דרך הסיכות החיצוניות המתאימות של חבילת IC, כמוצג להלן.

בדיוק כמו כל משווה אחר, לכל בלוק השוואה יש כמה כניסות, ופלט אחד. כאשר ה- IC מופעל באמצעות הפעלת מתח על גבי ה- Vcc וסיכות אספקת הקרקע, הוא מפעיל את כל המשווים יחד. כך שגם אם משתמשים במשווה יחיד, כל שאר 3 היו צורכים קצת כוח.

לכל המשווה יש מאפיינים זהים לחלוטין, לכן אנו יכולים לנתח כל אחד מהם כדי ללמוד את פונקציית ההשוואה הבסיסית.

כאשר מוחל קלט דיפרנציאלי חיובי על גבי מסופי הקלט, כלומר כאשר ההבדל בין האותות המיושמים הוא חיובי, הוא מכבה את טרנזיסטור המוצא. זה גורם לפלט להראות מעגל פתוח, או פתוח צף.

כאשר הקלט הדיפרנציאלי שלילי, כלומר כאשר ההבדל בין האותות המיושמים בסיכות הקלט הוא שלילי, הוא מפעיל את טרנזיסטור הפלט של המשווה, מה שגורם לסיכת הפלט של המשווה להפוך לשלילית, או בפוטנציאל V.

בהתייחס לאיור לעיל, אנו יכולים להבין שכאשר הקלט הלא-הפוך (+) של ה- IC משמש כסיכת הייחוס, מתח נמוך יותר מההתייחסות הזו בסיכת הקלט ההפוכה (-) יביא לפלט של משווה כדי להיות פתוח. מצד שני, אם ה- (-) משמש כסיכת הייחוס, רמת מתח בכניסה (+) גבוהה יותר מההתייחסות תגרום לפלט להיות שלילי או ב- V-

על מנת ללמוד כיצד עובד ה- IC 339 כמו משווה, הדוגמה הבאה מציגה את ה- IC כגלאי מעבר אפס.

ברגע שאות הקלט עולה מעל 0 וולט, הפלט הופך גבוה ברמת V +. הפלט כבוי ב- V- רק כאשר הקלט מוחזק מתחת ל- 0 V.

כפי שהוסבר קודם לכן, רמת הייחוס אינה צריכה להיות 0 וולט, ניתן לשנות אותה לכל רמה רצויה אחרת. בנוסף, אתה יכול גם להשתמש בסיכת הקלט האחרת (+) כסיכת הייחוס, ובסיכת הכניסה (-) כסיכת קלט האות לקבלת אות הכניסה המשתנה.

היתרון שיש תפוקה צפה במכשירי המשווה

כפי שנדון בהסברים הקודמים, פלט השוואות מועבר באמצעות BJT שיש להם אספן פתוח כפלט. זה נותן את היתרון של חיבור היציאות של שני משווים מה- IC 339 ישירות ממש כמו או שער .

דוגמה יפה למעגל השוואת חלונות ניתן לראות להלן. כאן מוגדרים שני גושי משווה IC 339 עם אות קלט משותף יחיד, והיציאות מחוברות כמו שער OR.

הפלט של המשווים המתאימים יורד בכל פעם שאות הקלט חוצה את סף ההגדרה התחתון או את סף ההגדרה העליון, וכך מאפשר למשתמש לדעת מתי האות נמצא מחוץ לרמת החלון שנקבעה.

ניתן להשתמש במשווה חלונות ליישומים שימושיים כגון מגן מתח נמוך גבוה מעגל, ו גשש סולארי מעגל וכו '.

סיכום

מההסברים לעיל למדנו כי:

השוואות הן בעצם יחידות בעלות שתי כניסות משלימות, ופלט רספונסיבי אחד. הפלט הופך גבוה או נמוך כאשר רמת המתח באחת הכניסות עולה או נמוכה מהכניסה האחרת, תלוי באיזה כניסה משמש כנקודת התייחסות או ברמת מתח קבועה.

אף על פי שניתן להשתמש במגבר אופ כמו גם משווה, מכשירי IC המשווים מיוחדים מתוכננים יותר לעבוד כמו משווים.

מכשירי משווה ייעודיים כמו LM311, LM339 תוכננו במיוחד עבור יישומי השוואה, עם תגובה מהירה יותר ויכולת פלט זרם גבוהה וגמישה.

אם יש לך שאלות קשורות, אל תהסס לשאול אותן דרך תיבת ההערות למטה.