เครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าคืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร?

เมื่อออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ มักจะจำเป็นต้องเปรียบเทียบระดับแรงดันไฟฟ้าสองระดับ สำหรับสิ่งนี้จะใช้อุปกรณ์เช่นเครื่องเปรียบเทียบ ชื่อของโหนดจะกลับไปเป็นคำเปรียบเทียบภาษาละตินหรือเป็นภาษาอังกฤษเพื่อเปรียบเทียบ - เพื่อเปรียบเทียบ

เครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าคืออะไร

ในกรณีทั่วไป ตัวเปรียบเทียบคืออุปกรณ์ที่มีสองอินพุตสำหรับการจัดหาค่าที่เปรียบเทียบ (แรงดันไฟฟ้า) และเอาต์พุตสำหรับผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบ ตัวเปรียบเทียบมีสองอินพุตสำหรับการจัดหาพารามิเตอร์ที่เปรียบเทียบ - แบบตรงและแบบผกผัน เอาต์พุตถูกตั้งค่าเป็นหน่วยลอจิคัลเมื่อแรงดันไฟฟ้าของอินพุตโดยตรงเกินค่าผกผันและเป็นศูนย์ - หากกลับกัน หากมีความแตกต่างในเชิงบวกระหว่างอินพุตผกผันและอินพุตโดยตรงมีการตั้งค่าหนึ่งรายการและในสถานการณ์ตรงกันข้าม - ศูนย์แสดงว่าตัวเปรียบเทียบดังกล่าวเรียกว่าการกลับด้าน

หลักการทำงานของเครื่องเปรียบเทียบ

สะดวกในการสร้างตัวเปรียบเทียบบน เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ (อ.)สำหรับสิ่งนี้จะใช้คุณสมบัติของมันโดยตรง:

• การขยายความแตกต่างของสัญญาณระหว่างอินพุตโดยตรงและกลับด้าน
• อนันต์ (ในทางปฏิบัติ - จาก 10,000 ขึ้นไป) ปัจจัยการขยาย

การทำงานของ op-amp เป็นตัวเปรียบเทียบสามารถพิจารณาได้ด้วยรูปแบบการสลับต่อไปนี้:

ให้มี op-amp ด้วยอัตราขยาย 10,000 แรงดันไฟจ่ายเป็นไบโพลาร์ + 5 V และลบ 5 V ตัวแบ่ง ที่อินพุตย้อนกลับ ระดับอ้างอิงถูกตั้งค่าเป็น 0 โวลต์พอดี ที่อินพุตโดยตรง ลบ 5 โวลต์จะถูกลบออกจากแถบเลื่อนโพเทนชิออมิเตอร์ แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานควรขยายผลต่าง 10,000 เท่า ในทางทฤษฎี แรงดันลบ 50,000 โวลต์ควรปรากฏที่เอาต์พุต แต่ opamp ไม่มีที่ไหนที่จะรับแรงดันไฟฟ้า และสร้างค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ - แรงดันไฟจ่าย ลบ 5 โวลต์

หากคุณเริ่มเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตโดยตรง op amp จะพยายามตั้งค่าความแตกต่างของแรงดันระหว่างอินพุต คูณด้วย 10,000 มันจะสำเร็จเมื่อแรงดันอินพุตเข้าใกล้ศูนย์และกลายเป็นลบ 0.0005 V โดยประมาณ โดยจะเพิ่มขึ้นอีก แรงดันอินพุตที่อินพุตบวกเอาต์พุตจะเพิ่มขึ้นเป็นศูนย์และสูงกว่าและที่แรงดันไฟฟ้า +0.0005 โวลต์จะกลายเป็น +5 V และจะไม่เพิ่มขึ้นอีก - ไม่มีที่ไหนเลย ดังนั้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าผ่านระดับศูนย์ (แม่นยำยิ่งขึ้น ลบ 0.0005 โวลต์ - + 0.0005) แรงดันขาออกจะกระโดดจากลบ 5 โวลต์เป็น +5 โวลต์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตโดยตรงต่ำกว่าอินพุตที่กลับด้าน เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ ถ้าสูงกว่า - หนึ่ง

สิ่งที่น่าสนใจคือส่วนของความแตกต่างของระดับที่อินพุตจากลบ 0.0005 โวลต์ถึง + 0.0005ในทางทฤษฎี เมื่อมันผ่านไป จะมีการเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นจากแรงดันลบเป็นบวก ในทางปฏิบัติ ช่วงนี้จะแคบมากและเนื่องจากการรบกวน การรบกวน ความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย ฯลฯ ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากันโดยประมาณที่อินพุตการทำงานที่วุ่นวายของตัวเปรียบเทียบในทั้งสองทิศทางจะเกิดขึ้น ยิ่งค่าเกนของ op-amp ต่ำลง หน้าต่างความไม่เสถียรก็จะยิ่งกว้างขึ้น หากตัวเปรียบเทียบควบคุมแอคทูเอเตอร์ สิ่งนี้จะทำให้มันทำงานทันเวลา (การคลิกรีเลย์ การกระแทกวาล์ว ฯลฯ) ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวทางกลหรือความร้อนสูงเกินไป

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ จะมีการป้อนกลับเชิงบวกแบบตื้นโดยการเปิดตัวต้านทานที่ระบุโดยเส้นประ สิ่งนี้ทำให้เกิดฮิสเทรีซิสเล็กน้อย โดยเปลี่ยนเกณฑ์การสวิตชิ่งเมื่อแรงดันไฟฟ้าผ่านขึ้นและลงที่สัมพันธ์กับข้อมูลอ้างอิง ตัวอย่างเช่น เครื่องเปรียบเทียบจะเปลี่ยนขึ้นที่ 0.1 โวลต์ และลดลงที่ศูนย์พอดี (ขึ้นอยู่กับความลึกของผลป้อนกลับ) สิ่งนี้จะกำจัดหน้าต่างความไม่เสถียร ค่าของตัวต้านทานนี้สามารถมีได้ตั้งแต่หลายร้อยกิโลโอห์มไปจนถึงหลายเมกะโอห์ม ยิ่งความต้านทานต่ำ ความแตกต่างระหว่างธรณีประตูก็จะยิ่งมากขึ้น

นอกจากนี้ยังมี IC ตัวเปรียบเทียบเฉพาะ ตัวอย่างเช่น LM393 ในไมโครเซอร์กิตนั้นมีแอมพลิฟายเออร์สำหรับการทำงานความเร็วสูง (หรือหลายตัว) สามารถติดตั้งตัวแบ่งในตัวที่สร้างแรงดันอ้างอิงได้ ข้อแตกต่างอีกประการระหว่างเครื่องเปรียบเทียบและอุปกรณ์ดังกล่าวที่สร้างขึ้นจากออปแอมป์ทั่วไปก็คือ หลายเครื่องต้องการแหล่งจ่ายไฟแบบขั้วเดียว opamps ส่วนใหญ่ต้องการแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์ การเลือกประเภทของไมโครเซอร์กิตนั้นทำขึ้นในระหว่างการพัฒนาอุปกรณ์

คุณสมบัติของเครื่องเปรียบเทียบดิจิตอล

เครื่องเปรียบเทียบยังใช้ในเทคโนโลยีดิจิทัลแม้ว่าจะฟังดูขัดแย้งในแวบแรกก็ตาม ท้ายที่สุดแล้ว มีเพียงสองระดับแรงดันไฟฟ้า - หนึ่งและศูนย์ และไม่มีประโยชน์ที่จะเปรียบเทียบ แต่คุณสามารถเปรียบเทียบเลขฐานสองสองตัวซึ่งสามารถแปลงเป็นค่าแอนะล็อกใดก็ได้ (รวมถึงแรงดันไฟฟ้า)

ให้มีสองคำไบนารีที่มีความยาวเท่ากันเป็นบิต:

X=X₃X₂X₁X₀ และ Y=Y₃Y₂Y₁Y.

จะถือว่ามีค่าเท่ากันหากบิตทั้งหมดมีค่าเท่ากันในระดับบิต:

1101=1101 => X=Y.

หากต่างกันอย่างน้อยหนึ่งบิต แสดงว่าจำนวนนั้นไม่เท่ากัน จำนวนที่มากกว่าถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบระดับบิต โดยเริ่มจากบิตที่สำคัญที่สุด:

• 1101>101 - ที่นี่บิตแรกของ X มากกว่าบิตแรกของ Y และ X>Y;
• 1101>101 - บิตแรกเท่ากัน แต่บิตที่สองของ X มากกว่าและ X>Y;
• 111<1110 - Y มีบิตที่สามที่ใหญ่กว่า และค่าที่มากกว่าของหลักที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดของ X ไม่สำคัญ X<Y

การใช้งานการเปรียบเทียบดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นบนวงจรลอจิกขององค์ประกอบพื้นฐาน AND-NOT, OR-NOT แต่จะใช้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปได้ง่ายกว่า ตัวอย่างเช่น 4063 (CMOS), 7485 (TTL), K564IP2 ในประเทศและไมโครเซอร์กิตอื่นๆ เป็นเครื่องเปรียบเทียบ 2-8 บิตที่มีจำนวนข้อมูลและอินพุตควบคุมที่สอดคล้องกัน ในกรณีส่วนใหญ่ เครื่องเปรียบเทียบแบบดิจิทัลมี 3 เอาต์พุต:

• มากกว่า;
• น้อย;
• เท่ากับ

ต่างจากอุปกรณ์แอนะล็อก ที่มีตัวเปรียบเทียบไบนารี ความเท่าเทียมกันที่อินพุตไม่ใช่สถานการณ์ที่ไม่ต้องการและไม่ได้พยายามหลีกเลี่ยง

อุปกรณ์ดังกล่าวยังง่ายต่อการสร้างทางโปรแกรมโดยใช้ฟังก์ชันพีชคณิตแบบบูลอีกทางเลือกหนึ่ง - ไมโครคอนโทรลเลอร์หลายตัวมีตัวเปรียบเทียบแบบอะนาล็อก "ออนบอร์ด" พร้อมเอาต์พุตภายนอกที่แยกจากกันซึ่งส่งออกผลลัพธ์สำเร็จรูปของการเปรียบเทียบค่าสองค่าในรูปแบบ 0 หรือ 1 กับวงจรภายใน ซึ่งช่วยประหยัดทรัพยากรของระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก .

เครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าใช้ที่ไหน?

ขอบเขตของตัวเปรียบเทียบกว้าง ตัวอย่างเช่นคุณสามารถสร้างการถ่ายทอดธรณีประตูได้ ในการทำเช่นนี้ คุณต้องมีเซ็นเซอร์ที่แปลงค่าใดๆ ให้เป็นแรงดันไฟฟ้า ค่านี้สามารถ:

• ระดับความสว่าง;
• ระดับเสียง;
• ระดับของเหลวในภาชนะหรืออ่างเก็บน้ำ
• ค่าอื่นๆ

สามารถใช้โพเทนชิออมิเตอร์เพื่อกำหนดระดับทริกเกอร์ของตัวเปรียบเทียบได้ สัญญาณเอาท์พุตผ่านคีย์จะมอบให้กับตัวบ่งชี้หรือแอคทูเอเตอร์

หากคุณเพิ่มฮิสเทรีซิส ตัวเปรียบเทียบสามารถทำงานเป็นตัวกระตุ้นของชมิตต์ได้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงช้าถูกนำไปใช้กับอินพุต เอาต์พุตจะเป็น สัญญาณไม่ต่อเนื่อง ที่มีหน้าผาสูงชัน

องค์ประกอบทั้งสองสามารถเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างตัวเปรียบเทียบแบบสองเกณฑ์ หรือตัวเปรียบเทียบหน้าต่าง

ที่นี่ แรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ถูกตั้งค่าแยกต่างหากสำหรับตัวเปรียบเทียบแต่ละตัว - สำหรับตัวบนที่อินพุตโดยตรง สำหรับตัวล่างที่ตัวเปรียบเทียบ รวมอินพุทฟรีพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ เอาต์พุตเชื่อมต่อตามรูปแบบ "การติดตั้ง OR" เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินขีดจำกัดบนหรือล่างที่ตั้งไว้ ตัวเปรียบเทียบตัวใดตัวหนึ่งจะสร้างระดับสูงที่เอาต์พุต

เครื่องเปรียบเทียบหลายระดับประกอบขึ้นจากองค์ประกอบหลายอย่าง ซึ่งสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้แรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น หรือค่าที่แปลงเป็นแรงดันไฟฟ้า สำหรับสี่ระดับ โครงการจะเป็นดังนี้:

ในวงจรนี้ แรงดันอ้างอิงจะถูกนำไปใช้กับอินพุตของแต่ละองค์ประกอบ อินพุทอินพุทเชื่อมต่อเข้าด้วยกันโดยรับสัญญาณที่วัดได้ เมื่อถึงระดับทริกเกอร์ ไฟ LED ที่เกี่ยวข้องจะสว่างขึ้น หากองค์ประกอบการแผ่รังสีถูกจัดเรียงเป็นเส้น จะได้แถบไฟ ซึ่งความยาวจะแตกต่างกันไปตามระดับของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

วงจรเดียวกันนี้สามารถใช้เป็นตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) มันแปลงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็นรหัสไบนารีที่สอดคล้องกัน ยิ่งมีองค์ประกอบรวมอยู่ใน ADC มากเท่าใด ความลึกของบิตก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การแปลงก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น ในทางปฏิบัติ โค้ดบรรทัดไม่สะดวกในการใช้งาน และจะถูกแปลงเป็นโค้ดที่คุ้นเคยโดยใช้ตัวเข้ารหัส ตัวเข้ารหัสสามารถสร้างขึ้นจากองค์ประกอบทางลอจิคัล ใช้ไมโครเซอร์กิตสำเร็จรูป หรือใช้ ROM กับเฟิร์มแวร์ที่เหมาะสม

ขอบเขตของตัวเปรียบเทียบในวงจรมืออาชีพและมือสมัครเล่นนั้นมีความหลากหลาย การใช้องค์ประกอบเหล่านี้อย่างเหมาะสมจะช่วยแก้ปัญหาได้หลากหลาย

บทความที่คล้ายกัน: