Кампаратар - гэта што такое? Мікрасхема і прынцып працы

Кампаратар – гэта прылада, прызначанае для параўнання якіх-небудзь велічынь (ад лац. comparare – "параўноўваць"). З'яўляецца аперацыйным узмацняльнікам з вялікім каэфіцыентам множання. Мае ўваходы: прамой і інверсны. Пры неабходнасці апорны сігнал можа быць падлучаны да любога з іх.

Як працуе кампаратар?

На адзін з уваходаў падаецца пастаянны сігнал, які называецца апорным. Ён выкарыстоўваецца як узор для параўнання. Да другога паступае падыспытны сігнал. На выхадзе варта транзістар, які змяняе сваё стан у залежнасці ад умоў:

• Напружанне прамога ўваходу вышэй инверсного – транзістар адкрыты.
• Напружанне инверсного ўваходу вышэй прамога – зачынены.

Адпаведна, выходную напружанне змяняецца скокам ад мінімуму да максімуму, ці наадварот.

Напружанне выходных каскадаў адпавядае уваходным ўзроўнях большасці лічбавых мікрасхем. Гэта неабходна для выпадкаў, калі кампаратар – гэта формирователь імпульсу, кіраўніка працай лагічных элементаў.

Ужыванне кампаратара

Выкарыстоўваюцца ў схемах вымярэння электрычных сігналаў і ў аналагава-лічбавых преобразователях. У лагічных ланцугах працуюць элементы «ці» і «не», таксама з'яўляюцца компараторами. Адпаведна, выкарыстанне гэтага кампанента не абмяжоўваецца канкрэтнымі прыкладамі, паколькі ён ужываецца паўсюдна.

Варта адзначыць, што прылада параўнання можна зрабіць з любога аперацыйнага ўзмацняльніка, але не наадварот. Каэфіцыент узмацнення кампаратара дастаткова высокі. Адпаведна, яго ўваходы вельмі адчувальныя да розніцы напружанняў паміж імі. Разыходжанне ў некалькі милливольт значна змяняе напружанне выхаду.

Больш:

Motorola Moto G: агляд мадэлі, водгукі пакупнікоў і экспертаў

Motorola Moto G з'явіўся ў продажы ў канцы 2013 года. Гэта паменшаная версія флагмана кампаніі «Мота Ікс». Калі кошт флагмана і яго апаратная начынне выклікалі нараканні, то вось з гэтым прыладай сітуацыя кардынальна змянілася. Невысокі к...

Сэнсарныя тэлефоны "Нокіа" – сучаснасць і якасць

Тэлефоны з сэнсарным экранам карыстаюцца велізарнай папулярнасцю ў наш час. І не дарма, бо гэтыя прылады зручныя і, што немалаважна, стыльныя і прыгожыя. У іх сучасны дызайн і ў большасці выпадкаў яшчэ больш сучасная і магутная начынне. Сэнсарныя тэл...

«Зеніт-ТТЛ» : апісанне, тэхнічныя характарыстыкі

Фотаапарат «Зеніт-ТТЛ» прызначаны для аматарскай здымкі на каляровую і чорна-белую фотастужкі. Гэты апарат мае экспонометрическое паўаўтаматычнае прылада з функцыяй вымярэння святла, які праходзіць праз аб'ектыў (гэта і ёсць сістэма ТТЛ),...

Такім чынам, кампаратар дазваляе назіраць мінімальныя ваганні узроўняў ўваходных высілкаў. Гэта робіць яго незаменным элементам схем параўнання і вымяральных прыбораў высокай дакладнасці:

• індыкатары ўзроўню ўваходнага сігналу;
• металашукальнікі;
• мікра - і милливольтметры;
• дэтэктары электрамагнітных выпраменьванняў;
• лабараторныя датчыкі;
• кампаратара масы;
• газоанализаторы.

Прынцып дзеяння аналагавага кампаратара

Аналагавы кампаратар параўноўвае бесперапынныя сігналы – ўваходны вымяраны і ўваходных апорны. Як працуе прылада, як паказана на графіцы ніжэй.

Пры павольным змене уваходнага сігналу, адбываецца шматразовае пераключэнне кампаратара за малы адрэзак часу. Такая з'ява называюць «электронным дребезгом». Яго наяўнасць значна зніжае эфектыўнасць параўнання. Паколькі часта паўтараюцца змены стану выхаду, ўводзяць канцавы транзістар ў стан насычэння.

Для памяншэння эфекту «электроннага бразгату», ў схему ўводзяць ПАС – станоўчую зваротную сувязь. Яна забяспечвае гістэрэзіс – невялікую розніцу паміж узроўнем напружання ўключэння і адключэння. Некаторыя кампаратара маюць убудаваную ПАС, што памяншае колькасць дадатковых элементаў пабудовы канструкцыі. Напрыклад, пры нязначнай страты адчувальнасці, дамагаюцца стабільнай працы кампаратара.

Асаблівасці лічбавага кампаратара

Лічбавы кампаратар – гэта ўжывае аднабітны аналагава-лічбавы пераўтваральнік. Напружанне выхаду ўяўляе небудзь лагічны «0», «1». На ўваход можа быць пададзены як аналагавы, так і лічбавы сігнал. Прылада выкарыстоўваецца ў якасці формирователя імпульсаў для спалучэння схем датчыкаў і прылад адлюстравання. Можа прымяняцца для аналізу гукавога спектру або светлавога сігналу. Кампаратар – гэта таксама лагічныя элементы «ці» і «не», якія выкарыстоўваюцца ў вылічальнай тэхніцы.

Тэарэтычна пры нязначна малых ваганнях узроўня ўваходнага сігналу, можа ўзнікаць стан нявызначанасці выхаду. На практыцы роўнасць вымяранага і апорнага высілкаў не надыходзіць. Паколькі кампаратар мае абмежаваны каэфіцыент узмацнення або станоўчую зваротную сувязь.

Характэрным прыкладам з'яўляецца трыгер Шміта (ТШ). У яго не супадаюць ўзроўні ўключэння і выключэння, што вызначаецца ПАС. Гэта дазваляе занядбаць дыскрэтнай перашкодай пры працы кампаратара.

Кампаратар-мікрасхема

Прамысловасць выпускае кампаратара ў выглядзе інтэгральных схем. Іх выкарыстанне дазваляе ствараць кампактныя прыборы, з мінімумам навясных элементаў. Таксама перавага малагабарытных дэталяў у нязначнай даўжыні злучальных правадыроў. Ва ўмовах павышанага электрамагнітнага выпраменьвання, яны з'яўляюцца прыёмнымі антэнамі для разнастайных электрычных перашкод.

Кампаратара на аперацыйным узмацняльніку

У кампаратараў ёсць немалая падабенства з аперацыйнымі ўзмацняльнікамі:

• каэфіцыент узмацнення;
• уваходны супраціў;
• значэнне ўваходных токаў;
• стан насычэння.

Адчувальнасць, па-іншаму адрознівальная здольнасць, – гэта спецыфічны параметр. Яна вызначае дакладнасць параўнання. Характарызуецца мінімальнай рознасцю сігналаў, пры якой адбываецца спрацоўванне кампаратара. Яе значэнне ў інтэгральных мікрасхем мае сотняў микровольт. Гэта некалькі горш, чым у кампаратараў на аперацыйныхузмацняльніках.

Час пераключэння характарызуе хуткадзейнасць кампаратараў. Вызначаецца мінімальным часам змены выхаднога сігналу: ад моманту параўнання да моманту спрацоўвання. Залежыць ад рознасці сігналаў на ўваходах. Значэння часу пераключэння складаюць дзесяткі і сотні нанасекунд.

Як зрабіць кампаратар сваімі рукамі?

Хто ўмее чытаць прынцыповыя схемы і літаваць, без працы збярэ найпростыя кампаратара для выкарыстання ў побыце. Вобласць прымянення вельмі шырокая. На іх можна пабудаваць масу канструкцый з мінімальнымі выдаткамі. Найпросты кампаратар – гэта аперацыйны ўзмацняльнік без станоўчай зваротнай сувязі.

У якасці асновы для кампаратара выкарыстоўваецца ОУ серыі LM339. Для кантролю і нагляднасці працы схемы ўведзеныя чырвоны і зялёны індыкатары. Пры падключэнні харчавання на ОУ павінен засвяціцца адзін з святлодыедаў, прычым, які з іх - усё роўна. Гэта вызначаецца мноствам фактараў: сеткавыя наводкі на схему, асаблівасці партыі і параметраў ОУ. Нават калі ўзяць некалькі аднолькавых мікрасхем, атрымаюцца розныя вынікі.

Калі ўваходны сігнал блізкі да «0» – будзе свяціцца зялёны, а калі блізкае да напрузе сілкавання, то чырвоны святлодыед. Затым можна паспрабаваць змяніць лагічнае стан кампаратара, падаўшы на адзін з уваходаў напружанне роўнае, напрыклад, палове напружання харчавання ОУ. Сігнал на выхадзе не залежыць ад абсалютнага значэння напружанняў на прамым і инверсном ўваходзе. А толькі ад розніцы высілкаў.

Дадзеныя досведы дэманструюць працу кампаратара без ПАС. Такі кампаратар можа быць выкарыстаны там, дзе не патрабуецца асаблівай дакладнасці вымярэнняў. Такімі прыборамі з'яўляюцца бытавыя тэрмастаты, зарадныя прылады для аўтамабільных акумулятараў, прылады десульфатации (аднаўлення) автоаккумуляторов, фотарэле.

Прыклад практычнага прымянення кампаратара

На прынцыповай схеме прадстаўлены датчык асветленасці.

Апорная напружанне задаецца рэзістарамі RV1 і R2. Пры гэтым, RV1 служыць рэгулятарам адчувальнасці канструкцыі. Індыкацыя рэалізавана на святлодыеды D1. Датчыкам з'яўляецца элемент LDR1, які змяняе омическое супраціў у залежнасці ад асветленасці. Уласна кампаратар прадстаўлены аперацыйным узмацняльнікам LM324. Гэта простае прылада дэманструе тое, як працуе кампаратар на практыцы.

Кампаратара масы: паняцце

Кампаратар масы гэта прылада, прызначанае для ўдакладнення рознасці значэнняў масы гір пры кантролі стандартаў масы і вагі, а таксама, для дакладнасці ўзважвання. Найбольш дакладныя кампаратара масы здольныя ўзважыць любы ўзор і параўнаць яго з іншым, падобным яму. Адбываецца гэта на ўзроўні атамаў. Неабходнасць у такіх прыладах ўзнікае па прычыне недасканаласці эталонных узораў мер вагі і аб'ёму вадкасці.

Прыклады і выкарыстанне прылад ўдакладнення вагі

Расійскім стандартам масы з'яўляецца плацінавы цыліндр. Ён быў скапіяваны з французскага ўзору 125 гадоў таму. За мінулыя гады, эталон страціў у выглядзе вокіслаў каля 40 мкг ад першапачатковага вагі. Адпаведна, яго выкарыстанне для патрэб вытворчасці, з высокай дакладнасцю вымярэння масы цяпер цяжка.

Быў распрацаваны новы стандарт масы. Навукоўцы прызначылі такім крэмніевыя шар з цотных колькасцю атамаў. Цяпер гэта найбольш дакладны варыянт эталона кілаграма. Яго характарыстыкі прынятыя міжнароднай супольнасцю для выкарыстання.

Створаны ўзор мае патрэбу ў шматразовым капіяванні. Так як сучасныя напрамкі ў навуцы, асабліва фармакалогія, біяінжынерыі, кампутарная электроніка, нанотехнологические распрацоўкі патрабуюць прэцызійныя дакладнасці вымярэнняў. Для такіх абласцей навукі і тэхнікі крытычныя сотыя долі мікраграма. Гэтую задачу павінен вырашыць атамны кампаратар масы – прылада здольнае вызначыць розніцу ў некалькі часціц.

Атамны кампаратар выкарыстоўвае для вымярэнняў апорны сігнал, атрыманы ад высокадакладнай кварцавага генератара. Якое вымяраецца напружанне бярэцца з квантавага дыскрымінатара, які вызначае стабільнасць лініі драбнюткіх часціц. Яе змены выклікаюцца разыходжаннем у колькасці атамаў ўзору. Таму зараз – гэта самы дакладны прыбор вымярэння.

Існуюць і менш дакладныя кампаратара масы. Іх кошт значна ніжэй атамных, але для іх усіх знаходзіцца праца ў прамысловасці, гандлі, стандартызацыі.