전자 회로를 설계할 때 종종 두 전압의 레벨을 비교할 필요가 있습니다. 이를 위해 비교기와 같은 장치가 사용됩니다. 노드의 이름은 라틴어 비교로 돌아가거나 오히려 영어로 비교하여 비교합니다.
전압 비교기 란 무엇입니까?
일반적으로 비교기는 비교 값(전압)을 공급하기 위한 두 개의 입력과 비교 결과에 대한 출력을 갖는 장치입니다. 비교기는 비교 매개변수를 제공하기 위한 두 개의 입력(직접 및 역)이 있습니다. 출력은 직접 입력의 전압이 역 전압을 초과할 때 논리 단위로 설정되고 그 반대의 경우 0입니다. 역 입력과 직접 입력 사이에 양의 차이가 있으면 하나가 설정되고 반대 상황에서 0이면 이러한 비교기를 반전이라고합니다.
비교기의 작동 원리
비교기를 구축하는 것이 편리합니다. 연산 증폭기 (OU).이를 위해 속성이 직접 사용됩니다.
- 직접 입력과 반전 입력 사이의 신호 차이 증폭;
- 무한(실제로 - 10000 이상) 증폭 계수.
비교기로 연산 증폭기의 작동은 다음 스위칭 방식으로 고려할 수 있습니다.
이득이 10000인 연산 증폭기가 있다고 가정하고 공급 전압은 양극성, + 5V 및 -5V입니다. 분할기 반전 입력에서 기준 레벨은 정확히 0볼트로 설정되고 직접 입력에서는 전위차계 슬라이더에서 마이너스 5볼트가 제거됩니다. 연산 증폭기는 차이를 10,000배 증폭해야 하며 이론적으로 출력에 마이너스 50,000볼트의 전압이 나타나야 합니다. 그러나 opamp는 그러한 전압을 취할 곳이 없으며 가능한 최대 값을 생성합니다. 즉, 공급 전압에서 5볼트를 뺀 값입니다.
직접 입력에서 전압을 올리기 시작하면 연산 증폭기는 10000을 곱한 입력 간의 전압 차이를 설정하려고 시도합니다. 입력 전압이 0에 가까워지고 약 -0.0005V가 되면 성공합니다. 양의 입력에서 입력 전압은 출력이 0 이상으로 상승하고 +0.0005볼트의 전압에서 +5V가 되어 더 이상 상승하지 않습니다. 아무데도 없습니다. 따라서 입력 전압이 0 레벨(보다 정확하게는 -0.0005볼트 - + 0.0005)을 통과하면 출력 전압이 -5볼트에서 +5볼트로 점프합니다. 즉, 직접 입력의 전압이 반전 입력보다 낮은 한 비교기 출력은 0으로 설정됩니다. 더 높으면 - 하나.
흥미로운 부분은 입력에서 마이너스 0.0005볼트에서 + 0.0005볼트까지의 레벨 차이 섹션입니다.이론적으로 통과하면 음의 공급 전압에서 양의 공급 전압으로 부드럽게 상승합니다. 실제로 이 범위는 매우 좁고 간섭, 간섭, 공급 전압 불안정성 등으로 인해 발생합니다. 입력에서 전압이 대략적으로 같으면 양방향에서 비교기의 혼란스러운 작동이 발생합니다. 연산 증폭기의 이득이 낮을수록 불안정성의 범위가 넓어집니다. 비교기가 액츄에이터를 제어하면 제 시간에 작동하게 되어(릴레이 클릭, 밸브 슬래밍 등) 기계적 고장이나 과열로 이어질 수 있습니다.
이를 피하기 위해 점선으로 표시된 저항을 켜면 얕은 양의 피드백이 생성됩니다. 이는 전압이 기준에 대해 위아래로 통과할 때 스위칭 임계값을 이동하는 약간의 히스테리시스를 생성합니다. 예를 들어, 비교기는 0.1볼트에서 위로 전환되고 정확히 0에서 아래로 전환됩니다(피드백 깊이에 따라 다름). 이것은 불안정성 창을 제거할 것입니다. 이 저항의 값은 수백 킬로옴에서 수 메가옴일 수 있습니다. 저항이 낮을수록 임계값 간의 차이가 커집니다.
특수 비교기 IC도 있습니다. 예를 들어, LM393. 이러한 미세 회로에는 고속 연산 증폭기(또는 여러 개)가 있으며 기준 전압을 생성하는 내장 분배기를 설치할 수 있습니다. 이러한 비교기와 범용 연산 증폭기를 기반으로 하는 장치 간의 또 다른 차이점은 대부분이 단극 전원 공급 장치가 필요하다는 것입니다. 대부분의 opamp에는 바이폴라 전압이 필요합니다. 마이크로 회로 유형의 선택은 장치 개발 중에 이루어집니다.
디지털 비교기의 특징
비교기는 디지털 기술에서도 사용되지만 언뜻 보기에는 역설적으로 들립니다. 결국 전압 레벨은 1과 0의 두 가지뿐입니다. 그리고 그것들을 비교하는 것은 무의미합니다. 그러나 아날로그 값(전압 포함)으로 변환할 수 있는 두 개의 이진수를 비교할 수 있습니다.
비트 단위로 길이가 같은 두 개의 이진 단어가 있다고 가정합니다.
X=X3엑스2엑스1엑스0 및 Y=Y3와이2와이1와이.
모든 비트가 비트 단위로 동일하면 값이 동일한 것으로 간주됩니다.
1101=1101 => X=Y.
적어도 하나의 비트가 다르면 숫자가 같지 않습니다. 더 큰 수는 최상위 비트부터 시작하여 비트 비교에 의해 결정됩니다.
- 1101>101 - 여기에서 X의 첫 번째 비트는 Y의 첫 번째 비트보다 크고 X>Y입니다.
- 1101>101 - 첫 번째 비트는 같지만 X의 두 번째 비트는 더 크고 X>Y입니다.
- 111<1110 - Y는 더 큰 세 번째 비트를 가지며 X의 최하위 자릿수의 더 큰 값은 중요하지 않습니다(X<Y).
이러한 비교의 구현은 기본 요소 AND-NOT, OR-NOT의 논리 회로를 기반으로 구축할 수 있지만 완제품을 사용하는 것이 더 쉽습니다. 예를 들어, 4063(CMOS), 7485(TTL), 국내 K564IP2 및 기타 일련의 미세 회로. 그것들은 상응하는 수의 데이터 및 제어 입력을 갖는 2-8비트 비교기입니다. 대부분의 경우 디지털 비교기에는 3개의 출력이 있습니다.
- 더;
- 더 적은;
- 같음.
이진 비교기를 사용하는 아날로그 장치와 달리 입력의 평등은 바람직하지 않은 상황이 아니며 피하려고 시도하지 않습니다.
이러한 장치는 또한 부울 대수 함수를 사용하여 프로그래밍 방식으로 쉽게 구축할 수 있습니다.또 다른 옵션 - 많은 마이크로 컨트롤러에는 별도의 외부 출력이 있는 "온보드" 아날로그 비교기가 있어 0 또는 1 형태의 두 값을 내부 회로와 비교하여 기성품 결과를 출력합니다. 이는 소형 컴퓨팅 시스템의 리소스를 절약합니다. .
전압 비교기는 어디에 사용됩니까?
비교기의 범위는 넓습니다. 예를 들어, 임계값 릴레이를 구축할 수 있습니다. 이를 위해서는 모든 값을 전압으로 변환하는 센서가 필요합니다. 이 값은 다음과 같을 수 있습니다.
- 조명 수준;
- 소음 수준;
- 용기 또는 저장소의 액체 수위;
- 다른 값.
전위차계를 사용하여 비교기의 트리거 레벨을 설정할 수 있습니다. 키를 통한 출력 신호는 표시기 또는 액추에이터에 제공됩니다.
히스테리시스를 높이면 비교기가 슈미트 트리거로 작동할 수 있습니다. 천천히 변화하는 전압이 입력에 적용될 때 출력은 이산 신호 가파른 전선.
두 요소를 연결하여 두 임계값 비교기 또는 창 비교기를 형성할 수 있습니다.
여기에서 임계 전압은 각 비교기에 대해 별도로 설정됩니다. 직접 입력의 상위 값, 역 입력의 하위 값. 자유 입력이 결합되어 측정된 전압이 제공됩니다. 출력은 "장착 OR" 방식에 따라 연결됩니다. 전압이 설정된 상한 또는 하한을 초과하면 비교기 중 하나가 출력에서 하이 레벨을 생성합니다.
다중 레벨 비교기는 선형 전압 표시기 또는 전압으로 변환된 값으로 사용할 수 있는 여러 요소로 구성됩니다. 4단계에 대한 계획은 다음과 같습니다.
이 회로에서는 각 요소의 입력에 기준 전압이 인가됩니다. 반전 입력은 함께 연결되고 측정된 신호를 수신합니다. 트리거 레벨에 도달하면 해당 LED가 켜집니다. 방사 소자를 일렬로 배치하면 인가 전압의 레벨에 따라 길이가 달라지는 라이트 스트립이 생성됩니다.
동일한 회로를 ADC(아날로그-디지털 변환기)로 사용할 수 있습니다. 입력 전압을 해당 바이너리 코드로 변환합니다. ADC에 포함된 요소가 많을수록 비트 깊이가 클수록 변환이 더 정확해집니다. 실제로 라인 코드는 사용하기 불편하고 인코더를 사용하여 익숙한 코드로 변환됩니다. 인코더는 논리적 요소를 기반으로 하거나 기성품 마이크로 회로를 사용하거나 적절한 펌웨어가 있는 ROM을 사용할 수 있습니다.
전문가 및 아마추어 회로에서 비교기의 범위는 다양합니다. 이러한 요소를 적절히 사용하면 광범위한 문제를 해결할 수 있습니다.
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