Mga Comparator Circuits gamit ang IC 741, IC 311, IC 339

Ang pangunahing pagpapaandar ng isang circuit ng kumpara upang ihambing ang dalawang antas ng boltahe sa mga input pin nito at gumawa ng isang output upang maipakita kung aling input boltahe ang may mas mataas na potensyal kaysa sa iba pa.

Sa artikulong ito ay detalyadong matututunan natin kung paano tama ang disenyo ng mga circuit ng kumpara gamit ang mga tanyag na IC tulad ng IC 741, IC 311 at IC LM339

Pagkakaiba sa Pagitan ng isang Maghahambing at Op Amp

Ang IC 741 ay isang perpektong halimbawa ng isang solong op amp, at ang IC LM311 ay maaaring maituring na isang magandang halimbawa ng isang nakatuon na solong kumpare.

Mahahanap mo ang parehong mga yunit na ito na mayroong magkatulad na simbolo ng aparato na tatsulok na hugis sa loob, na karaniwang kinikilala at ginagamit namin para sa pagguhit ng mga circuit ng kumpara. Gayunpaman, ang tugon sa output ng dalawang anyo ng mga kumpare na ito ay maaaring magkaroon ng ilang pangunahing pagkakaiba.

Bagaman ang isang op amp at isang kumpare ay parehong maaaring mai-configure upang ihambing ang mga kaugalian na signal sa kanilang mga input pin, ang mga pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng dalawang katapat ay:

• Sa pinalakas na kundisyon, ang output ng isang op amp ay magiging positibo o negatibo, depende sa mga antas ng input pin na boltahe, ngunit hindi kailanman maaaring buksan. Sa kaibahan, ang isang output ng kumpara ay maaaring buksan o saligan (negatibo), o lumulutang.
• Ang isang output ng op amp ay maaaring gumana nang walang anumang pull up o pull down resistors, ngunit ang isang kumpare ay palaging nangangailangan ng isang panlabas na pull-up o hilahin pababa risistor upang paganahin ang yugto ng output upang gumana nang normal.
• Ang isang op amp ay maaaring magamit upang makabuo ng mataas na mga circuit ng amplifier, ang isang tagapaghambing ay hindi maaaring gamitin para sa mga naturang aplikasyon.
• Ang tugon sa paglipat ng output ng isang op amp ay karaniwang mas mabagal kumpara sa isang kumpare na IC.

Ang isang klasikong disenyo ng circuit ng kumpara ay makikita sa sumusunod na pigura:

Dito, ang output ay tumutugon sa isang 'mataas' na digital signal, tuwing ang boltahe sa di-invertting (+) na input ay mas mataas kaysa sa invertting (-) input. Sa kabaligtaran, ang output ay nagiging isang mababang digital signal, tuwing ang noninverting input boltahe ay mas mababa kaysa sa pag-invert ng boltahe ng input.

Sumangguni sa nasa itaas na pigura sa itaas, maaari naming makita ang isang karaniwang koneksyon ng isang circuit ng kumpara na mayroong isang input (ang inverting input sa halimbawang ito) na na-configure na may isang boltahe ng sanggunian, at ang iba pang input pin na kung saan ay ang noninverting input na konektado sa isang input signal boltahe .

Sa oras na ang Vin ay gaganapin sa mas mababang boltahe kaysa sa sanggunian boltahe ng +2 V, ang output ay mananatiling mababa sa paligid -10 V. Kung ang Vin ay nadagdagan sa itaas lamang +2 V, ang output ay agad na nagbabago ng estado, at lumiliko nang mataas sa paligid + 10 V. Ang pagbabago ng estado sa output mula sa -10 V hanggang +10 V ay nagpapahiwatig na ang Vin ay naging mas mataas kaysa sa sanggunian +2 V.

Ang pangunahing sangkap sa loob ng anumang tagapaghambing ay isang op amp circuit, na itinakda sa isang napakataas na boltahe na nakuha. Upang pag-aralan ang pagtatrabaho ng isang kumpara nang tumpak maaari naming kunin ang halimbawa ng IC 741, tulad ng ipinakita sa ibaba:

Makikita natin rito ang inverting input pin2 (-) ay sumangguni sa lupa, o isang antas ng 0 V. Ang isang sinusoidal signal ay inilalapat sa pin3 na kung saan ay ang noninverting input ng op amp. Ang kahaliling pagkakaiba-iba ng signal ng sinusoidal na ito ay sanhi ng paglabas sa output sa pagitan ng mataas at mababang output na estado, tulad ng ipinahiwatig sa kanang bahagi ng imahe.

Kapag ang input Vin ay gumagalaw kahit isang millivolt sa 0 V na sanggunian, ang pagkakaiba ay pinalakas ng panloob na mataas na pagtaas ng op amp ng IC, na sanhi ng output na maging mataas sa output positibong antas ng saturation. Ang kondisyong ito ay napapanatili hangga't ang Vin signal ay mananatili sa itaas ng 0 V na sanggunian.

Ngayon, sa sandaling ang antas ng signal ay bumaba ng isang lilim sa ibaba ng reperensiya ng 0 V, ang output ay hinihimok sa mas mababang antas ng saturation nito. Muli, ang kondisyong ito ay pinapanatili hangga't ang Vin input signal ay mananatili sa ibaba ng antas ng sanggunian na 0 V.

Ang paliwanag sa itaas at ang waveform na ipinakita sa imahe ay malinaw na nagpapahiwatig ng digital na tugon ng output para sa isang linearly varying input signal.

Para sa normal na mga aplikasyon, ang antas ng sanggunian ay hindi dapat nasa 0 V, sa halip ay maaaring maging anumang positibong antas ayon sa kinakailangan. At, kung kinakailangan kinakailangan ang sanggunian ay maaari ding konektado alinman sa positibo o mga negatibong linya ng supply, habang ang input signal ay inilalapat sa iba pang input pin.

Paggamit ng IC 741 bilang isang Comparator

Sa sumusunod na halimbawa malalaman natin kung paano mabisa gumamit ng op amp bilang isang kumpare

Sa figure maaari nating makita ang isang op amp circuit na nagtatrabaho sa isang positibong sanggunian na itinakda sa pag-invert ng input pin (-) nito. Ang output ay naka-attach sa isang LED.

Gamit ang pormula ng boltahe divider network, maaari nating kalkulahin ang halaga ng boltahe ng refernce sa (-) input pin ng IC.

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

Dahil ang sanggunian na ito ay nauugnay sa (-) pin ng IC, kung ang boltahe Vin sa input na (+) ay mas mataas kaysa sa sanggunian na ito o magiging mas positibo kaysa sa sanggunian, pipilitin ang output Vo na lumipat sa positibong antas ng saturation.

Ito ay magiging sanhi ng pag-iilaw ng LED, na nagpapahiwatig na ang Vin ay naging mas positibo kaysa sa antas ng sanggunian ng +6 V.

Sa kabaligtaran kung ang noninverting input (+) ay na-configure bilang pin ng sanggunian at inilapat ng Vin sa inverting input (-) pin, ang output ay bababa kapag ang Vin input ay napupunta sa ibaba ng sangguniang halaga, at kabaliktaran.

Agad nitong magiging sanhi ang pag-patay ng LED.

Samakatuwid, ang LED ay maaaring gawin upang lumipat ON o OFF para sa isang naibigay na signal ng pag-input, sa pamamagitan ng naaangkop na mga kable ng mga input na pin na may antas ng sanggunian at signal ng pag-input.

Paggamit ng Dalubhasang Mga Unit ng IC ng Comparator

Karaniwan ang mga op amp ay gumagana nang mahusay bilang mga circuit ng kumpara, ngunit ang paggamit ng isang nakatuon na kumpara sa IC ay gumagana nang mas mahusay kaysa sa isang op amp para sa isang aplikasyon ng kumpare.

Ang mga Comparator IC ay partikular na idinisenyo para sa pagpapaandar ng kumpare at nagpapakita ng isang pinabuting tugon tulad ng mas mabilis na paglipat sa output sa pagitan ng positibo at negatibong antas.

Ang mga IC na ito ay nagtataglay ng mas mataas na kaligtasan sa sakit sa ingay, at sa maraming okasyon ang mga output ay maaaring direktang magamit para sa pagmamaneho ng isang karga.

Alamin natin ang tungkol sa isang pares ng mga tanyag na kumpare ng IC nang detalyado, mula sa sumusunod na talakayan.

Comparator Circuit gamit ang IC 311

Ipinapakita ng figure sa itaas ang panloob na layout at ang mga detalye ng pinout ng comparator IC 311. Ang IC ay idinisenyo upang gumana mula sa dalawahang supply ng kuryente din, sa saklaw na +15 V at -15 V, na isang karaniwang antas na katugma para sa lahat mga modernong digital IC.

Ang yugto ng output sa loob ng IC ay may isang bipolar transistor, pagkakaroon ng lumulutang na kolektor at mga emitter terminal. Nangangahulugan ito na ang output mula sa transistor na ito ay maaaring mai-configure ay maaaring mai-configure sa dalawang magkakaibang paraan:

1. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang pull-up risistor na may collector pin7 at saligan ang emitter pin1, at kasunod na paggamit ng kolektor bilang output.
2. Sa pamamagitan ng pagsali sa kolektor na may positibong linya at paggamit ng emitter bilang output.

Ang output ng transistor ay maaari ding gamitin para sa pagmamaneho ng isang relay o isang maliit na karga tulad ng isang lampara nang direkta nang walang anumang panlabas na yugto ng buffer.

Nagtatampok din ang IC ng isang balanse at isang pag-input ng strober na maaaring gated sa output.

Tatalakayin namin ang ilang mga kapaki-pakinabang na application ng IC na ito sa mga sumusunod na seksyon:

Ipinapakita ng pigura sa itaas kung paano mai-configure ang IC 311 tulad ng a detektor ng zero-tawiran kumpare upang maunawaan ang input boltahe, tuwing tumatawid ito sa zero line.

Ang inverting input (-) ng 311 ay makikita na sumali sa lupa. Sa panahon ng input signal ay nasa positibong antas, ang output transistor ay mananatiling nakabukas ON, na lumilikha ng isang mababang (-10 sa halimbawang ito) sa output (kolektor ng transistor).

Sa sandaling ang input signal ay negatibo o mas mababa sa 0 V, ang transistor ay naka-OFF. Lumilikha ito ng positibong + 10V sa output ng kolektor ng IC. Pinapayagan kaming malaman kung kailan ang input signal ay nasa itaas ng zero level at kapag bumaba ito sa ibaba ng zero level.

Ipinapakita ng susunod na pigura sa ibaba kung paano maaaring gamitin ang IC 311 comparator para sa paggawa ng isang strobed circuit.

Sa halimbawang circuit na ito, ang output pin7 ay magiging mataas kapag ang antas ng boltahe ng pin3 ay tumataas sa itaas ng sanggunian ng pin2. Ngunit maaari lamang itong mangyari habang ang pin6 strob input pin ay mababa o sa 0 V.

Kapag ang isang mataas na stro ng TTL ay inilalapat sa base ng transistor, ang pin6 ay nagiging mababa, na nagiging sanhi ng paglipat ng output ng IC output, at sa gayon ay pinapagana ang pin7 na maging mataas.

Ang output ay patuloy na magiging mataas hangga't ang input ng TTL ay gaganapin mataas, hindi alintana ang kondisyon ng signal ng input sa pin3.

Gayunpaman, kung ang signal ng TTL ay inilapat sa strobed form, pagkatapos ay ang output ay tumutugon sa input signal sa pin3. Sa simple, ang output ay mananatiling naka-lock sa mataas, maliban kung ang pin6 ay na-strobed.

Paano Makakonekta sa isang Relay sa isang Maghahambing

Ipinapakita ng susunod na pigura sa ibaba kung paano direktang magagamit ang kumparador 311 magpatakbo ng isang relay .

Dito, kapag ang antas ng boltahe sa input pin2 ay bumaba sa ibaba 0 V, ang pin3 ay mas positibo kaysa sa pin2. Ito ay sanhi ng kolektor ng panloob na transistor upang i-OFF, na lumilipat SA relay. Ang mga contact ng relay maaaring mai-wire na may isang mas mabibigat na load para sa pagpapatupad ng isang nais na aksyon ng paglipat.

Hangga't ang (+) input sa pin2 ay mananatili sa ibaba 0 V, ang relay ay mananatiling nakabukas ON. Sa kabaligtaran, kapag ang isang positibong signal ay magagamit sa pin2, ang relay ay mananatiling naka-OFF.

Comparator Circuit gamit ang IC 339

Ang IC 339, na tanyag din na nakasulat bilang LM339, ay isang quad comparator IC. Ibig sabihin, may kasamang 4 na magkakahiwalay na boltahe na kumpare na ang mga input at output ay naaangkop na winakasan sa pamamagitan ng kani-kanilang panlabas na mga pin ng IC package, tulad ng ipinakita sa ibaba.

Tulad ng anumang iba pang kumpare, ang bawat block ng kumpara ay mayroong isang pares ng mga input, at isang output. Kapag ang IC ay pinalakas ng paglalagay ng boltahe sa Vcc, at mga supply ng lupa na pin, pinapagana nito ang lahat ng mga kumpare. Kaya't kahit na ginagamit ang isang solong kumpare, ang lahat ng iba pang 3 ay gugugol ng ilang lakas.

Ang lahat ng kumpare ay may eksaktong magkatulad na mga katangian, samakatuwid maaari naming pag-aralan ang anuman sa mga ito upang malaman ang pangunahing pagpapaandar ng kumpare.

Kapag ang isang positibong kaugalian na input ay inilapat sa buong mga terminal ng pag-input, ibig sabihin kapag positibo ang pagkakaiba sa pagitan ng mga inilapat na signal, pinapatay nito ang output transistor. Ito ay sanhi ng output upang ipakita ang isang bukas na circuit, o isang lumulutang na bukas.

Kapag negatibo ang input ng kaugalian, nangangahulugang negatibo ang pagkakaiba sa pagitan ng mga inilapat na signal sa mga input pin, lumiliko ito sa output transistor ng kumpare, na nagiging sanhi ng output pin ng kumpare na maging negatibo, o sa V- potensyal.

Sumangguni sa figure sa itaas, maaari naming maunawaan na kapag ang non-inverting (+) na input ng IC ay ginagamit bilang sanggunian na pin, isang boltahe na mas mababa kaysa sa sanggunian na ito sa inverting input pin (-) ay magreresulta sa output ng kumpare upang maging bukas. Sa kabilang banda, kung ang (-) ay ginamit bilang sanggunian na pin, isang antas ng boltahe sa (+) input na mas mataas kaysa sa sanggunian ay magiging sanhi ng output na maging negatibo o sa V-

Upang malaman kung paano gumagana ang IC 339 tulad ng isang kumpare, ang sumusunod na halimbawa ay ipinapakita ang IC bilang isang zero crossing detector.

Sa sandaling ang signal ng pag-input ay tumataas sa itaas ng 0 V, ang output ay nakabukas nang mataas sa antas ng V +. Ang output ay naka-OFF sa V- lamang habang ang input ay gaganapin sa ibaba 0 V.

Tulad ng ipinaliwanag dati, ang antas ng sanggunian ay hindi kailangang maging 0 V, maaari itong mabago sa anumang iba pang nais na antas. Bilang karagdagan, maaari mo ring gamitin ang iba pang input pin (+) bilang sanggunian na pin, at ang (-) input pin bilang signal input pin para sa pagtanggap ng iba't ibang signal ng input.

Bentahe ng pagkakaroon ng isang Floating Output sa Mga Comparator ICs

Tulad ng tinalakay sa mga nakaraang paliwanag, ang output ng mga kumpara ay inililipat sa pamamagitan ng BJT na mayroong isang bukas na kolektor bilang output. Nagbibigay ito ng kalamangan sa pagkonekta sa mga output ng dalawang kumpara mula sa IC 339 nang direkta tulad ng isang O gate .

Ang isang magandang halimbawa ng isang window ng comparator circuit ay makikita sa ibaba. Narito ang dalawang mga bloke ng mga kumpara ng IC 339 ay naka-configure na may isang solong karaniwang signal ng pag-input, at ang mga output ay sumali tulad ng O gate.

Mababa ang output ng kani-kanilang mga kumpare tuwing ang signal ng pag-input ay tumatawid sa mas mababang hanay ng threshold o sa itaas na hanay ng threshold, sa gayon ay malalaman ang gumagamit kung ang signal ay wala sa itinakdang antas ng window.

Ang isang comparator ng window ay maaaring magamit para sa mga kapaki-pakinabang na application tulad ng mataas na tagapagtanggol ng mababang boltahe circuit, at solar tracker circuit atbp.

Konklusyon

Mula sa mga paliwanag sa itaas, nalaman natin na:

Ang mga tagapaghahambing ay karaniwang mga yunit na mayroong dalawang mga pantulong na input, at isang tumutugong output. Ang output ay nagiging mataas o mababa kapag ang antas ng boltahe sa isa sa mga input ay mas mataas o mas mababa kaysa sa iba pang input, depende kung aling input ang ginamit bilang sanggunian o sa isang nakapirming antas ng boltahe.

Kahit na ang isang op amp ay maaari ding magamit tulad ng isang kumpare, ang dalubhasang mga tagapaghambing ng IC ay mas mahusay na idinisenyo upang gumana tulad ng mga kumpare.

Ang nakatuon na mga IC na paghahambing tulad ng LM311, LM339 ay espesyal na idinisenyo para sa aplikasyon ng kumpare, na may mas mabilis na tugon at isang nababaluktot na kasalukuyang kasalukuyang kakayahan.

Kung mayroon kang anumang mga kaugnay na katanungan, mangyaring huwag mag-atubiling tanungin sila sa pamamagitan ng kahon ng komento sa ibaba.