Összehasonlító

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2017. április 28-án áttekintett verziótól ; az ellenőrzések 25 szerkesztést igényelnek .

Analóg jelek komparátora (a latin comparare „hasonlítsa össze”) szóból - összehasonlító eszköz: olyan elektronikus áramkör, amely két analóg jelet vesz a bemenetein, és magas szintű jelet ad ki, ha a nem invertáló bemenet („+”) jele nagyobb. mint az invertáló (inverz) bemeneten ("-"), és alacsony szintű jel, ha a nem invertáló bemenet jele kisebb, mint az invertált bemeneten. A komparátor kimeneti jelének értéke egyenlő bemeneti feszültség esetén általában nincs meghatározva. Jellemzően a logikai áramkörökben a magas szintű jelhez logikai 1 értéket , míg az alacsony szintű jelhez logikai 0 értéket rendelnek .

A komparátorok folyamatos jelek, például feszültségek összekapcsolására szolgálnak a digitális eszközök logikai változóival .

Különböző elektronikus eszközökben használják, ADC és DAC , jelzőberendezések, tűrésszabályozás stb.

Az egyik komparátor bemenetre adott feszültséget (jelet) általában referencia- vagy küszöbfeszültségnek nevezik . A küszöbfeszültség a komparátor másik bemenetére kapcsolt bemeneti feszültségek teljes tartományát két altartományra osztja. A komparátor kimeneti állapota, magas vagy alacsony, jelzi, hogy a két altartomány közül melyikben van a bemeneti feszültség. Az egy bemeneti küszöbfeszültségű komparátort általában egyküszöbű komparátornak nevezik, vannak két vagy több küszöbfeszültségű komparátorok, amelyek rendre felosztják a bemeneti feszültségtartományt a résztartományok számára 1-gyel több küszöbértékkel.

Az összehasonlított jel a komparátor invertáló és nem invertáló bemenetére egyaránt alkalmazható. Ennek megfelelően a komparátort ettől függően invertálónak vagy nem invertálónak nevezzük.

A komparátor matematikai leírása

Analitikus formában az ideális egyküszöbű, nem invertáló komparátort a következő egyenlőtlenségi rendszer adja:

U_{out}={\begin{cases}U_{0},&{\mbox{if }}U_{in}<U_{ref}\\{\text{undefined)),&{\ mbox {if }}U_{in}=U_{ref}\\U_{1},&{\mbox{if }}U_{in}>U_{ref}\end{cases}}

hol van az összehasonlító küszöbfeszültség,

U_{ref}

U_{out}

a komparátor kimeneti feszültsége,

U_{in}

a bemeneti feszültség a komparátor jelbemenetén.

A harmadik, nem definiált érték bináris kimeneti állapot esetén lehet:

hozzárendelni vagy , $U_{0}$ $U_{1}$
hozzárendelni vagy véletlenszerűen dinamikusan, $U_{0}$ $U_{1}$
vegye figyelembe a kimenet korábbi állapotát, és az egyenlőséget nem tartja elégségesnek a váltáshoz,
vegye figyelembe a kimenő jel első deriváltját, és tekintse azt nullával egyenlőnek, mint elégtelennek a kapcsoláshoz.

Többértékű logika használata esetén, például a harmadik állapot (egyenlőség) figyelembe vételéhez, alkalmazza a megfelelő hármas függvényt a tiszta hármas logikából világos harmadik értékkel.

Komparátor áramkör

Áramkör , a legegyszerűbb komparátor egy nagy (ideális esetben végtelen) erősítéssel rendelkező differenciálerősítő . Általában a műveleti erősítő (op-amp) chipeket feszültség-összehasonlítóként használják a modern elektronikában . De vannak komparátorként való használatra specializálódott mikroáramkörök.

Az összehasonlító chip mind a bemeneti, mind a kimeneti fokozatban eltér a szokásos lineáris (op-amp) eszköztől:

A komparátor bemeneti fokozatának képesnek kell lennie arra, hogy ellenálljon a különböző bemeneti feszültségeknek (az invertáló és nem invertáló bemenetek között), egészen a tápfeszültségig, és a közös módusú feszültségek teljes tartományát.
A komparátor kimeneti fokozatát általában úgy tervezték, hogy a logikai szintek és áramok tekintetében kompatibilis legyen a logikai áramköri bemenetek általános típusával ( TTL , ESL technológiák stb.). A komparátor kimeneti fokozata egyetlen nyitott kollektoros tranzisztorral is elérhető , amely egyidejűleg kompatibilis a TTL és CMOS logikai áramkörökkel.
A komparátor áramköröket nem úgy tervezték, hogy negatív visszacsatolással működjenek műveleti erősítőként, és amikor használják őket, akkor nem használnak negatív visszacsatolást. Ezzel szemben a hiszteretikus átviteli karakterisztika kialakításához a komparátorokat gyakran pozitív visszacsatolás övezi. Ezzel az intézkedéssel elkerülhető a kimeneti állapot gyors, nem kívánt átkapcsolása a bemeneti jel zaja miatt, amikor a bemeneti jel lassan változik.
A komparátor mikroáramkörök tervezésénél különös figyelmet fordítanak a bemeneti fokozat gyors helyreállítására túlterhelés és a bemeneti feszültségkülönbség előjelének változása után. A nagy sebességű komparátorokban a sebesség növelése érdekében az áramkör nem teszi lehetővé, hogy a kimeneti fokozatban lévő bipoláris tranzisztorok telítési módba lépjenek.

A pozitív visszacsatolás által lefedett komparátorok hiszterézissel rendelkeznek, és alapvetően kétküszöbű komparátorok, gyakran Schmitt-triggernek hívják az ilyen összehasonlítókat .

Ha a bemeneti feszültségek egyenlőek, akkor a komparátor áramkör szerint csatlakoztatott valódi komparátorok és műveleti erősítők saját zajuk és a bemeneti jelek zaja miatt kaotikusan változó kimeneti jelet adnak. Az ilyen kaotikus kapcsolás visszaszorításának általános intézkedése a pozitív visszacsatolás bevezetése a hiszteretikus átviteli karakterisztika elérése érdekében.

Egy komparátor szoftveres modellezésekor probléma adódik a komparátor kimeneti feszültsége azonos feszültséggel a komparátor mindkét bemenetén. Ezen a ponton a komparátor instabil egyensúlyi állapotban van . A probléma sokféleképpen megoldható, a „Szoftver-összehasonlító” alfejezetben leírtak szerint.

Egy komparátor szoftveres szimulációja

A programokban első közelítésként használhatjuk az aszimmetrikus komparátor legegyszerűbb modelljét, amelyben az összehasonlított bemeneti változók azonos értékű harmadik értéke állandóan "0"-hoz vagy "1"-hez van rendelve. az alábbi példában a harmadik érték állandóan „0”-hoz van rendelve:

int V1 , V2 bújj ki ha ( V1 > V2 ) { ki = 1 } más { ki = 0 }

A szimmetrikus komparátorok bonyolultabb modelljeiben a harmadik érték is lehetséges, bináris logikán belül :

véglegesen hozzárendelni a "0"-hoz vagy az "1"-hez,
véletlenszerűen dinamikusan hozzárendelni a "0"-hoz vagy az "1"-hez,
vegye figyelembe az előző értéket, és az egyenlőséget nem tartja elégségesnek a váltáshoz,
vegye figyelembe az első deriváltot, és annak nullával való egyenlőségét nem tekinti elegendőnek a váltáshoz,

vagy lépj túl a bináris logikán, és:

a harmadik érték (egyenlőség) figyelembe vételéhez alkalmazza a megfelelő hármas függvényt az egyértelmű hármas logikából világos harmadik értékkel.

A szoftverszimulációban a harmadik állapot fennálló problémája, amikor két kódszóval ábrázolt szám lehet pontosan egyenlő, a gyakorlatban nem valósul meg: két feszültség nem egyezhet pontosan, mivel egyrészt az analóg feszültség nem kvantálható érték, másodsorban pedig zaj, komparátor bemeneti előfeszítési feszültsége és egyéb zavarok vannak, amelyek még akkor is feloldják a kétértelműséget, ha az analóg komparátor bemeneti feszültségei egyenlők.

Komparátorok két vagy több összehasonlító feszültséggel

Két vagy több hagyományos komparátorra épülnek.

Kétküszöbű (hármas) összehasonlító

A kétküszöbű (hármas) komparátornak két referenciafeszültsége van, és két hagyományos komparátorból áll. Két összehasonlító feszültség osztja a bemeneti feszültségek teljes tartományát három fuzzy altartományra a fuzzy ternáris logikában , amelyekhez három különálló érték van hozzárendelve az éles hármas logikában . A hármas komparátor kimenetén lévő 2 bites hármas (2B BCT) logikai jel ( trit ) jelzi, hogy a három altartomány közül melyikben van a bemeneti feszültség. A hármas komparátor logikai része egy unáris hármas logikai funkciót hajt végre - "ismétlő" (F107 3 = F8 10 ). A 2 bites hármas trit (2B BCT) átalakítható 3 bites tritre (3B BCT) vagy 3 bites tritre (3LCT) .

Analitikus formában egy kétküszöbű (hármas) komparátort adnak a következő egyenlőtlenségi rendszerek:

{\begin{cases}U_{ref2}>U_{ref1}\\U_{out1}={\begin{cases}0,&{\mbox{if }}U_{in}<U_{ref1} \\undefined,&{\mbox{if }}U_{in}=U_{ref1}\\1,&{\mbox{if }}U_{in}>U_{ref1}\end{cases}}\\ U_{out2}={\begin{cases}0,&{\mbox{if }}U_{in}<U_{ref2}\\undefined,&{\mbox{if }}U_{in}=U_{ref2 }\\1,&{\mbox{if }}U_{in}>U_{ref2}\end{cases}}\end{cases}}

ahol:

U ref1 és U ref2 az alsó és felső összehasonlítási küszöb feszültségei; U out1 és U out2 a komparátorok kimeneti feszültségei; U in a komparátorok bemeneti feszültsége.

A kétküszöbű (hármas) komparátor a legegyszerűbb egybites hármas ADC .

A hármas összehasonlító a fuzzy ternáris logikától a crisp ternáris logikáig terjedő adapter, amely a fuzzy hármas logikai problémákat éles hármas logika segítségével oldja meg.

A billenőkapcsolók és a 3 állású kapcsolók rögzítés nélkül (ON)-OFF-(ON) [1] [2] mechanoelektromos hármas (kétküszöbű ) komparátorok, amelyeknél a bemeneti érték a kar mechanikus eltérése a középállástól. .

A kétküszöbű (hármas) komparátor külön MA711H chipként (K521CA1) érhető el.

A népszerű NE555 időzítő chip precíziós Schmitt triggerében használják .

A 2I-NOT digitális logikai elemeken lévő bináris komparátorokkal ellátott, gyenge minőségű hármas komparátort három bemeneti feszültség tartományban egy hárombites egyegységes trit (3B BCT) átalakításával használják hármas tápfeszültségjelzőben [3] . A precíziós Schmitt trigger felépítéséhez ebből az áramkörből hiányzik a bináris RS flip-flop, amely két további 2I-NOT logikai elemen hajtható végre (például használjon kettőt a K155LA3 chip négy 2I-NOT logikai eleme közül).

Több bemenetes komparátorok

A párhuzamos közvetlen konverziós ADC -k bemeneti szakasza egy többszintű összehasonlító. Összehasonlító feszültségeket használ , ahol n a kimeneti kód bitjeinek száma. Az ilyen többbemenetes komparátorokban a szomszédos összehasonlítási szintek közötti különbség általában állandó. $2^{n}-1$

Példák komparátor integrált áramkörökre

Példa a jól ismert komparátorokra: LM311 (orosz analóg - KR554CA3), LM339 (orosz analóg - K1401CA1). Ez a mikroáramkör gyakran megtalálható, különösen a számítógépek alaplapjain , valamint a feszültségátalakító egységek PWM-vezérlőinek vezérlőrendszereiben (például ATX táprendszerrel rendelkező számítógépes tápegységekben) [4] [5] .

Összehasonlító paraméterek

A komparátorok minőségét jellemző paraméterek három csoportra oszthatók: pontosság, dinamika és teljesítmény. A komparátort ugyanazok a pontossági paraméterek jellemzik, mint a műveleti erősítőt. A komparátor fő dinamikus paramétere a tp kapcsolási idő. Ez az időintervallum az összehasonlítás kezdetétől addig a pillanatig, amikor a komparátor kimeneti feszültsége eléri az ellenkező logikai szintet. A kapcsolási időt az egyik komparátor bemenetre adott állandó referenciafeszültséggel, a másik bemenetre pedig Uin bemeneti feszültségugrással mérjük. Ez az idő attól függ, hogy az Uin mekkora a referenciafeszültség felett. A komparátor tp kapcsolási ideje két részre osztható: a tg késleltetési időre és a tl logikai áramkör küszöbértékéig való felfutási időre. A kézikönyvek általában a lépés után 5 mV-os differenciálfeszültség értéknél adják meg a kapcsolási időt.

Jegyzetek

↑ Billenőkapcsoló rögzítés nélkül 3 pozíció 5114.3709 . Letöltve: 2018. január 3. Az eredetiből archiválva : 2018. január 4.. (határozatlan)
↑ Egypólusú KN3 billenőkapcsolók 3 álláshoz rögzítés nélkül (ON)-OFF-(ON) . Letöltve: 2018. január 3. Az eredetiből archiválva : 2018. január 4.. (határozatlan)
↑ Egyszerű eszközök a K155LA3 chipen. A második áramkör a tápegység kimeneti feszültségének állapotát jelzi.
↑ Milovzorov O. V. Pankov I. G. Elektronika - 2004
↑ Weisburd F. I., Panaev G. A., Saveliev B. N. Elektronikus eszközök és erősítők - 2005

Linkek

Analóg komparátorok, működéselmélet