Alp22.ru

Промышленное строительство
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Цифровые компараторы (устройства сравнения)

Цифровые компараторы (устройства сравнения)

· Назначение и принцип работы компаратора, параметры.

Цифровые компараторы (от англ. compare – сравнивать, сличать) выполняют сравнение двух чисел, заданных в двоичном (двоично — десятичном) коде.

Цифровые компараторы относятся к арифметическим устройствам.В зависимости от схемного исполнения компараторы могут определять равенство А=В ( А и В – независимые числа с равным количеством разрядов) либо вид неравенства: А < В или А > В.

Результат сравнения отображается соответствующим логическим уровнем на выходе. Цифровые компараторы — выполняют, как правило, все эти операции и имеют три выхода.

Цифровые компараторы применяются для выявления нужного числа (слова) в потоке цифровой информации, для отметки времени в часовых приборах, для выполнения условных переходов в вычислительных устройствах.

Логическая схема, выполняющая операцию «исключающее ИЛИ — НЕ» может быть использована как одноразрядный компаратор. Однако в практических условиях исключающее ИЛИ (F=AВ ) применяется чащеи последующее описание будет идти применительно к этой операции.

Логическая структура одноразрядного компаратора показана на рисунке 7.12.

Схема представляет собой развернутую логическую структуру элемента «исключающее ИЛИ — НЕ» с тремя выходами.

Из определения операции «исключающее ИЛИ» вытекает, что

При A>B (это означает, что А = 1, В = 0) будет С = А = 1; когда А<В (А=, В=1), то D= В=1.

Логические элементы И с выходами С и В приведены для наглядности. В принципе сигналы C и D можно снимать с выходов внутренних схем И логического элемента И – ИЛИ – НЕ.

Два n – разрядных двоичных числа равны, когда попарно равны между собой все разряды этих чисел. Например, если числа А и В – четырехразрядные, то признаком их равенства будет А3=В3; А2=В2; А1=В1; А0=В0.

Неравенство А >В обеспечивается в четырех случаях:

А3>В3 (А3 и В3 – старшие разряды чисел А и В);

А3=В3, А2=В2 и А1>В1;

А3=В3, А2=В2, А1=В1 и А0>В0.

Для выполнения условия А < B достаточно поменять местами А и В.

Цифровые четырехразрядные компараторы выпускаются отечественной промышленностью в виде самостоятельных изделий. Примером могут служить микросхемы К555СП1 (ТТЛШ) и 564ИП2 (КМП).

На рисунке 7.13 представлено УГО ИСМ 564ИП2.

В функциональном отношении эти приборы близки к другу и, помимо определения неравенства двух четырехразрядных чисел, допускают наращивание с целью увеличения разрядности. Микросхема 564ИП2 (рисунок 7.13) является типичной в этом смысле. Микросхема включает в себя четыре одноразрядных компаратора (рисунок 7.13). Числа, подлежащие сравнению, подают на входы А3 – А0 и В3 – В0 (А0 и В0 – младшие разряды).

Сравнение происходит поразрядно. Микросхема имеет расширяющие входы А=В, А<В, А>В, которые позволяют наращивать разрядность сравниваемых чисел без дополнительных логических элементов.

Компараторы можно соединять каскадно и параллельно. При каскадном соединении (рисунок 7.14) выходы А=В и А<В предыдущей микросхемы (младшие разряды) подключают к соответствующим входам последующей.

На выходы А=В, А<В, А>В микросхемы младших разрядов подают потенциалы U 0 , U 1 и U 1 соответственно. В последующих микросхемах на входах А>В поддерживают потенциал U 1 . При этом способе соединения компараторов задержки суммируются.

При параллельном (пирамидальном) соединении подобных устройств переходные процессы занимают меньшее время.

На рисунке 7.15 показан способ сравнения двух чисел – вплоть до двадцати разрядов.

Используя каждый из пяти входных компараторов в качестве промежуточных, можно увеличить длину слов до 100 разрядов.

Контрольные вопросы:

1. Какое назначение имеет компаратор?

2. Объясните принцип работы одноразрядного компаратора, представленного на рисунке 7.12.

Построение компараторов на основе логических элементов

Прежде чем перейти к построению схем компараторов, необходимо вспомнить порядок построения схем, реализующих функции «Равнозначность» и «Неравнозначность» (см. п.2.3.2).

Составим функции «Равнозначность» и «Неравнозначность», которые будем использовать в дальнейшем. Функция «Равнозначность» принимает значение 1, если две ее входные переменные имеют одинаковые логические потенциалы: x1=x2=1 ИЛИ x1=x2=0. Поэтому ее представляют как . Условное изображение элемента «Равнозначность» приведено на рис.3.17,а.

Рис.3.17. Условные изображения элементов «Равнозначность» (а) и «Неравнозначность» (б).

Функция «Неравнозначность» принимает значение 1, если две ее входные переменные имеют разные логические потенциалы: x1=1, x2=0 ИЛИ x1=0, x2=1. Поэтому ее представляют в следующем виде:

где значок — символизирует функцию «Неравнозначность».

Функцию «Неравнозначность» иначе называют «Исключающее ИЛИ». Ей присуще интересное свойство: если на один ее вход подать лог.1, то логический потенциал, поданный на второй вход, будет на выходе инвертирован; если же вместо лог.1 на один вход подать лог.0, то функция будет вести себя как повторитель логического потенциала, поданного на другой вход. Это легко проверит это самостоятельно. Условное изображение элемента «Неравнозначность» дано на рис.3.17,б. Вместо приведенного значка (=1) используется значок m2, указывающий на то, что «Исключающее ИЛИ» функционирует по правилам сложения одноразрядных двоичных чисел (сложение по модулю 2): 1+0=1; 0+1=1; 0+0=0; 1+1=0 (при арифметическом сложении единица переносится в соседний более старший разряд).

Пример 3.3.Построить схему сравнения чисел с использованием элементов «Равнозначность» и базисных логических элементов.

Читайте так же:
Восстановление аккумулятора шуруповерта своими руками видео

Остановимся подробнее на равенстве чисел. Заметим, что функция Fa=b — функция «Равнозначность». По смыслу она противоположна функции «Неравнозначность» («Исключающее ИЛИ»):

Поэтому проверку равенства одноименных разрядов двух чи­сел можно осуществить, используя элемент «Равнозначность» (рис.4, а).

Два многоразрядных числа A и В равны, если их одноименные разряды содержат одинаковые цифры (а=b И а1=b1 И . И аn-1=bn-1), т.е. функция, характеризующая соотношение чисел, должна быть конъюнкцией функций, характеризующих соотношение цифр в их одноименных разрядах:

Когда цифры в одноименных разрядах чисел А и В одинаковы, то на выходах всех элементов «Равнозначность» стоят лог.1 и FA=B=1 (см.рис.3.18). Если хотя бы в одной паре разрядов находятся разные цифры, то на выходе соответствующего элемента «Равнозначность» будет лог.0, и функция FA=B=0, что указывает на неравенство чисел А и В.

Рис.3.18. Схема сравнения двух чисел на базе

Построение схем сравнения (компараторов) для неравенства чисел.Рассмотрим теперь неравенство чисел, используя выражение

Пусть А>В. Выявление такого неравенства начинается со старших разрядов; если они равны, то сравнивается следующая пара одноименных разрядов и т. д. Так, в случае 3-разрядных чисел могут быть следующие варианты:

1) неравенство цифр в старших разрядах (а2>b2), что в соответствии с (1) представляется выражением . При этом неравенство чисел А>В описывается тем же выражением;

2) равенство цифр в старших разрядах (а2=b2), что представляется выражением ( ) и неравенство цифр в средних разрядах чисел (а1>b1), что описывается выражением . При этом неравенство чисел А>В представляется конъюнкцией двух приведенных выражений .

3) равенство цифр в старших и средних разрядах (а2=b2, а1=b1), что описывается выражениями и , и неравенство цифр в младших разрядах (a>b), что описывается выражением . При этом неравенство чисел А>В представляется конъюнкциями трех предыдущих выражений .

Пример 3.4. Построить схему на основе базисных логических элементов для сравнения многоразрядных чисел.

Поскольку возможен любой из трех вариантов, то выражение, учитывающее все варианты, запишется в виде дизъюнкции приведенных конъюнкций:

Если на выходе схемы, элементы которой реализуют приведенные конъюнкции и дизъюнкцию из выражения (3.6), устанавливается лог.1, то число А>В. Этому соответствует схема, приведенная на рис.3.19.

Рис. 3.19. Схемы сравнения определения А>В

По аналогичным схемам (см. рис.5б) выполняются компараторы для сравнения чисел с большей разрядностью.

★ Компаратор — логические элементы ..

Компаратор

Компаратор аналоговых сигналов, компаратор-электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и на выходе высокий уровень, если сигнал на неинвертирующем входе больше чем на инвертирующем входе, и низкого уровня сигнала, если сигнал на неинвертирующем входе меньше инверсный вход. выходное значение компаратора при равных входных напряжениях, обычно не рассматриваются. Как правило, в логический сигнал высокого уровня приписывается значение логического 1, а низкая — логика 0.

Используя компараторы и связь между непрерывными сигналами, такими как напряжение и логика цифровых устройств переменные.

Используется в различных электронных устройств, АЦП и ЦАП, системы сигнализации, контроля допуска и т. д.

Одним из напряжения сигнала, поданного на один вход компаратора подается обычно называют ссылкой или пороговое напряжение. пороговое напряжение делит диапазон входного напряжения, подаваемого на другой вход компаратора на два поддиапазона. выходного состояния компаратора, High или Low указывает, какой из двух поддиапазонов находится входное напряжение. компаратор с одним входом порогового напряжения называется одноралова компаратор, есть компараторы с двумя и более порог чувствительности, которые делят соответственно диапазон входного напряжения по числу подзон на 1 большого количества порогов.

Сравнить сигнал может подаваться как на инвертирующий, так и неинвертирующий вход компаратора. соответственно, в зависимости от которого компаратор называется инвертирующий или неинвертирующий.

1. Математическое описание компаратора. (The mathematical description of the comparator)

В аналитической форме это идеальное odnotonovye неинвертирующий компаратор задается следующей системой неравенств:

В-третьих, неопределенное значение в случае двоичного выходного состояния может быть:

  • Учитывать предыдущее состояние выхода и рассмотреть равенство является недостаточным для переключения.
  • Назначить U 0 <свойства стиль отображения значение U_<0>> или U 1 (У 1) <свойства стиль отображения значение U_<1>> (Это<1>>) произвольно динамически.
  • Назначить U 0 <свойства стиль отображения значение U_<0>> или U 1 (У 1) <свойства стиль отображения значение U_<1>> (Это<1>>).
  • Рассмотрим сначала производную по времени выходного сигнала и его равенство нулю является недостаточным для переключения.

В случае использования многозначной логики, например, трехкомпонентных с учетом третьего равенства применить соответствующие троичная функция четкой троичной логики с третьим значением.

2. Схемотехника компараторов. (The circuitry of the Comparators)

Простейшая схема компаратор представляет собой дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, в идеале бесконечной. обычно как компараторы напряжения в современной электронике применяются операционные микросхемы усилители операционные усилители. но есть и специализированные для использования в качестве схем сравнения.

Схема компаратора отличается от обычного линейного устройства, так и его входных и выходных секций:

  • Микросхемы компараторы не предназначены для работы с отрицательной обратной связью в качестве ОУ и их использование отрицательной обратной связи не используется. И наоборот, для формирования передаточной характеристики гистерезисного компараторов часто включать положительные отзывы. это позволит избежать нежелательных быстрое переключение состояния выхода из-за шума во входном сигнале при медленно изменяющемся входном сигнале.
  • Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон дифференциального входного напряжения между инвертирующих и неинвертирующих входов, до значения питающих напряжений, а также в полном диапазоне синфазных напряжений.
  • Выходной каскад компаратора, как правило, совместимы с логическими уровнями и токов с общим типом входов логических технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п. возможно исполнение выходного каскада компаратора на одном транзисторе с открытым коллектором, который обеспечивает одновременную совместимость с ТТЛ и КМОП логическими схемами.
  • При проектировании схем компараторов, особое внимание уделено быстрого восстановления ввода стадии перегрузки и изменение знака разности входных напряжений. В быстродействующих компараторов для повышения производительности схемотехника не допускать попадания биполярных транзисторов в выходном каскаде в режиме насыщения.

Компаратор охватывается положительной обратной связи имеют гистерезиса и, по сути, компаратор окна часто называют триггером Шмитта.

При равных входных напряжениях реальная компараторы и ОУ включен в схеме компараторов дать случайно меняющегося выходного сигнала из-за собственных шумов и шумов входных сигналов. обычная мера подавления хаотического переключения — введение положительной обратной связи для получения гистерезиса передаче характеристик.

В ходе моделирования программного обеспечения компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при этом напряжение на обоих входах компаратора. В этот момент компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. проблема может быть решена различными способами, описано в подразделе «программный компаратор».

2.1. Схемотехника компараторов. Моделирование компаратора. (Simulation of comparator)

В программах в качестве первого приближения можно использовать простейшую модель асимметричной компаратор, в котором третье значение равно сравнение значений входных переменных, окончательно назначено к «0» или «1» в примере, показанном ниже, третье значение постоянно назначенные «0»:

DEFINT Y DEFSNG X Xref=2.5 Xin=2.6 IF (DEFINT г DEFSNG х внешних ссылок=2.5 Ксин=2.6 если) Xin&gt, Xref THEN Y=1 ELSE Y=0 (Ссылки то y=1 то у=0) Асимметричный компаратор PRINT Y (ПЕЧАТИ)

В более сложных моделях симметричных компараторы третье значение, в рамках бинарной логики:

  • Приписывать «0» или «1» произвольно динамически.
  • Считать первой производной, и его равенство нулю является недостаточным для переключения.
  • Приписывать «0» или «1» постоянно.
  • Учитывать предыдущие значения и посчитать равенства недостаточным для переключения.

или выйти за рамки двоичной логики и:

  • К ответу на третий ценности равенства, чтобы применить соответствующие троичная функция четкой троичной логики с третьим значением.

Проблема в третье состояние, когда программное обеспечение моделирования, когда два числа представлены кодовые слова, можете быть точно равны, на практике не происходит: два напряжение не может быть точно такой же, потому что, во-первых, аналоговое значение напряжения sequentually, а во-вторых, есть шум, напряжение смещения входов компаратора, и другие нарушения двусмысленность даже в случае равенства входных напряжений компаратора.

3.1. Компараторы с двумя и более напряжение сравнения. Окно Троицы компаратора. (The Trinity window comparator)

Троица окна компаратор имеет два напряжения сравнения и состоит из двух обычных компараторы, два напряжения сравнения делит весь диапазон входных напряжений на три нечетких поддиапазона в нечеткой fuzzy (нечетко) троичной логики, который назначает трех различных значений в четкой троичной логики. двухбитном троичном 2B BCT (2Б ВСТ) логический сигнал Трит в троичной выходе компаратора указывает, какой из трех поддиапазонов находится входное напряжение. логическая часть троичного компаратора выполняет унарную троичную логику функции «повторитель» F107 3 = F8 10 (F107 3 = Ф8 10). двухбитном троичном Трит 2B BCT (2Б ВСТ) может быть преобразован в трембиты Трит 3B BCT (3Б ВСТ) или в трехуровневой Трит 3LCT.

Аналитическая окна троичного компаратора задается следующей системой неравенств:

где: U ref1 и U ref2 (У ref2) — напряжение нижнего и верхнего порогов сравнения, U out1 (У вых1) и U out2 (У вых2) — выходное напряжение компаратора, и U in (U) — входное напряжение компаратора.

Окно Троицы компаратор является простейшим одноразрядных троичных АЦП.

Троичный компаратор является переходник с нечеткой fuzzy (нечетко) в четкой троичной логике троичной логики для решения задач нечеткой троичной логики к троичной логики очевидно.

Ручки и переключатели на 3 положение без фиксации ON-OFF-ON (ВКЛ-ВЫКЛ-НА) являются тройными наличия механоэлектрической компаратор окно, в котором входной величиной является механическое отклонения рычага от среднего положения.

Троица компаратора имеется окно в виде отдельных микросхем MA711H К521СА1.

Используется в точности триггер Шмитта популярной микросхеме-таймере NE555.

Троичный компаратор низкого качества с двоичными Компараторами на цифровых логических схемах элементов 2И-НЕ применил Троицы напряжение питания, преобразования трех входных диапазонов в одном трембиты одноменный Трит 3B BCT (3Б ВСТ). построить прецизионный триггер Шмитта в этой цепи не хватает двоичного RS-триггера, которые могут быть выполнены два дополнительных логических элементов 2И-НЕ например, использовать две из четырех логических элементов 2И-НЕ СК К155 ЛА3.

3.2. Компараторы с двумя и более напряжение сравнения. Мульти-Компараторы. (Multi-Comparators)

Входной каскад параллельных АЦП прямого преобразования многоуровневого компаратора. Он использует 2 n (2) − 1 <свойства стиль отображения значение 2^<н>-1> напряжения сравнения, где n — число битов выходного кода. разница между соседними уровнями сравнения в таких многоканального компаратора, как правило, постоянными.

4. Примеры интегральных схем компараторов. (Examples of integrated circuits Comparators)

Пример широко известных компараторов: LM311 российский аналог — КР554СА3, LM339 русский аналог — К1401 АК1. эта микросхема часто встречается, особенно на материнских платах компьютеров и систем управления ШИМ контроллер блоков преобразования напряжения, например в компьютер блоки питания с мощностью системы ATX.

5. Параметры компараторов. (The parameters of the Comparators)

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические, и обслуживание. компаратора характеризуется теми же техническими параметрами, как ОУ. основным динамическим параметром компаратора является время переключения тя. это промежуток времени от начала сравнения до тех пор, пока выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. время переключения измеряется при постоянной опорного напряжения поступает на один из входов компаратора и скачок входного напряжения Эвха применен другой вход. это время зависит от величины превышения Эвха выше опорного напряжения. На Фиг. 8, что переходная характеристика компаратора мА710 для различных значений дифференциального входного напряжения UG с общей скачок входного напряжения в 100 мВ. время переключения компаратора ТН можно разделить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога логических цепей ТН. В справочниках, как правило, включает в себя время переключения для значения дифференциального напряжения равен 5 мВ после прыжка.

Компаратор схема на логических элементах

Выше уже описывалось одно из преимуществ этой концепции — возможность параллельного соединения нескольких идентичных схем. Выходы элементов с открытым коллектором соединяются, на этом основано построение логических устройств с тремя состояниями.

Рис. 2.7. Схемы с открытым коллектором

Другой классический пример применения таких элементов — это согласование по уровню двух схем, работающих при разных напряжениях питания. В любом случае на выходе каскада с открытым коллектором должен быть включен резистор, соединенный с источником напряжения +UCC или — UCC (для транзисторов типа n-p-n или p-n-р соответственно). Он фактически выполняет функцию нагрузочного резистора в цепи коллектора. При параллельном включении двух или более каскадов достаточно будет одного общего резистора (рис. 2.7в). Его номинал определяется в зависимости от токов, которые должны протекать по коллекторным цепям транзисторов.

2.1.9. Двухтактный каскад

Двухтактный каскад — это каскад на двух транзисторах, обычно используемый на выходе быстродействующих цифровых устройств. Кроме того, он входит в состав многих управляющих схем на МОП транзисторах. Двухтактный каскад включают также на выходе большинства генераторов синусоидального напряжения, работающих на низкоомную нагрузку (обычно 50 Ом). Его применение обеспечивает улучшение согласования генератора с нагрузкой. Базовая схема проста (рис. 2.8а): у двух комплементарных транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором, соединены эмиттеры и базы. Транзистор n-p-n типа присоединен к положительному полюсу источника питания, а транзистор p-n-р типа — к отрицательному. Транзисторы открываются поочередно, и напряжение на выходе практически повторяет по форме входной сигнал.

Двухтактный каскад обладает одним недостатком: он не может полностью воспроизвести сигнал, который в отрицательный полупериод опускается до нуля. В таком случае перепад напряжения на выходе оказывается меньше, чем на входе, из-за конечного остаточного напряжения на открытом транзисторе. Этот недостаток не играет никакой роли, когда каскад используется для управления схемой на МОП транзисторах, но важен для выходных каскадов. С целью устранения описанной проблемы необходимо обеспечить симметричное питание двухтактного каскада, то есть применить дополнительный источник отрицательного напряжения (рис. 2.8б).

Рис. 2.8. Двухтактный каскад

2.1.10. Компаратор на транзисторе

Для сравнения двух напряжений не обязательно обращаться к операционному усилителю. С подобной задачей вполне может справиться простая и дешевая схема компаратора на транзисторе, которая представлена на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Компаратор на транзисторе

Транзистор p-n-р типа сравнивает опорное напряжение на эмиттере с частью контролируемого напряжения, поданной на базу через резистивный делитель R1R2. Когда напряжение на базе падает ниже опорного, транзистор открывается и выход компаратора (коллектор транзистора) переходит в состояние с высоким потенциалом. Такая схема может использоваться, например, для контроля напряжения батареи питания.

2.1.11. Гистерезис в электронике

Термин «гистерезис» происходит от греческого слова «запаздывание» и означает появление задержки в развитии одного физического явления по отношению к другому. Гистерезис играет большую роль в технике и, в частности, в электронике. Он проявляется каждый раз, когда выполняется операция сравнения двух величин с некоторой точностью.

Суть данного явления можно пояснить на примере работы термостата независимо от наличия или отсутствия электронного регулятора. Рассмотрим термостат, настроенный на поддержание температуры 20 °C с помощью электрического нагревателя. Если бы управляющая нагревателем биметаллическая пластина, деформирующаяся при изменении температуры, не обладала гистерезисом, нагреватель включался бы и выключался очень часто, что приведет к быстрому износу контактов. В действительности регулятор включается при 19 °C, а выключается примерно при 21 °C. При этом механическая инерционность биметаллической пластины и тепловая инерционность нагревателя порождают явление гистерезиса, переключение режимов происходит с небольшой частотой, а температура в термостате колеблется в некотором интервале вблизи заданного значения (рис. 2.10а).

Рис. 2.10. Схема реализации гистерезиса

В электронике все процессы развиваются гораздо быстрее, и нередко приходится искусственно создавать задержку для снижения частоты переключения. В качестве примера на рис. 2.10б приведена схема компаратора на базе операционного усилителя.

Устройство сравнивает регулируемое напряжение Uвх с опорным Uoп, которое задается с помощью батарейки. Результат сравнения выводится на светодиодный индикатор. Чтобы усилить проявление гистерезиса и снизить частоту мигания индикатора, используют резистор, через который часть выходного сигнала передается на вход операционного усилителя. При этом снижается коэффициент усиления каскада и задерживается включение и выключение индикатора.

2.2. Операционные усилители

2.2.1. Присоединение неиспользуемых входов

Иногда один из операционных усилителей (ОУ) микросхемы, в корпусе которой размещаются два или четыре ОУ, не применяется. Подчас это делается преднамеренно, как, например, при использовании микросхемы LM324 ((счетверенный ОУ), которая дешевле, чем сдвоенный аналог LM358. В этом случае возникают проблемы паразитных колебаний и избыточного потребления тока. Для их разрешения неиспользуемые входы следует соединить по схеме повторителя напряжения, то есть вход + (плюс) с общей точкой, а вход (минус) с выходом (рис 2.11).

Рис. 2.11. Присоединение неиспользуемых входов ОУ

2.2.2. Уровень выходного сигнала

Операционный усилитель может с одинаковым успехом использоваться как в аналоговых приложениях (в усилителях и генераторах), так и в цифровых. В его характеристиках среди прочих указывают максимальный уровень выходного сигнала по отношению к напряжению питания. Известная микросхема LM324, например, имеет типичный уровень сигнала 1,5 В. Таким образом, при питании 5 В напряжение на ее выходе никогда не превысит 3,5 В. Это может мешать запуску логической схемы, порог переключения которой не адаптирован к такому уровню, или обеспечению питания нагрузки, требующей более высокого напряжения. В этом случае включение реле на 5 В становится ненадежным. Светодиод никогда полностью не погаснет, а будет гореть с меньшей интенсивностью. В подобных случаях на выходе операционного усилителя рекомендуется поставить буферный каскад на транзисторе.

2.2.3. Объединение выходов операционных усилителей

Иногда при использовании ОУ в качестве компараторов напряжения возникает необходимость объединения их выходов. Разумеется, такую операцию нельзя проводить с моделями, для которых подобный вид соединения не предусмотрен (например, LM324). Микросхема LM389 имеет на выходе каскад на n-p-n транзисторе с открытым коллектором и допускает такое соединение. Типичное применение такой схемы — отслеживание аналоговой величины (например, напряжения батареи) и выдача сигнала в случае ее выхода за пределы заданного диапазона (рис. 2.12). Оба усилителя включены по схеме компаратора, один для верхнего порога, другой — для нижнего.

Компаратор

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство [1] ) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного и выходного каскадов:

  • Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения.
  • Выходной каскад компаратора выполняется совместимым по логическим уровням и токам с конкретным типом входов логических схем (технологий ТТЛ, ЭСЛ и т. п.). Возможны выходные каскады на одиночном транзисторе с открытым коллектором (совместимость с ТТЛ и КМОП логикой).
  • Для формирования гистерезисной передаточной характеристики, компараторы часто охватывают положительной обратной связью. Эта мера позволяет избежать быстрых нежелательных переключений состояния выхода, обусловленном шумами во входном сигнале, при медленно изменяющемся входном сигнале.

При подаче эталонного напряжения сравнения на инвертирующий вход, входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).

При подаче эталонного напряжения сравнения на неинвертирующий вход, входной сигнал подаётся на инвертирующий вход и компаратор является инвертирующим (инвертором).

Несколько реже применяются компараторы на основе логических элементов, охваченных обратной связью (см., например, триггер Шмитта — не компаратор по своей природе, но устройство с очень схожей областью применения).

При математическом моделировании компаратора возникает проблема выходного напряжения компаратора при одинаковых напряжениях на обоих входах компаратора. В этой точке компаратор находится в состоянии неустойчивого равновесия. Проблему можно решить, если принять доопределение, что, в точке неустойчивого равновесия выходное напряжение компаратора остаётся в предыдущем состоянии.

Содержание

Реализации

В аналоговой схемотехнике компаратор обычно реализуется на базе операционного усилителя, охваченного резистивной положительной обратной связью.

Компараторы с двумя и более напряжениями сравнения

Строятся на двух и более дифференциальных усилителях.

Компараторы, построенные на двух дифференциальных усилителях, можно условно разделить на двухвходовые и трёхвходовые. Двухвходовые компараторы применяются в тех случаях, когда сигнал изменяется достаточно быстро (не вызывает быстрых переключений состояния выхода, и на выходе генерируют один из потенциалов, которыми запитаны опреационные усилители (как правило — +5В или 0В).

Троичный компаратор

Трёхвходовой (троичный) компаратор имеет два напряжения сравнения. Два напряжения сравнения делят весь диапазон входных напряжений на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения в чёткой троичной логике. Двухбитный троичный (2B BCT) логический сигнал (трит) на выходе троичного компаратора указывает в каком из трёх поддиапазонов находится входное напряжение. Логическая часть троичного компаратора выполняет унарную троичную логическую функцию — «повторитель» (F1073 = F810). Двухбитный троичный трит (2B BCT) может быть преобразован в трёхбитный трит (3B BCT) или в трёхуровневый трит (3LCT).
Троичный компаратор является простейшим одноразрядным троичным АЦП.
Троичный компаратор является переходником из нечёткой (fuzzy) троичной логики в чёткую троичную логику для решения задач нечёткой троичной логики средствами чёткой троичной логики.
Применяется в прецизионном триггере Шмитта с RS-триггером.
Троичный компаратор низкого качества с двоичными компараторами на цифровых логических элементах применён в троичном индикаторе напряжения источника питания с преобразованием двухбитного трита (2B BCT) в трёхбитный одноединичный трит (3B BCT) [2] .

Многовходовые компараторы

2^n-1

Входной каскад параллельных АЦП прямого преобразования является многоуровневым компаратором. В нём применяются напряжений сравнения, где n — количество битов выходного кода.

Промышленные компараторы

Пример широко известных компараторов: LM311 (российский аналог — КР554СА3), LM339 (российский аналог — К1401СА1). Эта микросхема часто встречается, в частности, на системных платах ЭВМ, а также в системах управления ШИМ контроллеров в блоках преобразования напряжения (например в компьютерных блоках питания с системой питания ATX). Подробнее о них можно узнать из книги «Электроника», О. В. Миловзоров, И. Г. Панков — 2004; «Электронные приборы и усилители», Ф. И. Вайсбурд, Г. А. Панаев, Б. Н. Савельев — 2005

Примечания

  1. Перевод из «Англо-русского словаря по вычислительной технике и программированию» ABBYY Lingvo
  2. Простые устройства на микросхеме К155ЛА3

Ссылки

  • Сопряжение цифровых и аналоговых систем
  • Логические элементы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Компаратор» в других словарях:

КОМПАРАТОР — (фр. comparateur, от лат. comparere сравнивать). Аппарат для сравнения длины почти равных масштабов. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОМПАРАТОР франц. comparateur, от лат. comparare, сравнивать.… … Словарь иностранных слов русского языка

компаратор — Средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин. Примеры 1. Рыжачные весы. 2. Компаратор для сличения нормальных элементов. [РМГ 29 99] компаратор Устройство, среда, объект, используемый для сравнения хранимых или… … Справочник технического переводчика

компаратор — а, м. comparateur. нем. Komparator <лат. comparator сравнивающий. 1. Компаратор. Comparateur. Аппарат для сравнения длины почти равных масштабом. Михельсон 1877. Прибор, с помощью которого производится сравнение и проверка линейных мер. СИС… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Компаратор — от лат. comparator сравнивающий прием, используемый в рекламе, основанный на подчеркивании преимуществ рекламируемого товара в сравнении с аналогичными, производимыми и продаваемыми другими фирмами. К. запрещен законодательствами ряда государств … Словарь бизнес-терминов

КОМПАРАТОР — (от лат. comparo сравниваю) измерительный прибор для сравнения измеряемой величины с эталоном (равноплечные весы, электроизмерительные потенциометры и др. приборы сравнения). Различают компараторы оптические, электрические, пневматические и др.… … Большой Энциклопедический словарь

КОМПАРАТОР — КОМПАРАТОР, измерительный прибор, используемый для осмотра изготовленного изделия с целью проверки его соответствия заданным параметрам, обычно путем прямого сопоставления, а иногда путем сравнения с эталонным образцом, с учетом принятых допусков … Научно-технический энциклопедический словарь

КОМПАРАТОР — (от лат. comparo сравниваю), прибор для сравнения измеряемых величин с мерами или шкалами (см. СРАВНЕНИЕ С МЕРОЙ). К. измеряют разность двух близких по величине одноимённых физ. величин, чем достигается высокая точность. Пример К. для измерений… … Физическая энциклопедия

КОМПАРАТОР — прибор для точного сравнения линейных мер. Во всех типах К. для точного измерения длин применяются микроскопы, передвигаемые микрометрическими винтами. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное… … Технический железнодорожный словарь

компаратор — сущ., кол во синонимов: 5 • блинккомпаратор (1) • миниметр (2) • радиокомпаратор … Словарь синонимов

компаратор — comparator Komparator вимірювальний прилад, що реалізує порівняння однорідних фізичних величин. Діє за принципом порівняння вимірюваної величини або характеристики (довжини, напруги, кольору тощо) з еталонною. К. є, напр., важільні терези,… … Гірничий енциклопедичний словник

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector