Как работает компаратор напряжения

Компаратор напряжения является довольно интересным устройством. Как он работает? Благодаря чему он может выполнять свои функции? Нельзя не отметить их значительную важность в многочисленных бытовых приборах, которые есть в большом количестве в каждом доме.

Общая информация

Чтобы управлять электронными схемами, используют большое количество различных устройств. Они позволяют разветвлять и настраивать сигналы. Чтобы сравнивать два различных импульса, используют компаратор. Что же он собой представляет? Компаратор напряжения – это устройство, которое занимается сравнением двух различных напряжений и силы тока, и на основании полученных данных он выдаёт конечный силовой сигнал. С его помощью указывается на большее полученное значение и указывается на соотношение полученных параметров. Устройство имеет две аналоговые вводные клеммы, что могут обрабатывать отрицательный и положительный сигнал. Также у них есть, подобно АЦП, один двоичный цифровой выход. На чем базируется его функционирование? Для обеспечения работы всегда создаётся компаратор напряжения на транзисторах.

Что применяется в современности

Первоначально широко использовались интегрированные компараторы напряжения. За характерные особенности их работы они назывались высокоскоростными. Для них требуется наличие дифференциального напряжения в рамках определённого диапазона, который значительно ниже, нежели напряжение в сети питания. Подобные приборы не допускали наличия внешних сигналов, которые выходили бы за установленные рамки. Современный аналогово-цифровой компаратор напряжения имеет транзисторный ввод. Как правило, потенциальный сигнал для него не должен превышать значение в 0,3 В. Часто можно встретить компаратор напряжения на микроконтроллере. Для таких случаев используется продукция компаний «Микрочип» и «Атмел». В случае если приходится иметь дело со стереокомпаратором (их ещё называют компараторами ультрабыстрого типа), то требуемый порог не превышает значения 0,2 В. Следует отметить, что величина используемого диапазона ограничена конкретным входным напряжением.

И это всё?

Конечно же, нет! Существует ещё компаратор напряжения на операционном усилителе. Он представляет собой прибор, у которого разница между входом и высоким сопротивлением сигнала чрезвычайно тонко сбалансирована. Благодаря этому они используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить работу схем с небольшим напряжением. Также устройства, где используются операционные усилители, часто ещё называются видеоспектральным компаратором. Теоретически, оно может работать в конфигурации, где предусмотрено наличие открытого контура (то есть нет отрицательной обратной связи). Устройство в таких случаях используется как компаратор низкой производительности.

Какие недостатки есть у компараторов с операционными усилителями

Они имеют такие негативные моменты:

1. Так, основное их предназначение – это работа в линейном режиме, когда отсутствует отрицательная обратная связь. Также их особенностью является довольно значительный режим восстановления.
2. Практически у всех операционных усилителей есть конденсаторы внутренней компенсации, что ограничивают скорость нарастания значения выходного напряжения при генерации высокочастотных сигналов. Поэтому использование подобных схем приводит к незначительной задержке импульсов.
3. И напоследок – компаратор не обладает внутренним гистерезисом.

Из-за перечисленных недостатков использование устройства для управления разными схемами обходится зачастую без различных усилителей. Единственным исключением является использование генератора.

Использование

Работа компаратора напряжения часто применяется во время производственных процессов, где существует ограниченное выходное напряжение. Но при этом необходимо, чтобы оно хорошо взаимодействовало с цифровой логикой. Поэтому их часто можно встретить в разнообразных термических приборах. В качестве примера можно привести реле температуры, терморегулятор и прочее. Могут они использоваться и с целью сравнения сигналов и сопротивления для таких устройств, как стабилизатор, таймер и прочее. В бытовых устройствах их содержит едва ли не любая микросхема. Компаратор напряжения можно найти в микроволновой печи, духовке и многих иных современных образцах техники.

Принцип работы

Давайте пройдём весь путь логических «измышлений» данного устройства. Итак, первоначально на плюс-вход поступает аналоговый сигнал. Он называется неинвертируемым. Затем переносимся к выходу. Он называется инвертируемым и может высылать два разнополярных аналогичных сигнала. От чего зависит «принятое» устройством решение? Допустим, что аналоговый вход больше выхода. В таком случае нами будет получена логическая единица. Благодаря этому, допустим, будет включен открытый коллектор транзистора или же произведено иное действие с другим элементом схемы. И она начнёт выполнять возложенные на неё функции. В случае если аналоговый выход больше, нежели вход, устройство работает в режиме логического нуля и ничего не происходит. В таких ситуациях большую роль играет опорное напряжение компаратора.

И ещё немного об устройстве

Давайте уделим внимание двухпороговым и фазовым компараторам. В случае их применения практически всегда работа строится на воздействии на входы в рамках логических цепей. И их функционирование зависит от уровня сети питания. Можно сказать, что это довольно своеобразные элементы перехода сигнала от аналоговой к цифровой форме. Благодаря этому можно не уточнять неопределённость выходов сигнала. Почему? Дело в том, что компаратор всегда может обеспечить определённый захват петли гистерезиса.

Применение

Давайте же рассмотрим более детально, где и как они используются. Так, во многих домах есть компаратор напряжения для разряда аккумулятора на ноутбуке или телефоне, весы, датчики сетевого напряжения. Встретить их можно во множестве различных интегральных микросхем, где они используются с целью обеспечения контроля над входными импульсами. Благодаря этому поддерживается связь между источником сигнала и пунктом назначения. Часто применяется компаратор-регулятор (триггер) Шиммера. Этим существенным преимуществом является возможность работы в режиме многоканальности, когда можно сравнивать значительное количество сигналов. Он обеспечивает весьма широкий функционал (по сравнению со стандартными компараторами). Также эти устройства используются для визуального определения состояния поверхности, что обрабатывается. Для этих целей используется компаратор шероховатости.

Программирование

Компараторы используются в качестве составной части электрической схемы ШИМ. Но не только. Они могут быть применены и для написания отдельных программ или же их компонентов. Так, их часто используют, чтобы создавать java-коллекции. Что необходимо для этого? Вот небольшой список с ответами:

1. Первоначально следует позаботиться о среде разработки. Можно порекомендовать обратить внимание на Maven. В ней создаётся проект, и для него выбираются нужные компоненты.
2. Затем устанавливаются дополнительные утилиты, и следует начинать создавать новый файл. Имейте в виду, что прерывать процесс недопустимо. Также во время работы рекомендуется сохраняться на всех этапах работы.
3. Когда всё готово, нужно выставить требуемые настройки.
4. Затем нужно создать класс, что будет использоваться для проверки данных, а также их распределения по нужным ячейкам памяти. Класс используется также для сортировки определённой информации по конкретным параметрам и при надобности обеспечения их защиты.

Как выбрать устройство при покупке

Приобрести готовый компаратор представляется возможным в любом радиотехническом магазине. Цена же на него будет зависеть от выдвигаемых требований. В первую очередь необходимо определиться с назначением устройства. Затем внимание должен получить такой момент, как количество каналов. Также следует внимательно осмотреть устройство на предмет наличия внешних повреждений. Так, оно может пострадать во время транспортировки или же просто было выполнено некачественно.

Как проверить работоспособность компаратора напряжения

У многих начинающих радиолюбителей часто возникает вопрос, как узнать, можно ли использовать устройство. Для этого не нужно иметь какую-то сложную схему или устройство. Для этого достаточно использовать вольтметр. При этом на входы подаётся регулируемое напряжение и определяется, работает оно или нет. Не следует забывать и о том, что устройства часто содержат выходной транзистор. У них коллектор и эмиттер вроде «висят в воздухе». Поэтому необходимо обеспечить соответствующее подключение. В таком случае на инверсный вход подаётся опорное напряжение.

Заключение

Вот и был рассмотрен компаратор напряжения. Это полезное устройство позволит обеспечить работу для большого количества различных устройств. Компаратор позволит создать множество разных схем и значительно расширит поле деятельности радиолюбителя. Не следует ограничиваться уже существующими разработками. При этом необходимо научиться обеспечить работу компаратора с другими элементами.