Компараторы и их применение, градиентные реле (8 схем)
Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ
Компаратор. Описание и применение. Часть 2
Всем доброго времени суток. В предыдущих статьях я рассказывал о применении операционных усилителей в линейных схемах , где ОУ охвачен отрицательной обратной связью , которая позволяет строить усилители, параметры которых будут в основном определяться элементами обвязки ОУ. Данная статья расскажет о применении ОУ без обратной связи или даже с положительной обратной связью ПОС. Как известно напряжение на выходе ОУ U ВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения U Д разность напряжений между входными выводами на коэффициент усиления ОУ по напряжению К U. С учётом вышесказанного можно сделать вывод, что без применения отрицательной обратной связи, которая снижает усиление ОУ в схеме, применение ОУ бесполезно, так как при входных напряжениях в несколько милливольт ОУ войдёт в насыщение с выходным напряжением равным напряжению питания. Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь ПОС для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта , детекторы уровней напряжения. Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже. Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений. В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение U BX , а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения U ОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ. Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю , то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор сравнивает два напряжения с учётом знака. Расссмотрим обе схемы подробнее. На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению по модулю. В его основе лежит инвертирующий сумматор , в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения U BX и опорного напряжения U ОП приведённого к инвертирующему входу U ПРИВ , а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах U BX и U ПРИВ должны иметь разную полярность. Приведённое напряжение U ПРИВ можно вычислить по следующему выражению. Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2. Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения. Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже. В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель , в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением U BX и U ОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение. При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже. Появление ложных импульсов на выходе компаратора. Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис , путём добавления положительной обратной связи ПОС к операционному усилителю. В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня порога переключения. Данное различие иллюстрирует изображение ниже. Изменение входного и выходного напряжения компаратора справа и триггера Шмитта слева. Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем порогом срабатывания триггера U ВП и нижним уровнем порогом срабатывания триггера U НП. Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью ПОС , которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже. Триггер Шмитта на операционном усилителе. Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения. Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения U ВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения U НАС- примерно на 1 — 2 В выше отрицательного напряжения питания U ПИТ-. Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением. Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса U ГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания U ВП и нижнего порога срабатывания U НП. Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения. Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже. Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС. Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня U ВХ ОП , то выходное напряжение U ВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона U СТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В. Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже. Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения. В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2. А вместо U НАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В при одном стабилитроне или U СТVD2 при двухстороннем ограничении. Ваш e-mail не будет опубликован. Главная О сайте Рубрики Начинающим Усилительная схемотехника Силовая электроника Импульсная техника Цифровая схемотехника Новости. Высоковольтный стабилизатор на ОУ Стабилизатор напряжения на ОУ Генераторы синусоидальных колебаний на ОУ Генераторы треугольных импульсов на ОУ Генераторы на ОУ: Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован. Рубрики Импульсная техника Начинающим Новости Силовая электроника Усилительная схемотехника Цифровая схемотехника. Параметрические стабилизаторы напряжения Блокинг-генератор. Расчёт блокинг-генератора Компенсационные стабилизаторы напряжения. Сглаживающие фильтры Диодные ограничители Триггер Шмитта на транзисторах Выпрямители. Логические элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ. Разделы сайта Импульсная техника Начинающим Новости Силовая электроника Усилительная схемотехника Цифровая схемотехника. Последнии посты Что такое электромагнитная индукция? Магнитное поле в веществе. Часть 2 Магнитное поле в веществе. Часть 1 Магнитная индукция в вакууме Электромагнетизм. Свежие комментарии Алиса к записи Выпрямители. Сглаживающие фильтры анатолий к записи Микросхемы мультиплексоры Олег к записи Импульс. RC и RL цепи Василий Q к записи Блокинг-генератор. Расчёт блокинг-генератора SarmAt к записи Генераторы на ОУ: Запрещено использование материалов сайта без согласия его авторов и обратной ссылки.
Компаратор представляет собой устройство сравнения сигналов, своеобразные электрические весы. После этого компаратор переключится: На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже. К градиентным реле рис. В исходном состоянии напряжения на входах компаратора равны. Градиентное реле находится в режиме ожидания сигнала. При изменении напряжения на делителе R1 — датчик на одном из входов компаратора напряжение изменяется мгновенно, на другом — изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной наличием RC-цепочки рис. Для срабатывания компаратора достаточно, чтобы разница напряжений между его входами составила несколько мВ. Если считать, что заряд или разряд конденсатора происходит по линейному закону, то при изменении сопротивления датчика градиентное реле сработает в момент времени t1 рис. При дальнейшей стабилизации сопротивления датчика или возвращения его к исходному уровню на входах компаратора вновь устанавливается состояние равновесия, градиентное реле выключается. Индикатор изменения освещенности рис. Чувствительным элементом индикатора является фотодиод VD3. Фотодиод направляют на участок телевизионного экрана, наиболее критичный к условиям охраны. При неизменной освещенности на телевизионном экране рабочая точка компаратора DA1 КСАЗ устанавливается автоматически: В силу равенства этих напряжений чувствительность компаратора близка к предельной, и даже небольшая разность напряжений при изменении сопротивления фотодатчика VD3 вызовет срабатывание исполнительного устройства светодиод HL1, реле К1, управляющее системой тревожной сигнализации. Если в поле контролируемого участка изображения появляется какой-либо объект, изменяется освещенность экрана, и, соответственно, ток через фотодиод. Это приведет к изменению напряжения на неинвертирующем входе вывод 3 компаратора DA1. На инвертирующем же входе микросхемы вывод 4 изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной RC-цепочкой R3C1. Схема может быть настроена для работы на понижение или повышение освещенности экрана подключением конденсатора С1 к тому или иному входу компаратора. Градиентное фотореле можно использовать и в оптических охранных системах, а также для подсчета изделий на конвейере. При пересечении объектом светового луча устройство сработает. Начальное сопротивление термодатчика, например, терморезистора типа ММТ-6, должно быть соизмеримо с сопротивлением R1 верхним плечом делителя напряжения. Подключение нагрузки к компаратору DA1 рис. При срабатывании устройства тиристор отпирается, самоблокируется и включает нагрузку, например, реле К1. Устройство реагирует на перемещение тела человека вблизи датчика или на дыхание на расстоянии до 50 см. Градиентный индикатор электрического поля рис. При отсутствии постоянного электрического поля сопротивление датчика полевого транзистора минимально; напряжение на входах компаратора близко к напряжению питания. При появлении источника постоянного электрического поля сопротивление сток — исток полевого транзистора возрастает, напряжение на средней точке входного делителя уменьшается, и градиентное реле срабатывает. Индикатор имеет высокую чувствительность: Сенсорно-емкостное реле градиентного типа рис. Реле включается при касании сенсорного контакта сенсорное реле или срабатывает при приближении к антенне устройства емкостное реле. Принцип действия устройств заключается в наведении переменного электрического тока частотой 50 Гц через тело человека на вход схемы. В емкостном реле входная цепь представляет собой одну из обкладок развернутого в пространстве конденсатора, что обусловливает чувствительность к появлению в поле этого конденсатора токопроводящих объектов человека, животных. Сенсорную площадку или антенну можно подключить к входу схемы через резистор Сейсмореле и реле ударного срабатывания рис. Для реализации сейсмореле, реагирующего на микровибрации, к входу устройства рис. Устройство реагирует на легкое постукивание по столу, на котором расположены датчики. В качестве датчика можно использовать и пьезоэлектрический звукосниматель электропроигрывающего устройства. Для повышения чувствительности устройства кремниевые диоды следует заменить на германиевые. К входу устройства рис. Устройство чувствительно к БЧ-составляющей звуковых сигналов. Магниточувствительное реле градиентного типа может быть выполнено по схеме на рис. В качестве датчика используют магниторезистор СМ Датчиком переменного магнитного поля может служить и телефонный капсюль без мембраны или многовитковая катушка с железным сердечником. Датчик подключают к входу устройства вместо терморезистора через конденсатор емкостью свыше 10 мкФ. Реле сработает, если датчик поднести к источнику переменного магнитного поля катушке электромагнита. Детектор ВЧ-сигналов — может быть выполнен по схеме рис. Выбор рабочей точки на наиболее крутом участке этой характеристики обеспечит повышенную чувствительность детектора к 6Ч-сигналам: Чем больше начальный ток через диоды, тем выше чувствительность устройства. В то же время заметно возрастет потребляемый устройством ток. ВЧ-сигнал подают на диоды через конденсатор емкостью Светодиод HL1 в цепи нагрузки начинает светиться при уровне входного сигнала При использовании соответствующих датчиков на основе градиентных реле могут быть собраны реле влажности, изменения атмосферного давления и др. Преобразовать, например, изменение атмосферного давления в изменение электрического сопротивления можно с использованием запаянного сильфона. Это металлическая тонкостенная гофрированная камера, сопряженная с движком потенциометра. Изменение атмосферного давления вызовет изменение объема сильфона и изменение его размеров с последующим перемещением движка потенциометра. В более простых по механике конструкциях на сильфон может быть наклеен тензорезистор или закреплен вывод специального полупроводникового прибора ге-дистора , сопротивление которого изменяется при деформации. Преобразователи амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса рис. При подаче на устройство входного сигнала синусоидальной или иной формы с увеличением амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства сформируются прямоугольные импульсы, ширина которых будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки, установки порогов. Полоса рабочих частот определяется емкостью конденсаторов С1 и С2. Для германиевых диодов пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот Максимальная амплитуда входного сигнала — в пределах Радиоэлектроника, схемы, статьи и программы для радиолюбителей. Ниже приведены практические примеры применения градиентных реле. Практическая схемотехника Книга 1 , год. Вы нашли у нас нужные вам схемы? Да, и не одну Нашел ла нужную схему Да, схема уже работает! Да, схему собрал ла но не работает Еще ищу К сожалению не нашел ла Голосовать Результаты. Информация на сайте предоставлена в ознакомительных и научных целях. При использовании материалов с данного сайта, ссылка на наш сайт и первоисточник обязательна!
Фаркоп субару форестер своими руками
Фильм где сны мальчика сбываются ужас
Текст фильма мастер и маргарита
Сколько положено чтобы выплатили декретннога отпуска
Обновить карты навител в минске