ما هو مقارن الجهد وما الغرض منه؟

عند تصميم الدوائر الإلكترونية ، غالبًا ما يكون من الضروري مقارنة مستوى جهدين. لهذا ، يتم استخدام جهاز مثل المقارنة. يعود اسم العقدة إلى اللاتينية المقارنة ، أو بالأحرى إلى اللغة الإنجليزية للمقارنة - للمقارنة.

ما هو مقارن الجهد

في الحالة العامة ، المقارنة عبارة عن جهاز يحتوي على مدخلين لتزويد القيم المقارنة (الفولتية) ومخرج لنتيجة المقارنة. يحتوي المقارنة على مدخلين لتزويد المعلمات المقارنة - مباشر وعكسي. يتم ضبط الإخراج على وحدة منطقية عندما يتجاوز جهد الدخل المباشر المعكوس ، والصفر - إذا كان العكس صحيحًا. إذا ، مع وجود فرق موجب بين المدخلات العكسية والمباشرة ، تم تعيين أحدهما ، وفي الحالة المعاكسة - صفر ، عندئذٍ يسمى هذا المقارنة المقلوبة.

مبدأ عمل المقارنة

من الملائم بناء مقارنة مكبر تشغيلي (OU).لهذا ، يتم استخدام خصائصه مباشرة:

• تضخيم فرق الإشارة بين المدخلات المباشرة والمقلوبة ؛
• عامل تضخيم لانهائي (في الممارسة العملية - من 10000 وما فوق).

يمكن اعتبار تشغيل جهاز op-amp كمقارن باستخدام مخطط التبديل التالي:

يجب أن يكون هناك جهاز op-amp بكسب 10000 ، يكون جهد الإمداد ثنائي القطب ، + 5 V وسالب 5 V. مقسم عند الإدخال المقلوب ، يتم ضبط المستوى المرجعي على 0 فولت بالضبط ، عند الإدخال المباشر ، تتم إزالة ناقص 5 فولت من شريط تمرير مقياس الجهد. يجب أن يضخم مضخم التشغيل الفرق بمقدار 10000 مرة ، نظريًا ، يجب أن يظهر جهد أقل من 50000 فولت عند الخرج. لكن ليس لدى opamp أي مكان يأخذ مثل هذا الجهد ، ويخلق أقصى جهد ممكن - جهد التغذية ، ناقص 5 فولت.

إذا بدأت في رفع الجهد عند الإدخال المباشر ، فسيحاول المرجع أمبير ضبط فرق الجهد بين المدخلات ، مضروبًا في 10000. وسوف ينجح عندما يقترب جهد الدخل من الصفر ويصبح تقريبًا سالب 0.0005 فولت مع زيادة أخرى في جهد الدخل عند الإدخال الإيجابي ، سيرتفع الناتج إلى الصفر وما فوق ، وبجهد +0.0005 فولت سيصبح +5 فولت ولن يرتفع أكثر - لا يوجد مكان. وبالتالي ، عندما يتجاوز جهد الدخل مستوى الصفر (بتعبير أدق ، ناقص 0.0005 فولت - + 0.0005) ، سيقفز جهد الخرج من سالب 5 فولت إلى +5 فولت. بمعنى آخر ، طالما أن الجهد عند الإدخال المباشر أقل منه عند الإدخال المقلوب ، يتم ضبط خرج المقارنة على الصفر. إذا كان أعلى - واحد.

المهم هو قسم فرق المستوى عند المدخلات من سالب 0.0005 فولت إلى + 0.0005.من الناحية النظرية ، عندما يمر ، سيكون هناك ارتفاع سلس من جهد الإمداد السالب إلى الموجب. في الممارسة العملية ، هذا النطاق ضيق للغاية ، وبسبب التداخل والتداخل وعدم استقرار جهد الإمداد ، إلخ. مع المساواة التقريبية للجهود في المدخلات ، ستحدث عملية فوضوي للمقارن في كلا الاتجاهين. كلما انخفض مكاسب المرجع ، اتسعت نافذة عدم الاستقرار هذه. إذا كان المقارن يتحكم في المشغل ، فسيؤدي ذلك إلى تشغيله في الوقت المناسب (النقر فوق المرحل ، وإغلاق الصمام ، وما إلى ذلك) ، مما قد يؤدي إلى عطل ميكانيكي أو ارتفاع درجة الحرارة.

لتجنب ذلك ، يتم إنشاء ردود فعل إيجابية ضحلة عن طريق تشغيل المقاوم المشار إليه بالخط المتقطع. هذا يخلق تباطؤًا طفيفًا ، مما يؤدي إلى تحويل عتبات التبديل مع مرور الجهد لأعلى ولأسفل بالنسبة للمرجع. على سبيل المثال ، سوف يقوم المقارن بالتبديل عند 0.1 فولت ، ولأسفل عند الصفر تمامًا (اعتمادًا على عمق التغذية المرتدة). سيؤدي هذا إلى القضاء على نافذة عدم الاستقرار. يمكن أن تتراوح قيمة هذا المقاوم من عدة مئات من الكيلوغرامات إلى عدة ميغا أوم. كلما انخفضت المقاومة ، زاد الفرق بين العتبات.

هناك أيضا ICs المتخصصة المقارنة. على سبيل المثال ، LM393. في مثل هذه الدوائر الدقيقة ، يوجد مضخم تشغيلي عالي السرعة (أو عدة) ، ويمكن تثبيت مقسم مدمج ينتج جهدًا مرجعيًا. هناك اختلاف آخر بين هذه المقارنات والأجهزة المبنية على مضخمات للأغراض العامة وهو أن العديد منها يتطلب مصدر طاقة أحادي القطب. تتطلب معظم opamps الجهد ثنائي القطب. يتم اختيار نوع الدائرة المصغرة أثناء تطوير الجهاز.

ميزات المقارنة الرقمية

تُستخدم المقارنات أيضًا في التكنولوجيا الرقمية ، على الرغم من أن هذا يبدو للوهلة الأولى متناقضًا. بعد كل شيء ، هناك مستويان فقط من الجهد - واحد وصفر. ولا جدوى من مقارنتها. لكن يمكنك مقارنة رقمين ثنائيين ، يمكن تحويلهما إلى أي قيم تناظرية (بما في ذلك الجهد).

يجب أن تكون هناك كلمتان ثنائيتان بنفس الطول بالبتات:

س = س₃X₂X₁X₀ و ص = ص₃ص₂ص₁ص.

تعتبر متساوية في القيمة إذا كانت جميع وحدات البت متساوية في اتجاه البت:

1101 = 1101 => س = ص.

إذا كانت بتة واحدة على الأقل مختلفة ، فإن الأرقام ليست متساوية. يتم تحديد العدد الأكبر من خلال مقارنة أحاديات ، بدءًا من البت الأكثر أهمية:

• 1101>101 - هنا تكون البتة الأولى من X أكبر من البتة الأولى من Y ، و X> Y ؛
• 1101>101 - البتات الأولى متساوية ، لكن البتة الثانية من X أكبر و X> Y ؛
• 111<1110 - Y يحتوي على بت ثالث أكبر ، ولا تهم القيمة الأكبر للرقم الأقل أهمية من X ، X <Y.

يمكن بناء تنفيذ مثل هذه المقارنة على الدوائر المنطقية للعناصر الأساسية AND-NOT ، OR-NOT ، ولكن من الأسهل استخدام المنتجات النهائية. على سبيل المثال ، 4063 (CMOS) ، 7485 (TTL) ، K564IP2 المحلي وسلسلة أخرى من الدوائر الدقيقة. إنها مقارنات 2-8 بت مع عدد مماثل من البيانات ومدخلات التحكم. في معظم الحالات ، يكون للمقارنات الرقمية 3 مخرجات:

• أكثر؛
• أقل؛
• يساوي.

على عكس الأجهزة التناظرية ، مع المقارنة الثنائية ، فإن المساواة في المدخلات ليست حالة غير مرغوب فيها ولا يتم محاولة تجنبها.

من السهل أيضًا إنشاء مثل هذا الجهاز برمجيًا باستخدام وظائف الجبر المنطقية.خيار آخر - تحتوي العديد من وحدات التحكم الدقيقة على مقارنات تناظرية "على اللوحة" بمخرجات خارجية منفصلة ، والتي تنتج نتيجة جاهزة لمقارنة قيمتين في شكل 0 أو 1 بالدائرة الداخلية. وهذا يوفر موارد أنظمة الحوسبة الصغيرة .

أين يستخدم مقارن الجهد؟

نطاق المقارنة واسع. على ذلك ، على سبيل المثال ، يمكنك إنشاء مرحل عتبة. للقيام بذلك ، تحتاج إلى جهاز استشعار يحول أي قيمة إلى جهد. يمكن أن تكون هذه القيمة:

• مستوى الإضاءة
• مستوى الضوضاء؛
• مستوى السائل في وعاء أو خزان ؛
• أي قيم أخرى.

يمكن استخدام مقياس الجهد لتعيين مستوى بدء المقارنة. يتم إعطاء إشارة الخرج من خلال المفتاح للمؤشر أو المشغل.

إذا قمت بزيادة التباطؤ ، فيمكن للمقارن أن يعمل كمحفز لشميت. عندما يتم تطبيق جهد متغير ببطء على الإدخال ، سيكون الناتج إشارة منفصلة مع جبهات شديدة الانحدار.

يمكن توصيل العنصرين لتشكيل مقارنة ذات حدين ، أو مقارنة نافذة.

هنا ، يتم ضبط جهد العتبة بشكل منفصل لكل مقارنة - للجهد العلوي عند الإدخال المباشر ، للجهد السفلي عند المعكوس. يتم الجمع بين المدخلات المجانية ، ويتم تزويدها بالجهد المقاس. يتم توصيل المخرجات وفقًا لنظام "التركيب OR". عندما يتجاوز الجهد الحد الأعلى أو الأدنى المحدد ، ينتج أحد المقارنات مستوى مرتفعًا عند الإخراج.

يتم تجميع المقارنة متعددة المستويات من عدة عناصر ، والتي يمكن استخدامها كمؤشر جهد خطي ، أو قيمة يتم تحويلها إلى جهد. لأربعة مستويات ، سيكون المخطط على النحو التالي:

في هذه الدائرة ، يتم تطبيق جهد مرجعي على مدخلات كل عنصر. ترتبط المدخلات المقلوبة معًا ، وتستقبل الإشارة المقاسة. عندما يتم الوصول إلى مستوى الزناد ، يضيء مؤشر LED المقابل. إذا تم ترتيب العناصر المشعة في خط ، فسيتم الحصول على شريط ضوئي ، يختلف طوله وفقًا لمستوى الجهد المطبق.

يمكن استخدام نفس الدائرة كمحول تناظري رقمي (ADC). يقوم بتحويل جهد الدخل إلى الكود الثنائي المقابل. كلما تم تضمين المزيد من العناصر في ADC ، كلما زاد عمق البت ، زادت دقة التحويل. من الناحية العملية ، يكون رمز الخط غير ملائم للاستخدام ، ويتم تحويله إلى رمز مألوف باستخدام برنامج تشفير. يمكن إنشاء برنامج التشفير على عناصر منطقية ، أو استخدام دائرة كهربائية جاهزة ، أو استخدام ذاكرة القراءة فقط مع البرامج الثابتة المناسبة.

يتنوع نطاق المقارنة في دوائر المحترفين والهواة. يسمح الاستخدام السليم لهذه العناصر بحل مجموعة واسعة من المشكلات.

مقالات مماثلة: