Op-võimendi võrdlejad pakuvad lihtsat viisi pingete võrdlemiseks ja analoogsignaalide teisendamiseks selgeteks kõrgeteks või madalateks väljunditeks. Neid kasutatakse laialdaselt lävepõhistes ahelates, kuid usaldusväärne toimimine sõltub nende käitumise ja piiride mõistmisest. See artikkel selgitab, kuidas need töötavad, kuidas neid seadistada ja millal neid on praktilised kasutada.
Võrdleja ülevaade
Võrdleja on skeem, mis võrdleb kahte sisendpinget ja muudab väljundolekut vastavalt sellele, kumb neist on kõrgem. See muudab analoogtaseme lihtsaks läviväärtuse otsuseks, määrates, kas signaal on määratletud referentsist kõrgem või madalam.
Seda funktsiooni kasutatakse sageli läve tuvastamisel. Näiteks saab anduri pinget võrrelda võrdlustasemega, et käivitada tegevus, kui tingimus saavutatakse. Sellistel juhtudel lisatakse sageli hüsterees, et vältida ebastabiilseid lülitusi, mis on põhjustatud väikestest varieeruvustest.
Kuidas operatiivvõimendi töötab võrdlejana
Operatiivvõimendi (op-võimendi) võib toimida võrdlejana, kui seda kasutatakse ilma tagasisideta. Selles režiimis võimendab see sisendite pingevahet, kuni väljund jõuab ühe oma piirini.
Kui mitte-inverteeriv sisend (+) on kõrgem kui inverteeriv sisend (–), siis väljund tõuseb kõrgele. Kui juhtub vastupidine, langeb väljund madalaks. Erinevalt lineaarsest tööst juhitakse operatiivvõimendi küllastumisele, andes proportsionaalse signaali asemel selge kõrge või madala väljundi. Väljund liigub toiterööbaste suunas, kuigi see ei pruugi nendeni jõuda, kui operatiivvõimendi ei ole rööbastelt raudteele.
Õige töö tagamiseks peavad sisendpinged jääma operaatorvõimendi ühise režiimi vahemikku, isegi kui kasutatakse ühte toiteallikat. Kui põhitoiming on selge, on järgmine samm määratleda, kuidas võrdleja on ühendatud ja kus see lülitub.
Võrdleja konfiguratsioon ja läviväärtuste disain
Operatiivvõimendi võrdlejat saab ühendada kahel levinud viisil: mitteinverteeriva või inverteeriva meetodiga.
Mitte-inverteeriv võrdleja
• Sisendsignaal → mitte-inverteeriv (+) klemm
• Viide → pööravale (–) terminalile
• Väljund läheb KÕRGELE, kui sisend ületab viite
Pöörav võrdleja
• Sisendsignaal → inverteeriv (–) klemm
• Viide → mitte-inverteeriv (+) terminal
• Väljund läheb MADALAKS, kui sisend ületab viitepunkti
Võrdluspinge määrab lülituspunkti. Seda saab teha takistijagajaga lihtsates ahelates või zeneri või täpsusreferentsiga, kui on vaja paremat stabiilsust. Kui referents ei ole stabiilne, võib müra või pinge triiv läve lähedal põhjustada valelülitusi.
Hüstereesi kasutamine stabiilseks lülitumiseks
Histerees muudab võrdleja stabiilsemaks, luues positiivse tagasiside kaudu kaks lülituslävi ühe asemel. Ülemine lävi määrab punkti, kus väljund läheb KÕRGELE, ja alumine lävi määrab punkti, kus väljund langeb MADALAKS. See Schmitti päästiku tegevus aitab vältida vale lülitusi, kui sisend on mürarikas või muutub aeglaselt.
Mitte-inverteerivas võrdlejas saab hüstereesi lisada, ühendades takisti väljundist tagasi mitte-inverteerivale sisendile. See tagasiside nihutab efektiivset lülituslävi vastavalt praegusele väljundolekule. Kui väljund on KÕRGE, liigub lävi veidi ülespoole. Kui väljund on MADAL, liigub see veidi allapoole. Nende kahe läve vahet nimetatakse hüstereesi laiuseks.
Tagasisidetakisti kontrollib, kui palju hüstereesist lisatakse. Suurem takisti annab kitsamat hüstereesi, väiksem takisti laiemat hüstereesi. Väärtust tuleks hoolikalt valida, sest liiga väike hüsterees ei pruugi müra summutada, samas kui liiga palju võib vähendada tundlikkust tegelike signaalimuutuste suhtes. Hüstereesis on eriti kasulik sensoriahelates ja teistes aeglaselt muutuvates sisendrakendustes, mis vajavad puhast lülitamist.
Operatiivvõimendi ja spetsiaalse võrdleja võrdlus
| Aspekt | Operaatorvõimendi kasutamine võrdlejana | Pühendatud võrdleja |
|---|---|---|
| Lülituskiirus | Aeglasem tänu piiratud slew-määrale ja sisemisele kompensatsioonile | Kiirem ja mõeldud lülitusoperatsioonideks |
| Väljundreaktsioon | Leviku viivitusest mõjutatud | Reageerib sisendi muutustele kiiremini |
| Energiakasutus | Võib olla kõrgem, kui see on küllastunud | Tavaliselt sobib paremini lülitamise efektiivsuseks |
| Sisendvahemik | Piiratud ühise režiimi sisendpiirangutega | Tavaliselt mõeldud võrdleja sisendi operatsiooniks |
| Väljundtase | Ei pruugi jõuda ideaalse raudteetasemeni ilma raudtee-raudtee võimekuseta | Pakub puhtamaid digitaalseid väljundeid |
| Signaalihaldus | Kiirelt muutuvate signaalidega võib muutuda aeglaseks või ebatäpseks | Parem kiirete ja kõrgsageduslike signaalide jaoks |
| Väljundi tüüp | Tavaline operatiivvõimendi väljundetapp | Sageli sisaldab avatud äravoolu või avatud kollektori väljundeid |
| Parim kasutusjuhtum | Lihtsad, madala kiirusega rakendused | Kiired, kõrgsageduslikud või ajaliselt kriitilised rakendused |
Operatiivvõimendi võrdleja rakendused
Operatiivvõimendi võrdlejaid kasutatakse ahelates, mis vajavad lihtsaid pingepõhiseid otsuseid, näiteks:
Avastamine
• Temperatuuriläve kontroll — lülitab küttekeha, ventilaatori või alarmi, kui anduri pinge ületab kindla taseme
• Valgusanduri ahelad — tuvastavad, millal ümbritsev valgus tõuseb valitud läve kõrgemale või langeb alla
Kaitse
• Aku pinge jälgimine — näitab, millal aku pinge muutub liiga madalaks või jõuab vajaliku laadimistasemeni
• Ülepinge või alapinge kaitse — käivitab väljalülitamise, hoiatuse või isoleerimise, kui toitepinge liigub ohutust vahemikust väljapoole
Signaali käitumine
• Nullristumise tuvastus — tuvastab, millal vahelduvvoolu või muutuv lainekuju ületab 0 V ajastuse või sünkroniseerimise eesmärgil
• Taseme tuvastamine analoogsignaalides — muudab muutuva sisendi selgeks ON/OFF väljundiks juhtimisloogika jaoks
Igal juhul muudetakse muutuv signaal selgeks väljundolekuks, mida saab kasutada ülejäänud vooluring.
Kokkuvõte
Operatiivvõimendi võib toimida võrdlejana skeemidele, mis vajavad lihtsat pingeläve tuvastamist. Usaldusväärne töö sõltub õigest konfiguratsioonist, stabiilsest viitest ja hüstereesi kasutamisest ebastabiilse lülitumise vältimiseks. Siiski tuleb arvestada kiiruse, sisendulatuse ja väljundkäitumise piirangutega. Kiirema reageerimise või nõudlikumate tingimuste jaoks pakuvad spetsiaalsed võrdlejad sobivamat lahendust.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Mis vahe on pöördekiirusel ja levimisviivituse vahel võrdlejas?
Slew-kiirus määrab, kui kiiresti väljundpinge muutub, samas kui levimisviivitus on aeg sisendi muutuse ja väljundvastuse alguse vahel.
Kas operatiivvõimendi võrdleja suudab tuvastada väga väikeseid pingeerinevusi?
Jah, aga täpsus sõltub nihkepingest ja mürast. Väikesed erinevused võivad vajada filtreerimist või täppisoperatiivvõimendit.
Miks annab operatiivvõimendi võrdleja aeglase või ümardatud väljundi?
Seda põhjustab piiratud swer rate ja sisemine kompensatsioon, mis takistavad kiireid üleminekuid.
Millal ei tohiks operatiivvõimendit kasutada võrdlejana?
Seda tuleks vältida kiiretes, kõrgsageduslikes või ajaliselt kriitilistes rakendustes, kus on vaja kiiret lülitust.
Kuidas valida hüstereesi väärtusi?
Seadke hüsterees piisavalt laiaks, et müra tõrjuda, kuid piisavalt väike, et säilitada tundlikkus. Seda kontrollivad tagasisidetakisti suhe ja väljundpööre.
